某特大橋橋型方案的擬定

吳 念，陳立新

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司,湖北 武漢 430000）

某特大橋橋型方案的擬定

吳 念，陳立新

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司,湖北 武漢 430000）

靖江溪特大橋位于宜昌港主城港區太平溪作業區,橋梁跨越靖江溪,針對該橋區域內的建設條件,介紹了前期橋型方案的構思和橋梁方案的擬定過程,為類似工程提供借鑒和參考。

橋型方案；特大橋；方案比選

1 概述

本項目位于宜昌港主城港區太平溪作業區,根據本項目總體平面布置,需要跨越靖江溪修建一座橋梁,用來連接溪兩側的物流園區。橋梁寬度按照雙向四車道設計,同時考慮在橋梁兩側設置2.5 m人行道,橫斷面組成為0.25 m（欄桿）+2.5 m（人行道）+15 m（行車道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（欄桿）=20.5 m。

2 技術標準

（1）設計荷載:公路-Ⅰ級,人群荷載按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60—2015）取值。

（2）設計水位:高水位173.193 m（1985國家高程基面）；低水位143.193 m（1985國家高程基面）。

（3）通航等級:不通航。

3 靖江溪特大橋主橋橋型方案

根據地形和水位條件,橋位區設計水位為173.193 m,最低水位為143.193 m,其中每年5月末至6月初,三峽庫區水位降至汛期限制水位145 m。整個汛期6～9月（集中了全年入庫沙量的88.8%,入庫水量63.4%）,除入庫流量大于下游河道安全泄量時攔蓄超額洪水、水庫水位抬高外,一般維持在145 m運行。超過電站過流能力的水量,由溢流壩段底孔下泄。汛末10月水庫蓄水,逐漸升高到175 m運行。12月至翌年4月底庫水位按保證出力要求運行,并逐漸降落,以增加下游流量和電站出力,但枯季消落最低高程不低于155 m,以保證水庫變動回水區航道水深。考慮到靖江溪大橋主橋橋墩施工復雜,施工周期長,在枯水期完成整個主墩施工的可能性較小,因此在橋梁跨徑擬定時,考慮盡量減小下部結構水下施工深度,降低施工難度。靖江溪主河道寬390 m左右,主河道兩側地形較平緩,當主橋跨徑達到390 m時,繼續增大跨徑對主橋基礎施工難度影響不大,故擬定靖江溪特大橋主橋跨徑390 m,符合跨徑要求的橋型包括懸索橋、斜拉橋和拱橋。

綜合考慮受力、景觀、造價、施工等要求,主要考慮的橋型方案有390 m地錨式懸索橋（方案一）、（140+390+140）m雙塔斜拉橋（方案二）,以及429 m（凈跨徑390 m）中承式鋼管混凝土拱橋（方案三）。

3.1 方案一:390 m單跨雙鉸地錨式懸索橋

本方案主橋結構形式采用單跨雙鉸地錨式懸索橋,主跨布置為390 m,主纜計算矢跨比1/10,橋梁總體布置如圖1所示。

橫橋向橋面采用雙向四車道,兩側設置人行道,橫斷面布置為0.25 m（欄桿）+2.5 m（人行道）+ 15 m（行車道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（欄桿）,橋面總寬20.5 m。橋梁兩側各設置0.58 m吊索區。橋梁橫斷面布置如圖2所示。

（1）主塔。主塔為剛構式斜塔結構,材料為C50鋼筋混凝土。主塔中部和上部分別設矩形下橫梁和上橫梁,塔柱由底部到上橫梁底為矩形空心截面,縱向5.5～7.7 m,橫向5.5 m,塔間橫梁以上塔高為50.85 m（57.65 m）,塔柱壁厚0.6 m。

（2）錨碇。兩岸錨碇均采用重力式,錨碇基礎尺寸順橋向長30 m,橫橋向寬26.7 m。

圖1 靖江溪特大橋地錨式懸索橋方案（單位:cm）

圖2 靖江溪特大橋地錨式懸索橋方案橫斷面（單位:cm）

（3）纜系統。本橋主纜采用預制平行鋼絲索股。吊索縱向間距10 m,橫向間距21.2 m。每一吊點設置一根吊索。

（4）梁。主梁采用鋼桁架,主桁架高4 m,橫橋向兩片主桁架中心距21.2 m,上下平聯間距5 m。

（5）基礎。主塔承臺厚5.0 m,平面尺寸為16.5 m（順橋向）×44.5 m（橫橋向）,下接12根直徑2.5 m的樁基礎。

（6）施工工藝簡述。本方案施工流程:錨碇開挖,主墩基礎筑島或鋼圍堰施工,同時工廠制作主梁→錨碇混凝土及主塔基礎施工→主塔施工→安裝散索套臨時支承架,吊裝塔頂鞍座,安裝鞍座臨時頂架→架設導索,利用導索架設牽引索,利用牽引索架設貓道承重索,安裝貓道及導向滾輪→安裝主纜索股→緊纜,安裝散索套、索夾及吊索→船運吊裝主梁節段→拆除貓道,主纜纏絲,安裝其他附件→主橋主體結構施工完畢。

3.2 方案二:（140+390+140）m雙塔斜拉橋

本方案主橋結構形式采用雙塔三跨式斜拉橋,主橋橋跨布置為（140+390+140）m,總長670 m。主塔采用混凝土A形塔,上塔柱高93.6 m,塔、墩固結,橋梁總體布置如圖3所示。

圖3 靖江溪特大橋雙塔斜拉橋方案（單位:cm）

橫橋向橋面采用雙向四車道,兩側設置人行道,橫斷面布置為0.25 m（欄桿）+2.5 m（人行道）+ 15 m（行車道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（欄桿）,橋面總寬20.5 m。橋梁兩側各設置1.3 m拉索區。橋梁橫斷面布置如圖4所示。

圖4 靖江溪特大橋雙塔斜拉橋方案橫斷面（單位:cm）

（1）主梁。主梁采用混凝土預應力混凝土邊主梁結構,主梁中心梁高2.5 m,頂板厚0.32 m。梁頂全寬23.1 m,主梁間設置橫梁,橫梁間距5～8 m。

（2）索塔。主塔采用A形塔,鋼筋混凝土結構,采用C50混凝土。索塔自索塔橫梁頂面以上高度為93.6 m。索塔塔頂順橋向尺寸7.5 m,橫橋向尺寸8 m。索塔截面采用空心箱形薄壁截面,順橋向尺寸7.5 m,橫橋向尺寸5.0 m。塔間橫梁頂面距離塔頂42.4 m,采用空心箱形薄壁截面,截面尺寸5.5 m×4.0 m,壁厚0.8 m。

（3）斜拉索。全橋共布置96對（192根）斜拉索,呈扇形布置,最高的一根索在主梁上的錨固點在遠塔端,最低的一根拉索布置在近塔端,主梁上主跨標準索距8.0 m,邊跨近塔段標準索距8.0 m,遠塔段標準索距4.0 m,塔上豎向索距1.5 m,沿塔柱軸線布置。

（4）基礎。主墩承臺厚6.0 m,平面尺寸為16.5 m（順橋向）×35.25 m（橫橋向）,下接18根直徑2.5 m的樁基礎。

（5）施工工藝簡述。本方案施工流程:完成樁基、承臺等下部結構施工→主橋下塔柱及塔橫梁的施工→澆筑主梁0#節段→安裝塔吊,采用翻模或爬模逐段澆筑主塔混凝土→主塔施工完成后,掛籃懸澆箱梁各節段混凝土,同時安裝、張拉主梁各節段對應的斜拉索→完成整個主橋結構的安裝與拼裝工作→斜拉索索力和橋面標高調整到位→主橋主體結構施工完畢。

3.3 方案三:429 m中承式鋼管拱橋

本方案主橋結構形式采用中承式鋼管拱橋,計算跨徑429 m（凈跨徑390 m）,橋梁總體布置如圖5所示。

圖5 靖江溪特大橋中承式拱橋方案（單位:cm）

橫橋向橋面采用雙向四車道,兩側設置人行道,橫斷面布置為0.25 m（欄桿）+2.5 m（人行道）+ 15 m（行車道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（欄桿）,橋面總寬20.5 m。橋梁兩側各設置3.05 m吊索區。橋梁橫斷面布置如圖6所示。

圖6 靖江溪特大橋中承式拱橋方案橫斷面（單位:cm）

（1）主拱。拱肋為鋼管混凝土桁架結構,主孔跨度為429 m（凈跨為390 m）,凈矢跨比為1/4.5,拱軸系數為1.45。拱頂截面徑向高為6.0 m；拱腳截面徑向高為14.0 m,肋寬為4.0 m；每肋為上、下各2根1 320×22（26、30、34）mm,內灌C60混凝土的鋼管混凝土弦桿；弦桿通過橫聯鋼管762× 16 mm和豎向兩根660×12 mm鋼管連接而構成鋼管混凝土桁架。吊桿和拱上立柱間距為14.3 m,吊桿處豎向2根腹桿（拱腳段為立柱處徑向2根腹桿）間設橫隔,加強拱肋橫向連接。

（2）橋面梁。橋面梁由兩道主縱梁（吊桿處）、三道次縱梁、吊桿處主橫梁、吊桿主橫梁間設置的四道次橫梁組成格子橋面梁；主、次縱橫梁均采用工字形截面。格子梁上橋面板采用鋼-混凝土組合結構,橋面底面鋼板厚8 mm,橋面板總體厚度為14 cm,橋面鋪裝為5 cm厚的改性瀝青混凝土,在水泥混凝土和瀝青混凝土間設置防水卷材（縱橫梁頂）和防水涂料（格子梁跨中）。

（4）基礎。拱座設計為分離式的鋼筋混凝土拱座,橫向放坡成梯形結構,底寬10 m,頂寬7 m,設計基礎置于穩定的、完整的中風化基巖上,當開挖后地質條件發生變化時,應適當處理地基或調整基地標高。

（5）施工工藝簡述。本方案施工流程:完成拱座等下部結構施工,同時工廠預制主拱節段→船運吊裝主拱鋼管拱肋 (包括風撐及主拱肋間橫梁),主拱圈合攏并焊接→灌注下、上弦管內混凝土→吊裝、安裝吊桿及橋面縱、橫梁→安裝橋面板及人行道板→完成橋面系施工→主橋主體結構施工完畢。

4 靖江溪特大橋橋型方案比選

三個方案在技術上均可行、成熟,綜合比選見表1。

綜合以上各方面,推薦方案二,即4×30 m T梁+（55+85+390+85+55）m雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋方案。

5 結語

本文結合靖江溪特大橋橋址區地形、水文、通航和建設等要求,對其方案構思、跨徑選擇及橋型方案進行了論證研究,最終確定采用4×30 m T梁+（55+85+390+85+55）m雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋方案。該方案景觀效果好,施工技術成熟可靠,后期養護費用低,對今后在類似地形條件和水文條件下的橋梁設計有一定的借鑒和參考意義。

表1 橋型方案綜合比較表

[1]陳奉民,等.太洪長江大橋建設方案研究 [J].公路交通技術, 2016,32（3）:66-72.

[2]鄧紹玉.某國道富春江大橋橋型方案比選研究 [J].山西建筑, 2016,42(17):188-189.

[3]江顯昌.閩侯大樟溪新南港大橋橋位和橋型方案比選[J].福建建筑,2016(10):86-91.

[4]尹超,吳志剛.環巢湖旅游大道杭埠河大橋總體設計[J].中國市政工程,2015(5):17-19.

U442.5+4

B

1009-7716（2017）07-0056-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.017

2017-03-17

吳念（1984-）,男,湖北武漢人,工程師,從事橋涵設計工作。