大跨度矮塔斜拉橋總體設計

孫 勇

杭州市城鄉建設設計院股份有限公司 浙江 杭州 310004

1 工程概況

某大跨度矮塔斜拉橋位于廣東，所跨河道主要通行海輪，通航標準為內河Ⅳ級航道，橋位處河面寬約200m，橋梁軸線與河道軸線間的夾角70°。河口岸線順直，自然條件好，高潮時約有3.5m的通航水深，基本能滿足500噸級駁船進出。隨著河道整治工程的實施、河道底寬將拓寬至250m以上，水域較寬，水深條件將加深至-1.6m以上，適當浚深后，能滿足1000噸級船舶通航和調頭要求。

該橋的建設對區域沿江公路主干線的貫通以及沿線地區的經濟發展具有極其重要的意義。

2 主要技術標準

（1）公路等級：高速公路；

（2）設計荷載：公路-Ⅰ級；

（3）計算行車速度：120km/s；

（4）最高通航水位3.45m，通航凈空高11.5m；

（5）抗震烈度：地震基本烈度6°；地震動峰值加速度為0.10g；

（6）橋梁橫斷面布置：單幅橋面寬度19.85-22.05m；

（7）豎曲線參數：縱面位于R=3000m豎曲線上，縱坡1.37%。

3 總體設計

主橋采用（118+215+118）m半漂浮體系雙塔部分斜拉橋[1]，全長450m。該橋橫向設置三根塔柱，塔高49m，塔柱斷面采用實心矩形結構。橋梁分幅布置，主梁采用單箱三室變高預應力混凝土箱梁，跨中梁高3.5m，墩頂高8m（見圖1）。

圖1 橋型總體布置圖

3.1 結構設計

（1）主梁

主梁采用單箱三室橫斷面預應力混凝土箱梁，主塔處梁高8m，為主跨度的1/26.875，跨中梁高3.5m，為主跨度的1/61.429。箱梁頂面寬38m，箱底寬為26.27-27.75m。頂板厚28-70cm，底板厚28-80cm，邊腹板厚70-100cm,中腹板70-100cm。

主梁采用三向預應力結構，縱向鋼束分別采用15-19與15-16兩種鋼束，橫向用BM15-5，配合標準強度為1860MPa的低松弛預應力鋼絞線，豎向采用YJM15-3錨具，配合15-3預應力鋼絞線。

（2）橋塔

橋塔采用門形框架結構，橫向共3根塔柱，主墩承臺以上塔高64.5m，橋面以上高為40m。斷面采用矩形，其中中塔柱斷面尺寸為4×4m，邊塔柱斷面尺寸為2.5×4m。為提高橋塔景觀效果，在塔柱景觀效果，在橋塔斷面不同位置分別設置外凸的裝飾線條與裝飾槽口，塔頂削角處理。塔身上部設有鞍座，塔頂鞍座采用分絲鋼管結構，在兩側斜拉索出口處索體上設有索夾[2]。為與斜拉索鞍座相適應，分絲鋼管采用圓弧形，彎曲半徑為2.5-4.0m。

為增加橋塔的橫向穩定性，在主梁下緣及塔頂附近各設置預應力鋼筋砼橫梁一道，下橫梁斷面尺寸5×5m，上橫梁斷面尺寸2×3m。

（3）拉索

斜拉索采用高強度低松弛鋼絞線拉索體系,每根拉索采用73根7?5填充型環氧噴漆鋼絞線，標準強度1860MPa，匹配可換索的OVM250-73型群錨錨具。邊、中塔斜拉索分別采用單索面與雙索面，每個塔上設有8對斜拉索。斜拉索呈扇形布置，塔上索距2m，順橋向梁上索距為8m。索在垂直面投影的水平傾角為22.477°-35.25°。梁上塔柱側無索區長度為30.25m，塔上無索區長度為20m。為提高拉索耐久性，索體外部采用HDPE套管包裹。

（4）下部結構

主墩墩柱與橋塔一體化設置，斷面尺寸在順橋向加粗至5m。主墩承臺厚5m，平面呈啞鈴形布置，順橋向7.15m，橫橋向總長54.8m。承臺下設直徑2.5m鉆孔灌注樁21根，樁基進入7-3中風化混合片麻巖不少于2m，每根樁上部15m范圍內設鋼護筒。過渡墩采用蓋梁柱式墩，單幅橫向設置墩柱兩根，墩柱上大下小，斷面尺寸橫橋向為2.4，順橋為由下部的2.0增加至上部的2.5m。承臺厚2.5m，平面采用啞鈴形，下設直徑1.8m的鉆孔灌注樁6根（如圖2）。

圖2 主墩及1/2過渡墩承臺平面圖

3.2 結構計算情況

采用通用計算軟件Midas進行, 總體靜力計算采用平面桿系模式計算，箱梁為平面梁單元。總體計算根據橋梁施工流程劃分結構計算階段，根據設計的合攏方法模擬合攏步驟，根據荷載組合要求的內容進行內力、應力、箱梁極限承載力和抗裂驗算，驗算結構在施工階段、運營階段應力、箱梁極限承載力及整體剛度是否符合規范要求，見表1。

表1 荷載組合情況表

（1）主要計算結果

①主梁

施工階段箱梁最大壓應力(階段100)為18.2MPa，出現在跨中附近上緣，最大拉應力(階段93)為0.4MPa，出現在該階段安裝塊件下緣，最大拉、壓應力均滿足規范要求。

運營階段：最不利組合時，箱梁混凝土最大壓應力為17.4MPa，出現在墩頂附近下緣，箱梁不出現拉應力，最小壓應力為1.4MPa，出現在中跨跨中下緣。運營階段箱梁最大壓應力滿足規范要求。

持久狀態箱梁最大主壓應力為17.4MPa，小于規范容許值21.3MPa，滿足規范要求。

②主塔

考慮汽車荷載、溫度作用、基礎不均勻沉降、風荷載、汽車制動力等效應作用下，主塔塔底配兩排直徑為28的鋼筋，每排鋼筋由間距12～18厘米兩根一組的束筋組成,鋼筋距邊緣距離分別為10cm、60cm。

主塔承載能力及裂縫寬度均滿足規范要求。

③斜拉索

拉索采用15-73鋼絞線，鋼絞線抗拉強度標準值為1860MPa。根據《公路斜拉橋設計細則》，矮塔斜拉橋斜拉索容許應力可采用0.6fpk。經計算，單根斜拉索計算最大拉應力749.9MPa，最小拉應力485.3MPa，拉索應力均滿足要求，最大應力幅107MPa，滿足疲勞驗算要求。

④剛度

成橋階段箱梁跨中附近下撓217mm。短期效應作用下扣除結構自重后中跨最大下撓度為79.6mm，最大上拱度為31.6mm，位移絕對值之和為111.2mm，考慮撓度長期增長系數1.413，位移絕對值之和為157.1mm，小于L/600=360mm，結構剛度滿足規范要求。

圖3 計算模型圖

4 施工方案

①下部結構現場澆筑，插打鋼護筒進行鉆孔施工，承臺采用筑島圍堰施工；

②在墩身完成施工后，搭設墩旁托架，并利用墩旁托架澆筑0#塊，然后在0#塊上拼裝掛籃，利于掛籃分節段懸臂施工主梁。在主梁懸臂施工的同時，合理安排主塔的施工，當主梁懸臂施工到一定長度時，掛設拉索，并利用拉索懸臂施工剩余主梁，直至主梁合龍；

③附屬設施施工[3]。

5 結語

本文對某大跨度矮塔斜拉橋的結構設計和施工設計作了概要介紹。項目竣工后，加強河道兩岸的聯系，對于完善區域路網、加快沿線地塊的開發建設與經濟濟發展具有十分重要的意義。工程的建設提升了道路兩側的景觀效果，橋梁本身良好的景觀效果提高了城市的品味，為周邊區塊居民提供優美、舒適的工作和生活環境。工程建設充分體現科學、系統、以人為本的設計思路，獲得了一致好評。該橋的成功實現為同類的橋梁是設計和施工提供了可供參考的范例。