長(zhǎng)沙市福元路湘江大橋方案設(shè)計(jì)構(gòu)思

盧永成

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 前言

福元路湘江大橋是長(zhǎng)沙市城市總體規(guī)劃中的一條東西城市主干道，西起銀杉路，東至芙蓉北路，工程線路全長(zhǎng)3.575 km，其中跨越湘江部分長(zhǎng)1.435 km。大橋位于銀盆嶺大橋、三汊磯大橋居中偏北位置，距上游銀盆嶺大橋約2.9 km左右，距下游三汊磯大橋約2.7 km左右（見圖1）。

橋址場(chǎng)地的地貌單元為河流侵蝕地貌，由河床、江心洲、漫灘及階地組成。受瀏陽(yáng)河與湘江兩河交匯沖刷影響，橋址區(qū)江面開闊、東汊沙灘雜呈，主航道在近西岸一側(cè)。據(jù)長(zhǎng)沙站觀測(cè)資料，最高洪水位39.18 m，最低水位24.93 m，多年平均水位29.48 m，最大變幅度14.03 m。最大流量20 800 m3/s，最大流速1.26 m/s。每年4～9月為汛期，10月至次年2月為枯水期。橋位地層主要由第四系人工堆積物、河流沖積物（粉砂、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、圓礫）和殘積粉質(zhì)粘土組成。下伏基巖為元古界冷家溪群板巖。

圖1 福元路湘江大橋工程位置圖

1 主要設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市主干路I級(jí)。

（2）設(shè)計(jì)行車速度：60 km/h（主線）、40～50 km/h（匝道）。

（3）設(shè)計(jì)荷載

橋梁結(jié)構(gòu)汽車荷載等級(jí)：公路-I級(jí)，城-A級(jí)驗(yàn)算。

（4）橋面寬度：雙向六車道，單向行車道凈寬11.5 m，兩側(cè)人行道布置，單側(cè)人行道寬3.5 m，標(biāo)準(zhǔn)橋面總寬度31.5 m。

（5）通航標(biāo)準(zhǔn)：

主航道（西汊航道）：內(nèi)河II(3)級(jí)，通航凈高不小于10.0 m，通航凈寬不小于150 m（雙向通航），設(shè)置兩個(gè)通航孔。

輔航道（東汊航道）：內(nèi)河III(2)級(jí)，通航凈高不小于10.0 m，通航凈寬不小于75 m（單向通航），設(shè)置兩個(gè)通航孔。

（6）抗震設(shè)防烈度：6度。

（7）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a。

2 橋型方案設(shè)計(jì)原則

（1）符合城市總體規(guī)劃和交通功能定位，滿足通航、泄洪等要求。

（2）貫徹“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀和耐久”的原則。

（3）積極推廣應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新工藝，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、提高工程質(zhì)量、確保結(jié)構(gòu)安全可靠，達(dá)到百年使用壽命。

（4）橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)便于養(yǎng)護(hù)并具有全壽命經(jīng)濟(jì)性。

（5）橋型方案力求美觀、協(xié)調(diào)，構(gòu)思新穎，符合時(shí)代特點(diǎn)，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)。

（6）減少對(duì)環(huán)境的影響。

3 孔跨布置

（1）主通航孔

主通航孔規(guī)劃航道等級(jí)為為II(3)級(jí)，如采用雙向通航，通航凈寬應(yīng)不小于150 m。考慮到橋墩結(jié)構(gòu)寬度、防船撞設(shè)施寬度、橋墩附近紊流影響寬度以及安全余量的影響，主通航孔跨徑取為210 m。

西汊主航道橋梁跨徑布置為3×210 m，其中西側(cè)兩跨為通航孔，見圖2。最西側(cè)主通航孔1孔口中心與枯水航道中心基本對(duì)應(yīng)，該位置與上游北大橋（210 m跨）來(lái)船方向相一致，下游與三汊磯大橋（328 m跨）通航孔亦基本相符，橋區(qū)航道航線順直，航道尺度能夠滿足現(xiàn)有1 000 t級(jí)船舶通航需要。湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐建成蓄水后，庫(kù)區(qū)死水位將達(dá)到29.70 m，主通航孔2可作通航孔使用。最東側(cè)橋孔可最為預(yù)留，以降低河槽向東側(cè)擺動(dòng)對(duì)主通航孔位置的影響。

（2）輔通航孔

東汊輔通航孔承擔(dān)湘江與撈刀河、瀏陽(yáng)河等支流間航運(yùn)的溝通功能，規(guī)劃航道等級(jí)為為III(2)級(jí)，現(xiàn)狀航道等級(jí)為V級(jí)。輔航道布置兩個(gè)通航孔，采用單向通航，通航凈寬應(yīng)不小于75m。考慮到橋墩結(jié)構(gòu)寬度、防船撞設(shè)施寬度、橋墩附近紊流影響寬度以及安全余量的影響，輔通航孔跨徑取為85m。

輔通航孔1布置為上水孔，輔通航孔2布置為下水孔。

3 橋梁設(shè)計(jì)方案

3.1 總體布置

大橋由主航道橋、輔航道橋及東、西引橋等組成。考慮全橋結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一、施工效率高、景觀效果好等因素，確定橋梁方案組合如下：

（55+85+90）m（主橋西側(cè)引橋，鋼－混組合連續(xù)梁結(jié)構(gòu)）+（3×210）m（主航道橋，提籃式結(jié)合梁- 鋼拱組合體系拱橋）+（90+5×85+60）m（主橋東側(cè)輔航道橋及引橋，鋼－混組合連續(xù)梁結(jié)構(gòu)）。

3.2 主航道橋

主橋上部結(jié)構(gòu)為三跨連續(xù)提籃式鋼拱－結(jié)合梁組合結(jié)構(gòu)（見圖3），跨徑組合為188 m＋22 m＋188 m＋22 m＋188 m，橋面寬 38.5 m（見圖 4）。該方案簡(jiǎn)潔明快，曲線流暢，通透新穎，大方而不失活潑，富有韻律感。拱肋支承于V墩上。 V形薄壁墩順接拱肋線形。V墩頂對(duì)應(yīng)拱梁結(jié)合段位置設(shè)支座支撐上部結(jié)構(gòu)，并設(shè)縱梁平衡斜腿水平分力。通過墩頂縱梁線形的調(diào)整和優(yōu)化，使結(jié)合梁與V墩線形渾然一體。

圖2 通航孔孔跨布置圖（單位：m）

圖3 提籃式鋼拱-結(jié)合梁組合結(jié)構(gòu)方案

圖4 鋼拱－結(jié)合梁組合拱橋斷面布置圖（單位：m）

主拱肋采用鋼結(jié)構(gòu)。主拱跨徑188 m，內(nèi)傾12°，立面矢高43.8 m。主拱肋采用箱形截面，寬2.2 m，高3.2 m。吊桿處設(shè)橫隔板。兩片拱肋間通過7道橫向風(fēng)撐連為一體。

主梁為等截面鋼－混凝土結(jié)合梁結(jié)構(gòu)，梁高4.5 m。結(jié)合梁鋼梁為主縱梁（閉口邊箱梁）、中橫梁、端橫梁、小縱梁組成的雙主梁梁格體系。混凝土橋面板采用分塊預(yù)制的方式（橫向?yàn)槿龎K板：一塊中板，兩塊邊板），待鋪設(shè)到位后現(xiàn)澆縱、橫向濕接縫形成整體。橋面板板厚0.26 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，通過Ф22 mm剪力釘與鋼梁連接。

梁拱間布設(shè)吊桿，間距8.5m，全橋共設(shè)57對(duì)吊桿。吊桿采用高強(qiáng)度鍍鋅平行鋼絲拉索，型號(hào)為PES（C）7－121，冷鑄錨。

采用環(huán)氧涂層鋼絞線系桿平衡拱肋推力，主梁?jiǎn)蝹?cè)箱內(nèi)布置6根水平系桿。每根系桿由34股φsl5.2鋼絞線組成。

主橋V墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。承臺(tái)采用鋼筋混凝土矩形承臺(tái)，兩端為圓端形以減小水流作用。樁基礎(chǔ)采用12根φ2.5 m直徑鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)12～26 m。

3.3 輔航道橋及引橋

輔航道橋及引橋采用鋼－混組合連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。主橋西側(cè)跨徑布置為90m+85 m+55 m；主橋東側(cè)跨徑布置為60m+5×85m+90m，采用單幅斷面形式布置（見圖5），標(biāo)準(zhǔn)橋面總寬度31.5m，梁高4.5m。

圖5 組合梁斷面布置圖（單位：mm）

組合梁鋼結(jié)構(gòu)部分采用槽形斷面，包括：頂板、腹板、底板、邊緣小縱梁以及縱向加勁肋。縱向每隔4.25 m設(shè)置一道帶挑臂的空腹式橫梁，在支點(diǎn)處布置實(shí)腹式橫梁。

橋面板厚度0.28 m，C50混凝土。橋面板采用分塊預(yù)制（橫橋向?yàn)槿龎K板：一塊中板，兩塊邊板）。橋面板安裝后現(xiàn)澆縱橫向濕接縫。橋面板施加橫向預(yù)應(yīng)力，鋼束布置為4股φs15.2@0.5 m。

橋面板縱向按普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制最大裂縫寬度0.2 mm。

為減小鋼結(jié)構(gòu)底板厚度，在支點(diǎn)兩側(cè)各12.75 m范圍內(nèi)將鋼梁底板與混凝土結(jié)合，共同參與受壓。鋼梁底板與混凝土間采用開孔板剪力鍵連接。

在組合梁內(nèi)布置體外索進(jìn)一步改善了結(jié)構(gòu)受力性能，減小墩頂負(fù)彎矩，增大橋面板壓應(yīng)力儲(chǔ)備，有利于防止墩頂橋面板開裂；同時(shí)能減小跨中正彎矩，減少底板用鋼量。體外預(yù)應(yīng)力鋼束型號(hào)采用27股φs15.2，每跨布置6束。

橋面板與鋼梁頂板采用φ22×200mm焊釘剪力鍵，連續(xù)布置，外側(cè)挑臂縱梁上設(shè)置間隔剪力釘群。

橋墩采用鋼筋混凝土板式實(shí)體墩。各墩設(shè)4根φ2.0 m鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)8 m～21 m，持力層為中風(fēng)化板巖和微風(fēng)化板巖。承臺(tái)采用鋼筋混凝土矩形承臺(tái)。為了減小行洪的影響，江中段承臺(tái)頂面均埋置于河床以下。

4 施工方案

4.1 主航道橋

（1）進(jìn)行永久墩、頂推用臨時(shí)墩施工；

（2）橋面板預(yù)制；鋼梁、鋼拱板單元工廠加工，現(xiàn)場(chǎng)組拼；

（3）在西岸搭設(shè)頂推拼裝平臺(tái)，在永久墩、臨時(shí)墩頂部安裝頂推裝置；

（4）在頂推拼裝平臺(tái)上拼裝第一拱梁結(jié)合段（包括鋼主梁、鋼拱肋和臨時(shí)撐桿等），并安裝頂推用前導(dǎo)梁，對(duì)第一拱梁結(jié)合段進(jìn)行持續(xù)的多點(diǎn)頂推施工；

（5）在拼裝平臺(tái)上組拼第二拱梁結(jié)合段，并和第一拱梁結(jié)合段焊連后進(jìn)行頂推；

（6）在拼裝平臺(tái)上組拼第三拱梁結(jié)合段，并與前面的拱梁結(jié)合段焊連后繼續(xù)進(jìn)行頂推（見圖6）；

（7）安裝后導(dǎo)梁，并繼續(xù)頂推主橋拱梁結(jié)合段前進(jìn)；

（8）主橋頂推到位后拆除前、后導(dǎo)梁；拆除部分主拱臨時(shí)撐桿，安裝并張拉部分吊桿；拆除剩余的主拱臨時(shí)撐桿，安裝并張拉剩余的吊桿；

（9）橋梁逐步脫離臨時(shí)墩；

（10）調(diào)整吊桿力；

（11）在鋼主梁上安裝全部預(yù)制橋面板，并按照從跨中到拱腳的順序逐段澆筑橋面板濕接縫；

（12）完成拱腳處的橋面板濕接縫澆筑之后，安裝并張拉水平系桿索；

（13）橋面鋪裝與附屬結(jié)構(gòu)施工。

4.2 輔航道橋及引橋

（1）在東西岸側(cè)頂推拼裝平臺(tái)上拼裝首次頂推節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)及導(dǎo)梁；

（2）進(jìn)行頂推，前端到達(dá)墩頂后，在岸側(cè)拼裝平臺(tái)上繼續(xù)接長(zhǎng)拼裝；

圖6 施工示意圖

（3）繼續(xù)頂推，重復(fù)以上步驟直到頂推到位；

（4）張拉部分體外預(yù)應(yīng)力鋼束；

（5）依次從岸側(cè)向主通航孔側(cè)澆筑墩頂?shù)拙壔炷两Y(jié)合段；鋪放橋面板，并結(jié)合；澆筑支點(diǎn)處現(xiàn)澆縫；

（6）張拉剩余體外預(yù)應(yīng)力鋼束；

（7）橋面鋪裝與附屬結(jié)構(gòu)施工。

5 跨湘江世紀(jì)城環(huán)境影響對(duì)策

橋梁與盛世路相接，離湘江東側(cè)湘江世紀(jì)城樓盤較近，勢(shì)必對(duì)樓盤帶來(lái)噪音與景觀的不利影響。在穿越湘江世紀(jì)城處設(shè)置全封閉式聲屏障（見圖7），并重視聲屏障的景觀設(shè)計(jì)；另外，可根據(jù)環(huán)評(píng)要求給臨近房屋安裝隔音窗等措施減小噪聲，將越江工程的修建對(duì)環(huán)境的影響減小到最小。

圖7 全封閉式聲屏障效果圖

6 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)沙市福元路湘江大橋大規(guī)模采用新型組合結(jié)構(gòu)和同步頂推施工新工藝，特別是主航道橋采用拱梁整體同步頂推施工技術(shù)，將推動(dòng)我國(guó)橋梁施工技術(shù)與裝備的發(fā)展，為達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、耐久、快速的建設(shè)目標(biāo)創(chuàng)造良好的條件。大橋概算投資約13億，已于2010年底開工建設(shè)。

[1]上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院.長(zhǎng)沙市福元路湘江大橋初步設(shè)計(jì)文件[Z].2010.

[2]邵長(zhǎng)宇.組合結(jié)構(gòu)橋梁的國(guó)際發(fā)展與國(guó)內(nèi)展望[J].橋梁,2009(3).