淺述矮塔斜拉橋結構設計要點

王迎春

（蘇交科集團股份有限公司 江蘇南京 210017）

0 引言

矮塔斜拉橋又稱為部分斜拉橋，是相對于傳統斜拉橋進行定義的。該結構在國內屬起步階段，雖已有建成工程實例，但數量相對于系桿拱等較少，具有一定的新穎性和時代性，結構特性介于連續梁橋與傳統斜拉橋之間。

矮塔斜拉橋結構形式對于100m跨徑左右的橋梁，是一種經濟性能、力學性能都較合理的橋型方案，該種橋型在國外建成多座，最大跨徑已達180m。我國也有建成實例。該種橋型與連續剛構方案相比，箱梁梁高減少一半，使橋梁立面顯得輕巧纖細，索塔高度比斜拉橋低約一半，且索塔上不設拉索錨具，使索塔尺寸可大大減少，因而比傳統斜拉橋具有更好的經濟性。通過對索塔造型的建筑設計處理，矮塔雖然沒有傳統斜拉橋索塔的挺拔高聳的氣勢，但其更接近人的視線，對行駛車輛內的人會產生更強烈的印象。

1 矮塔斜拉橋概述

在中等跨徑橋梁中，矮塔斜拉橋在結構上和經濟上具有較強的競爭力。矮塔斜拉橋相當于將預應力鋼束布置在箱梁有效高度以外，相對于一般預應力箱梁橋，其自重和預應力數量都較小。與傳統斜拉橋相比，各索之間應力變化較小，可顯著降低索塔高度。同時，該橋型結構受力也很明確：主梁主要承擔一期恒載；斜拉索作為體外預應力主要承擔鋪裝等二期恒載和活載，該部分約占總荷載效應的30%左右。此外，部分斜拉橋施工期間的受力狀態與成橋后受力狀態基本一致，結構體系轉換時間短暫，效果良好。

相比于傳統斜拉橋，由于塔矮，矮塔斜拉橋斜拉索在活載作用下的應力變化幅度較小，斜拉索受力性能更好。在低應力變幅下，斜拉索的疲勞問題也可以大大緩解，使用可以更耐久，減少了后期維護成本，達到節省造價的目的。

2 結構優越性

部分斜拉橋一般在立面上多數為雙塔居多，也有少數為單塔。在橫斷面上的處理一般有三種辦法：①全橋寬為整體，設置兩個索面，這種布置使橋面以上有較多塔柱和索面等建筑物，但對較寬的橋面仍然是比較簡潔和寬敞的；②全橋寬設置一個索面，為單承載面部分斜拉橋橋型，橋面上行車較雙索面方案更有寬敞開闊的感覺，但當橋梁較寬時單承載面會使箱梁橫向受力更復雜一些；③將橋梁寬度方向分成兩幅箱梁，整個橋梁分成上、下游兩座平行的部分斜拉橋結構，降低結構難度。

3 抗腐蝕性

預應力混凝土箱梁和混凝土索塔耐久性能好，養護維修工程簡單。成品斜拉索索一般均用三層防護，抗腐蝕性能較好，成品索類型基本有鋼鉸線成品索和平行鋼絲成品索兩種。

矮塔斜拉橋的施工相對也比較簡單，最主要的是要盡量減少對航道的影響。若現狀航道等級較低，遠期規劃航道等級較高，可采用滿堂支架結合貝雷梁等萬能桿件的做法，主塔主梁及預應力在支架上施工完畢后，再張拉斜拉索，此種方法造價最省，工期最短；若現狀航道較高，則主橋大部分梁體及主塔可在岸上完成，剩余的主橋可采用預制懸臂拼裝或者采用掛籃懸臂澆筑的施工方法，并逐步配合張拉預應力及斜拉索，此方法相對復雜，工期較長。

4 工程概況

下面以2005年建成通車的浙江省嘉興市杭州塘大橋為例，簡單談談部分斜拉橋的設計。

杭州塘大橋是嘉興經濟開發區跨越京杭大運河及已建吉揚路，連接建成區域和西南新增高新技術園區的主要橋梁，位于開發區主干道昌盛路上，連接運河兩側的開發區，地處中山西路城市副中心地帶，周圍是主要商業區。設計采用優雅不失活潑，奔放不失穩重的部分斜拉橋橋型，以獨特的風格與周圍環境融為一體。

杭州塘大橋全長為298.16m，橋梁平面位于直線段。

通航等級為五級。主跨為雙索面部分斜拉三跨等截面連續梁，跨徑為36+65+36m，采用塔梁固結、塔墩分離的稀索體系形式。混凝土主梁采用單箱十室截面，梁高2.0m，全寬40.0m。橋面鋪裝為8cm的混凝土墊層和8cm的瀝青層，橋面橫坡為雙向1.5%的橫坡，梁頂與橋面橫坡一致，梁底水平。鋼筋混凝土主塔采用花瓶形造型，塔高9.521m，塔橫向間距為18.4m。

圖1 橋型總體立面

圖2 橋梁效果

因現狀航道等級較低，考慮到工程造價、施工工期及方便施工等因素，混凝土主梁采用貝雷梁結合滿堂支架施工。

混凝土主梁采用閉口的全預應力箱式結構，兩側懸臂各2.4m。除在各支點及中跨跨中設置橫梁外，在斜拉索錨固位置各設置一道拉索橫梁。邊支點橫梁采用L形帶牛腿的形式，厚1.7m；中支點橫梁厚2.0m；拉索橫梁及中跨跨中橫梁厚均為0.4m。

主梁采用縱、橫、豎三向預應力體系。在斜拉索張拉前完成主梁全部的預應力張拉工作。張拉原則是：先橫梁，再豎向，后縱向。縱向預應力張拉以先長束、后短束為原則。

在進行斜拉索成品索的材料選擇時，收集了相關廠家的實驗結果分析，并對某廠進行實地考察后，采用平行鋼絲成品索。

在斜拉索索股穿索時，對錨固在主塔內的平行鋼絲（已剝除PE套部分）進行保護，防止裸露的鋼絲表面受損和銹蝕。

斜拉索的張拉端設置在主梁的箱內。斜拉索采用對稱逐股張拉、分級張拉的方法進行，張拉期間，在橋面對應位置開人孔。橋面二期恒載（指橋面鋪裝）的施工在斜拉索張拉完成后進行。張拉期間，對主梁的起拱值、塔頂位移等進行檢測，并與計算理論值進行對比分析。

結構總體計算模型：

（1）滿堂支架模擬，現澆主梁；

圖3 主梁滿堂支架模型

（2）主塔施工，對稱、分步張拉縱、橫、豎向預應力；

圖4 主塔施工模型

（3）主梁落架，對稱、逐步張拉斜拉索；

圖5 張拉斜拉索模型

（4）拉索張拉完畢，施工鋪裝等橋面系二期恒載。

圖6 成橋模型

圖7 建成實景

杭州塘大橋于2005年建成通車，在2010年12月份橋梁通車滿5年之際，受建設方邀請，對大橋進行體檢，重點檢查橋塔、拉索、主梁等主體結構。隨機打開了兩個斜拉索張拉人孔，檢查了斜拉束的錨端，發現箱內干燥，無滲漏水現象，錨端保護良好，橋梁整體質量正常，主體結構正常。會后約定在兩年后抽檢拉索端部防腐油脂的密實程度，抽樣檢測拉索索力大小，并根據檢查結果再制定相關后續維護方案。

圖8 現場檢查照片

5 結束語

杭州塘大橋主橋、引橋及引道、排水總決算價為4601萬元，主橋結構折算單價為每平方米5000元。相應于同期的傳統斜拉橋經濟優勢明顯，比同期的連續梁每平米造價略貴。采用部分斜拉橋后，梁高降低，兩側引坡縱坡降低為2.3%，符合規范要求，收到了比較好的技術經濟效果。

矮塔斜拉橋在具體設計中尚有諸多細節應認真考慮，如拉索兩側采用固定索夾還是活動傳遞、拉索對主塔的偏載受力影響、具體施工時拉索如何穿越主塔以及張拉索力的分級如何確定等等，對于較新結構而言，或多或少會有些技術難關需要去突破，同時也可能會有考慮的欠缺與不周，設計人員需要不斷摸索、總結、創新和提高。