上海祁連山路跨蕰藻浜大橋總體設計

田周松

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

1 工程概況

陸翔路- 祁連山路貫通工程位于上海市寶山區，路線全長約2.3 km，城市主干路，紅線寬度為40～55 m，含一座跨蕰藻浜大橋，設計荷載為城-A級，南側引橋段線路與軌道交通15 號線支線部分重疊。

2 總體布置

2.1 主跨擬定

擬建道路規劃線位位于蕰藻浜東閘以西約450 m 處，為蕰藻浜東閘引航道段，橋位處河道呈喇叭形變寬段，凈寬約為112～126 m，規劃河床底標高為-3.26 m。橋位如圖1 所示。

圖1 蕰藻浜大橋橋位示意圖

蕰藻浜為Ⅲ級內河限制性航道，通航凈高7 m，通航凈寬65 m，設計最高通航水位為3.8 m。通航要求擬建橋梁一跨跨過設計通航水域，南岸承臺不應進入藍線，北岸墩柱不應進入藍線且承臺應埋入規劃泥面下2 m。滿足通航要求的一跨跨過河道的最小橋梁主跨跨徑擬定采用132 m。

2.2 橋型方案

對跨度為132 m 的有通航要求的跨航道橋，可采用下承式拱橋或獨塔斜拉橋，上下游已建成多座拱橋，擬采用獨塔斜拉橋，如圖2 所示。高聳的橋塔氣勢恢弘，大橋造型舒展，宛如即將起航的帆船揚帆遠航，勇往直前。

圖2 蕰藻浜大橋實景圖

2.3 主橋總體布置

為了盡量減小斜拉橋的總長，控制橋梁建設成本，并結合兩岸道路平面布置，該橋采用獨塔兩跨斜拉橋。由于北岸側為道路變寬段，因此邊跨布置在南岸側。南岸側道路為平曲線段，曲線半徑為251 m，為了盡量減小曲線邊跨長度，同時也為了減小地鐵15號線支線對邊墩布置的影響，邊跨采用了較小跨徑65 m，邊主跨比0.493。由于邊跨較短，采用預應力混凝土梁更為經濟。

因此，綜合上述因素，主橋采用平曲線獨塔雙索面混合梁斜拉橋，南側邊跨采用預應力混凝土梁，跨河主跨采用鋼箱梁，邊跨跨徑為65 m，主跨跨徑為132 m。

主橋橋寬42 m，總體布置如圖3 至圖6 所示。

圖3 立面布置圖（單位：mm；標高、樁號為m）

圖4 平面布置圖（單位：mm；樁號為m）

圖5 橋塔橫斷面布置圖（單位：mm；標高為m）

圖6 主梁橫斷面布置圖（單位：mm）

2.4 主橋結構體系選擇

斜拉橋各結構體系在靜力和地震工況下的對比結果見表1 所列。

表1 不同結構體系在靜力和地震工況下的結果一覽表

根據計算結果，塔梁固結體系在靜力和地震工況下的下部結構受力，優于半漂浮體系和塔梁墩固結體系，位移介于兩者之間但絕對位移仍在可接受范圍內。塔梁固結體系的樁基數量可進一步減少，詳見基礎設計；而固結體系樁基比較長，宜增加樁基數量。由于該橋受邊跨布置和河道藍線的限制，宜減小基礎規模控制主跨跨徑，推薦采用塔梁固結體系，梁底設置減隔震支座（見圖7）。主墩采用摩擦擺減隔震支座，靜力下縱橋向固定、橫橋向單側固定；邊墩采用摩擦擺減隔震支座，靜力下縱橋向滑動、橫橋向單側固定。主墩和邊墩均設置間隙超過地震位移需求的橫向擋塊。

圖7 主橋約束體系布置示意圖

2.5 引橋總體布置

該工程引橋橋下凈空小，南引橋與15 號線支線平面有部分重疊，立柱布置無規律，如采用帶蓋梁的上部結構形式，則蓋梁埋入或緊貼地面；并且蓋梁多數為異形蓋梁，蓋梁跨度大、梁高高，景觀效果差。因此不推薦采用T 型梁、小箱梁等需要設置蓋梁的上部結構形式。現澆混凝土大箱梁外形美觀，抗彎抗扭剛度大，跨越能力適應性強，可較好地滿足一般中等跨度橋梁的使用要求，引橋結構形式統一。由于不需要設置蓋梁，總建筑高度小。跨蕰藻浜大橋引橋采用現澆整體箱梁，標準跨徑在30 m 左右，路口處適當加大。

南引橋樁基布置以盡量增大樁基與盾構邊線的凈距為原則。由于15 號支線盾構之間的凈距較小，因此中間橋墩采用大直徑的單排樁。經計算，樁基直徑采用2.2 m，樁基邊緣距離盾構邊緣的最小凈距為2.1 m，如圖8 所示。

圖8 地鐵15 號線支線處橋梁布墩圖

3 主橋結構設計

3.1 主梁

鋼箱梁分為索塔段（含鋼混結合段）、標準段、邊墩墩頂段等類型，鋼梁標準節段長9.6 m。鋼箱梁長42 m，高2.6 m。標準段頂板厚16 mm、20 mm，底板厚16 mm、20 mm，腹板厚14 mm、25 mm。鋼梁采用正交異性鋼橋面板，鋼梁頂板、底板采用U 形閉口加勁肋加強。鋼梁沿縱向每3.2 m 設置一道橫隔板，標準橫隔板厚12 mm。橫斷面如圖9 所示。

圖9 主梁標準斷面圖（單位：mm）

邊跨主梁采用預應力混凝土整體箱梁，C50 混凝土，梁高2.55 m。箱梁頂板、底板厚均為0.22 m，一般腹板厚0.4 m，錨固區腹板厚1.5 m。標準橫梁間距4.85 m，厚0.3～0.5 m。縱向設置頂底板及腹板預應力鋼束，橫向設置橫梁及挑臂橋面板預應力鋼束。

由于該橋為鋼塔，鋼混段設置在邊跨可減少混合段連接數量，鋼混結合段長2.0 m，距離主橋塔中心線4～6 m。設置前承壓板，可使鋼混接觸面的應力擴散盡量均勻且受力明確。鋼混段縱向設置體內預應力鋼束，錨固于后承壓板，要求接觸面在基本組合下不出現拉應力，接觸面的剪力通過剪力釘承擔，摩擦力作為抗剪的安全儲備。混凝土梁的鋼筋連接于前承壓板或者開孔穿過前承壓板。鋼混結合段與鋼梁之間設置剛度過渡段，如圖10 所示。

圖10 鋼混結合段縱向布置圖（單位：mm）

3.2 主塔

主塔采用縱向帆形塔柱，橋面以上塔高約50.5 m。直線主塔柱、曲線副塔柱均采用箱形鋼結構，它們通過圓鋼管連接。主塔柱順橋向寬4.05 m，橫橋向寬3 m。輔助塔柱順橋向寬2.03 m，橫橋向寬3 m。塔柱頂部設置橫向系梁，系梁寬2.48 m，高2.5～3.6 m。塔壁最大板厚為50 mm，主塔如圖11 所示。

圖11 塔柱成橋之實景

3.3 斜拉索

斜拉索采用高強鋼絲，標準強度1770 MPa，斜拉索全橋設24 對（48 根）。

主跨標準索距為9.6 m，索梁錨固采用梁式錨箱；邊跨標準索距為4.85 m，通過混凝土箱梁腹板開槽口錨固。塔上標準索距3.6 m，索塔錨固采用組合式錨固結構。

當橋塔縱向腹板間距較小時，可采用梁式錨箱，索力傳遞到兩側塔壁；當橋塔縱向腹板間距較大時，可設置縱橋向鋼錨梁。該橋橋塔尺寸有限，難以設置較多的縱向隔板，綜合采用了上述兩種錨固構造，即縱橋向居中設置鋼錨梁、橫橋向由兩道橋塔環向加勁及其翼緣組成錨固橫梁[1]，如圖12 所示。拉索平衡水平力由鋼錨梁承擔，不平衡水平力由錨固橫梁承擔，豎向分力由橋塔塔壁及其豎向加勁共同承擔。

圖12 組合式錨固結構平面/ 立面布置圖

該橋邊跨位于半徑為251 m 的平曲線上，曲線平面導致橋塔處產生橫橋向水平力。成橋狀態以較小橋塔彎矩為目標，基于靜力平衡方法確定斜拉索索力，即采用剛性支承連續梁法得到北側鋼梁主跨恒載作用下的豎向分力，按圖13 根據靜力平衡條件計算斜拉索索力；考慮充分發揮小跨徑斜拉橋主梁縱向受力能力，按比例適當調小索力，從而減小橋塔橫橋向彎矩。

圖13 拉索索力計算圖示

3.4 橋墩

主墩采用分離雙柱墩，橫橋向中心距離26.5 m。主墩墩底橫橋向尺寸為5.5 m，墩底縱橋向尺寸為6.0 m；墩頂橫橋向尺寸為3.0 m，墩頂縱橋向尺寸為6.0 m。主墩連線相對于樁號線沿順時針旋轉1.2°。主墩承臺平行于河岸布置，承臺長邊尺寸為14.2 m，短邊尺寸為11.2 m，承臺厚4.0 m。主墩每側共布置20 根φ1.2 m 的鉆孔灌注樁。

邊墩采用分離雙柱墩，南岸邊墩橫橋向中心距離20.0 m，北岸邊墩橫橋向中心距離22.0 m。邊墩立柱橫橋向尺寸為3.2 m，縱橋向尺寸為3.2 m。南岸邊墩左側承臺平行于盾構布置，北岸邊墩承臺平行于河岸布置，每側共布置8 根φ1.2 m 的鉆孔灌注樁。

4 結語

祁連山路跨蕰藻浜大橋主橋采用獨塔雙索面混合梁斜拉橋方案，主梁采用鋼- 混凝土混合梁，主塔采用帆形塔，結構體系為塔梁固結、塔墩分離體系。在充分考慮河口寬度、通航要求、盾構避讓、邊跨位于曲線段等因素基礎上，該橋的設計將結構美觀性、經濟性與受力合理性很好地結合在一起，可以對類似工程起到借鑒作用。