崇左大橋主橋總體設計分析

李春

摘要：文章系統地介紹了崇左大橋的總體設計情況，并分析了各重要構件的設計要點，以供類似橋梁工程設計借鑒參考。

關鍵詞：崇左大橋;外傾式橋塔PC矮塔斜拉橋;雙肢實體墩;景觀特大橋

This article systematically introduces the overall design of Chongzuo Bridge and analyzes the design points of each important component to provide reference for similar bridge engineering design.

Chongzuo Bridge;Extraverted pylon PC lowtower cablestayed bridge;Doublebody physical pier;Landscape bridge

0 引言

崇左大橋位于崇左市西北部，是連接龍峽山西路與名仕大道的一座跨江特大橋。該橋擬打造成為崇左市地標性建筑，該橋景觀造型經過多次比選，最終成型于方案設計階段。橋梁墩塔呈現雙手托舉造型，寓意高舉雙手，歡迎八方來客，體現崇左市開放、包容、熱情好客的城市文化形象。該橋造型優美流暢，但也存在結構受力復雜的情況。本文圍繞為實現該橋新穎獨特的景觀造型，詳述了該橋從總體布置到結構選型，再到各關鍵部位設計的情況，為同類型橋梁的建設提供借鑒參考。

1 橋梁總體布置

本橋跨越左江，橋下通航標準為Ⅲ級航道，雙向通航，通航孔寬110 m。在適應航道通航要求的情況下，主墩布置應避開深水區施工，同時應避免岸坡的大面積開挖，綜合考慮兩岸地形以及規劃道路的情況，橋梁跨徑最終選定在105 m+190 m+105 m=400 m。本項目路線起終點接現狀道路，橋面高程同時受到通航凈空、三百年一遇洪水以及現狀道路的約束，調整余地有限，因此該橋主梁高度受到了限制。此外，本橋為城市主干道的一部分，按雙向六車道設計，為完整地實現道路的通行功能，兩側布置非機動車道及人行道，導致橋面寬度達到39 m。因此寬橋、矮梁以及外傾式橋塔是主橋結構設計不可避免的難點。

2 橋梁結構選型

橋梁造型決定了該橋必須采用外傾式橋塔，且橋塔間無橫向聯系，橋塔本身是一根外傾式懸臂梁，受到材料強度的限制，橋塔高度不能做得太高。從結構受力角度上看，主橋合理的橋型應為矮塔斜拉橋，即利用了斜拉索降低主梁高度，也可通過較低矮的外傾式橋塔實現橋梁的景觀造型。如圖1所示。

大跨徑主梁自重較大，不宜采用大噸位支座;此外考慮減少橋墩和主梁的變形等因素，主橋采用塔墩梁固結的結構體系。該體系的受力特點為：（1）由橋墩、主梁構成連續剛構體系，為全橋主要受力構件，承擔主橋的大部分荷載;（2）在連續剛構體系上增加橋塔及斜拉索，分擔主梁受力，對主梁起到輔助受力作用;（3）橋塔與主梁0#塊之間采用一個鋼混結合段實現索塔與主梁的連接，傳遞索塔的荷載;（4）該體系對溫度變化以及支座沉降較為敏感，在結構設計階段應采取措施降低其不利影響。

3 主橋結構設計

3.1 基礎設計

主橋基礎采用樁基接承臺形式，每個承臺設置14根2.2 m的鉆孔灌注樁，樁基分2排布置。樁基長約10 m，均按端承樁設計，并嵌固于完整基巖中。主橋基礎的不均勻沉降極小，對于該橋結構體系而言，消除了一個不利的受力因素。

3.2 橋墩設計

橋墩是關系該橋結構體系是否成立的一個關鍵結構，橋墩設計應考慮以下三個因素：（1）橋墩與橋塔相協調的外形;（2）橋墩抗彎、抗推剛度;（3）橋墩縱向、橫向承載能力。橋面高程受現狀道路約束，導致主墩高度僅有22 m，這對于該橋的結構體系而言是不利因素。由于墩高較矮，橋墩的抗推剛度大，而橋墩抗推剛度與體系對溫度的敏感性呈正相關趨勢。為減少體系降溫、混凝土收縮、徐變對主梁內力的影響，如何選擇橋墩的截面形式成為關鍵。即橋墩抗推剛度適中，使橋墩與主梁剛柔統一，又能支承上部結構傳遞的荷載，并確保施工期間的穩定性。

橋墩順橋向寬度受到結構造型限制僅為5.5 m，除實體橋墩、箱型橋墩外，本橋創造性地提出雙肢實體橋墩形式，即把實體橋墩沿順橋向對稱分為兩部分，兩肢之間留10 cm縫隙，如圖2（c）所示。

經有限元分析，同等寬度下雙肢實體墩抗推剛度約為實體橋墩的1/4，為箱型橋墩的1/3，且隨著結構尺寸的增加，雙肢實體墩抗推剛度增長率較低，因此在結構抗推剛度增加不多的前提下，可較好地提高橋墩的承載力與穩定性。至此，該橋兩個不利受力因素已被解決。經計算比選，該橋采用雙肢實體墩形式，單肢寬取1.9 m時，已能滿足施工階段與運營階段的承載能力和穩定性要求，抗震性能與構造均符合規范要求。

3.3 主梁設計

對于主跨190 m的矮塔斜拉橋，選擇合理的主梁截面形式能有效減輕主梁自重，從而提升整橋結構體系受力的合理性及經濟性。箱梁斷面形式應考慮以下因素：橋梁寬度、梁高、自重、施工養護、拉索布置、梁體剛度、承載力與穩定性等。經比選，箱梁采用單箱四室截面，外側斜腹板，腹板斜率2∶1，按三向預應力結構設計，如圖3所示。

主梁墩頂無索區長度為33 m，跨中無索區長度為17 m;拉索布置區長55 m，拉索錨固區布置于外側腹板兩側。主梁寬39 m，箱梁外懸臂長1.5 m，箱梁底寬由根部28.57 m漸變至跨中33.07 m。主梁根部高8 m，跨中高3.5 m，梁高按1.8次拋物線變化。外側腹板厚80 cm，中腹板厚50～70 cm。箱梁底板厚度由根部110 cm漸變至跨中32 cm，箱梁頂板厚30 cm。

主梁0#塊長8 m，每個T構劃分為19個懸澆節段，節段長度由根部至跨中分別為：2×3 m、2×3.5 m、4×4 m、1×5 m、8×5.5 m、2×6 m。

3.4 橋塔設計

橋塔是呈現整座橋梁造型的關鍵要素，此外橋塔結構也是該橋重要的受力構件。該橋采用的外傾式橋塔（見圖4）與常規橋塔結構在受力上有所不同。由于每根索均為空間索，每根索的拉力方向與索塔軸線的平面夾角不相同，使橋塔在斜拉索與外荷載共同作用下，受力復雜。設計上采取以下兩種措施來改善橋塔受力情況：（1）在確保橋塔外形美觀的前提下適當調整橋塔外傾角度，使其與索力方向基本接近，使橋塔在索力作用下盡可能處于軸力受壓狀態，減小偏心荷載效應;（2）在鋼結構橋塔內部設置剪力鍵，并填充微膨脹C50混凝土，使橋塔形成鋼箱混凝土結構。此舉能大幅度地提升橋塔剛度，減少橋塔變形，增強橋塔承載力。

結構計算表明，橋塔在填筑混凝土后，在車輛與人群荷載作用下，鋼箱混凝土橋塔頂部水平位移較鋼橋塔減少6.7 cm，約降低38%。此外，橋塔為偏心受壓構件，鋼箱內部填筑混凝土后，不僅解決了鋼結構失穩問題，同時也因鋼結構應力迅速下降，可顯著提高橋塔結構承載能力。鋼箱混凝土橋塔與鋼橋塔控制斷面的應力對比如表1所示。

本橋采用鋼箱混凝土橋塔，充分發揮材料特性。橋塔利用鋼結構實現了橋塔新穎的外形，同時鋼材良好的受力性能很好地解決了橋塔的復雜受力問題;利用混凝土自重大、剛度大的特點在鋼箱內填筑混凝土提高了橋塔結構承載能力及穩定性，鋼箱混凝土橋塔受力性能優良，經濟指標良好，是較為合理的結構布置形式（見圖5）。

3.5 斜拉索及其錨固構造設計

斜拉索采用環氧涂層鋼絞線成品拉索，每根拉索采用55根s15.24 mm單層PE防護單絲涂覆環氧涂層鋼絞線。采用成品斜拉索，具備防腐性能優良、索力可調、拉索可換等優點。

全橋共有40對斜拉索，梁上索間距5.5 m，塔上索間距1.1 m。索塔布置在橋梁人行道外側，斜拉索利用鋼筋混凝土錨固齒塊錨固在主梁外側斜腹板上。斜拉索在索塔處的錨固采用利用了分絲技術的新型鞍座，每對斜拉索在塔上連續通過，在斜拉索出橋塔處設抗滑錨頭。橋塔順橋向對稱的斜拉索同步張拉。

4 結語

崇左大橋為外傾式PC矮塔斜拉橋，在設計中，始終圍繞本橋的景觀造型開展工作。本橋采用塔墩梁固結體系，在結構設計上采用了鋼箱混凝土橋塔、雙肢實體橋墩等新穎的結構形式。本橋采用了合理的結構體系與結構形式，打造了橋梁新穎優美的造型，在橋梁景觀設計與項目投資之間取得了較好的平衡。本文詳述了崇左大橋的設計要點、亮點，可為今后同類型橋梁設計提供參考。

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