福州鼓山大橋主橋獨塔自錨式懸索橋設計

石建華

1 工程概述

工程背景:福州市三面環山，閩江在市內分叉穿過，北稱閩江、南稱烏龍江，于下游馬尾會合后折向東北穿越瑯岐島后匯入東海，閩江入海口相隔臺灣馬祖島僅20余千米，是祖國大陸面向臺灣海峽的重要門戶，市內既有10余閩江橋形式涵蓋了梁式、剛構、拱與斜拉橋，尚缺懸索橋，在此背景下，本著豐富福州橋型、增添城市景觀標志性建筑的設計指導思想，設計提出的獨塔自錨式懸索橋方案被業主選中而得以實施。

2 主橋結構總體設計

2.1 孔跨布置

主橋設半徑7 500 m豎曲線，頂點位于主塔處以與主纜線遙相呼應，兩端接2.05%縱坡。孔跨布置為:50 m+150 m+235 m+35 m=470 m;其中235 m主跨范圍覆蓋了既有與調整后通航尺度及該處船只進出碼頭航線范圍;邊跨設計為150 m懸吊跨。1)突出懸索橋外形特征;2)控制懸吊跨邊主跨比例接近黃金分割比例;南端跨度50 m，在滿足平衡主纜上拔力的需要下兼顧與引橋50 m連續跨的總體協調性;北端跨度35 m，過渡墩置于北江濱路綠化帶，為上下橋人行梯道及主、引橋之工程與視覺過渡分界點。

2.2 結構體系

各墩頂與主梁底間均設有豎向盆式支座;主塔與主梁間設豎向拉壓支座、橫橋向抗風支座及順橋向阻尼器;主纜在南側1號墩處、北側3號墩處梁頂分別設置散索套與散索鞍，并在其下方設置耐久性強的球形鋼支座，形成對主纜的約束。

2.3 結構布置

主塔結構設計為門式鋼筋混凝土結構，主塔全高136.2 m。主梁按單幅布置，在懸吊跨采用鋼箱梁結構，其余部分采用PC箱梁結構，梁高3.5 m。主纜矢跨比主跨為1/10，主纜兩端錨固于兩側PC箱內;吊索間距順橋向 7 m、橫橋向34 m;吊索面將機動車道與非機動車道分隔以減小寬梁之橫橋向跨度，主梁受力合理;纜索面略傾斜。

3 基礎結構設計

3.1 主塔基礎結構

主塔基礎結構設計為分離式高樁承臺鉆孔柱樁基礎，樁基持力層選擇在微風化花崗巖層。上、下游側樁基按對稱行列式各布置9根φ 2.2 m鉆孔樁，樁間距6 m、長 81 m～92.6 m;方形承臺邊長16.4 m，厚5 m。承臺施工采用鋼吊箱圍堰法施工。

3.2 基礎防船撞結構措施

基礎防船撞結構設計理念是“保橋又護船”。結合河道水位落差較小的特點，在承臺的上、下游端設置固定式鋼結構柔性防撞裝置，在承臺側面設置橡膠護弦，并在塔墩上下游承臺間靠航道側設置分體式防撞墩以防止船舶誤入上下承臺之間。

4 主塔結構設計

4.1 主塔構造

主塔下塔柱高28.2 m、中塔柱高92.66 m、上塔柱高15.34 m。塔柱橫橋向寬為4.8 m～6 m、順橋向寬為6.85 m～7.5 m。下橫梁高5 m、長36 m、寬7 m，上橫梁高4.5 m～7.3 m、長37.6 m、寬5.8 m。塔柱截面均采用單箱單室截面，中、下塔柱截面壁厚為0.8 m，上塔柱壁厚為0.3 m。上、下橫梁截面均采用單箱單室截面，壁厚分別為 0.6 m，0.8 m。上橫梁頂、底板伸出腹板0.1 m，形成0.6 m寬飾帶，突出拱形線條。

4.2 配筋設計

塔柱均按普通鋼筋混凝土構件設計，豎向主筋直徑32 mm、基本間距15 cm，橫向鋼筋直徑20 mm、基本間距15 cm。上、下橫梁均按全預應力混凝土構件設計，均布置有強度為1 860 MPa的19-φ 15.2 預應力束 。

5 主梁結構設計

5.1 鋼箱梁設計

1)鋼箱梁構造。鋼箱梁橫斷面見圖1。鋼箱梁梁高在橋中線處為3.5 m，頂面全寬42 m，底面寬33 m，兩側人行道挑臂寬各4.5 m、根部高 1 m，橋面設2%橫坡。鋼箱梁全長371.5 m，順橋向共劃分為53個節段，標準節段長7.0 m、重123 t;節段間現場連接形式除兩道內腹板采用栓接外，余下均為焊接。鋼箱梁頂、底板均采用正交異性板:面板厚14 mm，U肋間距600 mm、板厚8 mm、高260 mm;底板厚12 mm，U肋間距800 mm、板厚6 mm、高220 mm;四道直腹板厚 16 mm，用板肋加勁。橫梁腹板厚16 mm、間距7 m，與吊索位置相對應，兩道橫梁間設置厚 12 mm的開口隔板。外側挑臂腹板與箱內橫腹板以3.5 m的間距對應。2)吊索錨固構造。吊索在梁上的錨固形式采用嵌入外挑臂腹板的管錨式構造;錨管與腹板熔透焊;錨管下口與錨板間設加勁板。

5.2 PC箱梁設計

1)南側PC箱梁構造。南側PC箱梁梁高3.5 m、總長60.4 m，在1號墩兩側各長8 m、寬4.8 m的錨室區梁高漸變至6.5 m。1號墩處梁體設4 m厚隔墻以增強纜索錨固構造整體性、平衡主纜上拔力，結合段處設2 m厚隔墻以滿足結合段剪力傳遞需要。

標準段橫截面為單箱四室截面，箱梁頂板厚度0.3 m，底板厚0.25 m，腹板厚0.5 m。兩側挑臂板各長6.1 m、其下設間距4 m、厚0.4 m的變高加強肋，在滿足受力需要下以取得與鋼梁外挑臂展翅風格的統一協調(見圖2)。

2)北側PC箱梁構造。北側PC箱梁總長37.9 m，梁高除靠4號墩側21 m長范圍因主纜散索錨固需要漸變至5 m外，其余均為3.5 m。箱梁橫截面設計為單箱四室截面，頂板厚0.3 m、底板厚0.25 m、腹板厚0.5 m(見圖3)。

3)配筋設計。PC箱梁采用縱橫雙向預應力體系:順橋向南、北側PC梁頂板束分別采用19，12-φj15.24鋼絞線、底板束分別采用12，7-φj15.24鋼絞線;橫向箱梁頂板預應力鋼束采用3-φj15.24鋼絞線，基本間距0.4 m。

5.3 主梁施工

懸吊跨鋼梁采用拖拉法施工，拖拉過程中鋼梁前端設長55.3 m的鋼導梁，考慮施工期通航需要共布設四處臨時墩，水上鋼梁吊裝龍門架與拼裝平臺設于4號墩旁。

兩端跨PC梁采用支架法施工，在全部鋼梁安裝就位后分別澆筑兩端結合段混凝土，臨時墩在纜索系統施工完成后、橋面鋪裝前與主梁自動脫開即可拆除(見圖4)。

6 纜索系統設計

1)主纜。全橋兩根主纜呈傾斜狀布置，橫向間距在塔頂為42 m、梁面為34 m，每根主纜由37股強度為1 670 MPa的127-φ 5.1的鍍鋅平行鋼絲組成，豎向排列成尖頂正六邊形，纜外徑約390 mm，錨頭采用熱鑄錨。2)吊索、索夾。吊索截面同主纜索股，外包PE護套，吊索錨頭采用冷鑄錨，吊索上端與索夾連接采用鉸銷接頭。3)鞍座。主鞍座初始安裝位置需向邊跨側預偏505 mm，在纜索系統安裝過程中需分三次頂推就位。

7 設計特點

1)懸吊跨之邊/主跨比例從美學角度考慮設計為黃金分割比例;2)主梁橫斷面在抗風不控制設計的條件下設計為帶肋板挑臂的直腹板箱形斷面，形成獨特的展翅風格與韻律;3)纜索面布置有別于常規的門式塔懸索橋之豎直索面形式，結合垂直塔柱和寬梁特點而布置為傾斜索面，在合理主梁受力同時也賦予索面一些變化;4)塔梁間順橋采用阻尼約束體系以控制地震響應;5)基礎防撞結構本著“保橋護船”的設計理念結合水位特點設計為固定式柔性防撞裝置。

8 結語

隨著我國經濟的快速發展，城市橋梁對景觀方面的需求日益增強，而自錨式懸索橋以其優美的主纜線形和橋塔建筑造型多樣性的特點，且相對地錨式懸索橋可節約土地資源，會成為城市橋型的選擇和發展的方向，鼓山大橋作為福州首座自錨式懸索橋，將為美化福州城市面貌、豐富福州橋梁文化內涵發揮作用。

[1] 李 剛.特大跨度懸索橋概念設計[J].山西建筑，2008，34(4):314-315.