如皋長江大橋設計與施工

李 旭 楊仁恒

(1.東南大學建筑設計研究院有限公司，江蘇 南京 210096;2.中鐵大橋局集團第六工程有限公司，湖北 武漢 430101)

0 引言

如皋長江大橋位于如皋港，跨越長青沙長江北汊，大橋主橋采用主跨218 m 仙鶴型雙塔單索面預應力混凝土斜拉橋。大橋主梁采用單箱三室斜腹板箱形截面，主塔采用仙鶴造型橋塔，斜拉索采用雙層熱擠PE 護套半平行鋼絲拉索體系，基礎采用承臺下接混凝土鉆孔灌注樁基礎。樁基施工采用旋挖鉆成孔，承臺施工采用鋼板樁圍堰法，主塔施工采用鋼管支架法節段現澆，主梁采用牽索式掛籃懸臂澆筑節段施工，對主塔和主梁施工全過程進行監控，成橋荷載試驗結果顯示橋梁線形流暢，應力水平良好，大橋于2013 年12 月建成通車。

1 總體設計

如皋長江大橋位于G204 國道南延如皋港港口連接線上，南起環島東路，經東風灘橫跨長青沙長江北汊，北接沿江公路。橋址處水面寬約800 m，規劃航道等級為內河Ⅲ級，雙向通航凈寬不小于160 m，凈高10 m。大橋設計應滿足通航要求、實現橋梁景觀與周圍環境協調，并與當地自然、人文環境匹配。針對這種實際情況，大橋主橋采用仙鶴型雙塔單索面預應力混凝土斜拉橋(見圖1)，半漂浮體系，跨徑布置為(95+218+95)m，橋寬26.5 m，雙向四車道。

圖1 如皋長江大橋

2 結構設計

2.1 橋塔

主塔采用仙鶴造型，單箱單室預應力混凝土結構，結合如皋的長壽文化，并且與長青沙生態島的自然景觀完美融合。主塔自橋面以上高度為85 m，混凝土主塔高為69 m，外輪廓適應造型變化，截面尺寸順橋向寬12.5 m～5.5 m，橫橋向寬3.5 m，主塔順橋向壁厚0.7 m，橫橋向壁厚1.4 m。塔頂設置16 m 鋼結構，不參與結構受力，僅滿足造型需要，鋼結構段與混凝土段采用預埋螺栓連接。

塔柱拉索錨固區布置“U”環向預應力鋼絞線束平衡拉索的水平分力，沿塔高方向交錯布置，間距根據受力及構造需要確定。為減小環向預應力損失，管道成孔采用塑料波紋管。塔柱其他區段采用鋼筋混凝土結構。主塔與主墩固結，主墩外輪廓尺寸為順橋向8.7 m～11 m，橫橋向9 m，為減少材料用量及減輕自重，主墩采用空心截面。

主墩承臺采用C40 混凝土，長26.9 m、寬23.2 m，厚4.8 m，承臺與主墩間設2 m 厚的塔座過渡，塔座長19 m、寬17 m。基礎采用28 根直徑2 m 的鉆孔灌注樁，按摩擦樁設計，樁長89 m，采用C30 水下混凝土灌注。

2.2 主梁

主梁采用單箱三室截面，為避免主梁的風致振動，邊腹板采用斜腹板，線形流暢(見圖2)，中心線處梁高2.8 m，頂板寬26.5 m，底板寬10.5 m，懸臂長4 m，箱梁頂板設2%的橫坡，底板水平。主梁采用掛籃懸澆，標準節段長6 m，箱梁頂底板厚度均為28 cm，中腹板厚40 cm，斜腹板厚25 cm，懸臂端部厚20 cm，根部厚55 cm，與拉索錨固點位置對應設置橫梁，中箱橫梁厚60 cm，邊箱橫梁厚35 cm;邊跨支架現澆段底板及邊腹板加厚至40 cm，中腹板加厚至60 cm，邊箱橫梁加厚至60 cm，箱內填充鐵砂混凝土壓重。主梁采用C50 混凝土，縱、橫、豎三向預應力體系。

圖2 主梁標準截面圖

2.3 斜拉索

全橋共設置64 對斜拉索，每對斜拉索由橫向間距為1.1 m 的兩根拉索組成，平行布置于中央分隔帶內，扇形索面。拉索在主梁標準節段上的錨固點間距為6 m，邊跨現澆段上的錨固點間距為3 m，由于邊中跨跨徑非平衡布置，通過邊跨現澆段壓重及減小拉索間距的方法平衡結構自重，并且增大全橋結構剛度;拉索在主塔上錨固點豎向間距均為2 m。拉索采用雙層熱擠PE 護套半平行鋼絲索，鋼絲采用Φ7 mm 鍍鋅高強鋼絲，標準強度為1 670 MPa;護套為高密度聚乙烯(HDPE)材料，內側為黑色，外層為乳白色，護套外纏繞雙螺旋線，以防止風雨激振;錨具采用與拉索對應的冷鑄墩頭錨;斜拉索由于水平夾角的不斷變化，平衡結構豎向分力所對應的索力也在不斷變化，根據結構受力需要及盡可能減少規格的原則，本橋共采用PES7-127，139，151，163，187 五種規格的拉索，斜拉索設計安全系數取2.5。

3 橋梁施工

3.1 主墩承臺基礎

主墩采用鉆孔灌注樁群樁基礎，布置28 根φ2.0 m 鉆孔樁，樁長為89 m，樁基分別穿越淤泥、粉質粘土層、粉土夾粉砂層、粉砂層、粉質粘土層、細砂層、中砂層。樁基施工在鋼管樁水上平臺進行，為了在汛期到來前完成樁基施工，采用旋挖鉆機配合優質泥漿成孔，施工速度快，質量合格率100%。

主墩承臺施工采用鋼板樁圍堰法，鋼板樁選用拉森Ⅵ型，單根長度為24 m，圍堰內共設置上下兩層內支撐。承臺施工過程中對大體積混凝土的水化熱問題采取了控制措施，具體包括:選用合適的混凝土原材料及配合比;控制混凝土的入模溫度;控制混凝土澆筑間歇與分層厚度;預埋冷卻水管控制溫度梯度;后期加強養護。承臺施工完成后，沒有出現溫度裂縫。

3.2 主塔

主塔混凝土段高度69 m，共分為13 節澆筑，節段高度為4.2 m～6.41 m 不等。節段5～節段12 為預應力混凝土節段，其余節段為鋼筋混凝土節段。節段6～節段12 為有索區，其余節段為無索區;由于主塔為仙鶴造型，截面變化較大，無法采用翻模或爬模法施工，因此采用鋼管支架法施工，設置塔吊和施工電梯輔助。支架采用鋼管柱做受力結構，鋼管柱通過0 號塊主梁梁頂預埋件焊接支撐在0 號塊主梁梁頂，鋼管柱間用槽鋼連接成桁架結構，上下節鋼管柱間用法蘭連接。主塔鋼結構段采用工廠制造，塔吊現場節段安裝，高強螺栓連接。

3.3 主梁

主梁根據施工方法的差異劃分為4 個部分:主梁0 號節段、邊跨現澆段、標準懸澆節段、合龍段。主梁0 號節段和邊跨現澆段，采用鋼管支架法一次性澆筑。標準懸澆節段采用前支點掛籃懸臂澆筑法施工，施工流程為:掛籃前移;錨管定位及斜拉索安裝;斜拉索初張拉;澆筑混凝土;張拉主梁施工預應力束;調整斜拉索索力并進行錨固轉移。合龍段采用吊架施工，選擇在穩定的天氣，在一天中氣溫較低時，鎖定勁性骨架，預先在合龍段兩端加水箱按合龍段混凝土重量注水壓重，邊澆筑邊放水，保證線形平穩，防止產生混凝土裂紋。待混凝土強度達到設計要求后，拆除臨時勁性骨架，張拉主梁預應力鋼束，完成體系轉換。最后進行全橋斜拉索索力調整。

3.4 施工監控

由于設計時對斜拉橋計算是采用的理論值，而實際施工過程中，掛籃變形、混凝土的彈性模量及容重、斜拉索的彈性模量及容重、懸澆節段自重、施工荷載(主要施工機具、吊機等)、臨時荷載(主梁上臨時堆的機具、材料等)、溫度場等都跟設計時的理論值存在一定的誤差，這就需要根據實際施工中的現場測試或核定參數，重新進行建模計算，并根據實際施工中的實時測量數據對這些參數進行分析、糾偏，以使計算結果與實際施工相符;并根據優化調整后的計算結果，及時調整梁端立模標高和斜拉索張拉力，確保主梁線形平順，保證主梁和主塔應力變化控制在規范規定的范圍內，消除施工過程的各種誤差對結構的影響，最終實現成橋后結構內力和線形滿足設計要求。根據如皋長江大橋的結構和施工特點，大橋施工監控工作主要包括:施工過程的仿真計算、施工過程的現場測量、施工過程的參數識別;施工過程中標高和索力調整。全橋調索完成后，斜拉索索力見表1。

表1 全橋調索后斜拉索理論與實測索力

4 結語

如皋長江大橋造型優美，線形流暢，成橋荷載實驗報告顯示各項指標均滿足設計和規范要求，大橋已于2013 年12 月建成通車。大橋建成后不僅滿足了功能上的需求，更成為當地的一個重要景觀。

［1］王伯惠.斜拉橋結構發展和中國經驗(上冊)［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］JTG/T D65-01-2007，公路斜拉橋設計細則［S］.

［3］嚴國敏.現代斜拉橋［M］.成都:西南交通大學出版社，1996.

［4］廣東省西部沿海高速公路新會段有限公司.崖門大橋工程——塔墩梁固結單索面斜拉橋［M］.北京:人民交通出版社，2004.