長沙市福元路湘江大橋方案設計構思

盧永成

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 前言

福元路湘江大橋是長沙市城市總體規劃中的一條東西城市主干道，西起銀杉路，東至芙蓉北路，工程線路全長3.575 km，其中跨越湘江部分長1.435 km。大橋位于銀盆嶺大橋、三汊磯大橋居中偏北位置，距上游銀盆嶺大橋約2.9 km左右，距下游三汊磯大橋約2.7 km左右（見圖1）。

橋址場地的地貌單元為河流侵蝕地貌，由河床、江心洲、漫灘及階地組成。受瀏陽河與湘江兩河交匯沖刷影響，橋址區江面開闊、東汊沙灘雜呈，主航道在近西岸一側。據長沙站觀測資料，最高洪水位39.18 m，最低水位24.93 m，多年平均水位29.48 m，最大變幅度14.03 m。最大流量20 800 m3/s，最大流速1.26 m/s。每年4～9月為汛期，10月至次年2月為枯水期。橋位地層主要由第四系人工堆積物、河流沖積物（粉砂、粉質粘土、細砂、圓礫）和殘積粉質粘土組成。下伏基巖為元古界冷家溪群板巖。

圖1 福元路湘江大橋工程位置圖

1 主要設計技術標準

（1）道路等級：城市主干路I級。

（2）設計行車速度：60 km/h（主線）、40～50 km/h（匝道）。

（3）設計荷載

橋梁結構汽車荷載等級：公路-I級，城-A級驗算。

（4）橋面寬度：雙向六車道，單向行車道凈寬11.5 m，兩側人行道布置，單側人行道寬3.5 m，標準橋面總寬度31.5 m。

（5）通航標準：

主航道（西汊航道）：內河II(3)級，通航凈高不小于10.0 m，通航凈寬不小于150 m（雙向通航），設置兩個通航孔。

輔航道（東汊航道）：內河III(2)級，通航凈高不小于10.0 m，通航凈寬不小于75 m（單向通航），設置兩個通航孔。

（6）抗震設防烈度：6度。

（7）設計基準期：100 a。

2 橋型方案設計原則

（1）符合城市總體規劃和交通功能定位，滿足通航、泄洪等要求。

（2）貫徹“安全、實用、經濟、美觀和耐久”的原則。

（3）積極推廣應用新結構、新技術、新工藝，推動技術進步、提高工程質量、確保結構安全可靠，達到百年使用壽命。

（4）橋梁結構應便于養護并具有全壽命經濟性。

（5）橋型方案力求美觀、協調，構思新穎，符合時代特點，與周邊環境協調。

（6）減少對環境的影響。

3 孔跨布置

（1）主通航孔

主通航孔規劃航道等級為為II(3)級，如采用雙向通航，通航凈寬應不小于150 m。考慮到橋墩結構寬度、防船撞設施寬度、橋墩附近紊流影響寬度以及安全余量的影響，主通航孔跨徑取為210 m。

西汊主航道橋梁跨徑布置為3×210 m，其中西側兩跨為通航孔，見圖2。最西側主通航孔1孔口中心與枯水航道中心基本對應，該位置與上游北大橋（210 m跨）來船方向相一致，下游與三汊磯大橋（328 m跨）通航孔亦基本相符，橋區航道航線順直，航道尺度能夠滿足現有1 000 t級船舶通航需要。湘江長沙綜合樞紐建成蓄水后，庫區死水位將達到29.70 m，主通航孔2可作通航孔使用。最東側橋孔可最為預留，以降低河槽向東側擺動對主通航孔位置的影響。

（2）輔通航孔

東汊輔通航孔承擔湘江與撈刀河、瀏陽河等支流間航運的溝通功能，規劃航道等級為為III(2)級，現狀航道等級為V級。輔航道布置兩個通航孔，采用單向通航，通航凈寬應不小于75m。考慮到橋墩結構寬度、防船撞設施寬度、橋墩附近紊流影響寬度以及安全余量的影響，輔通航孔跨徑取為85m。

輔通航孔1布置為上水孔，輔通航孔2布置為下水孔。

3 橋梁設計方案

3.1 總體布置

大橋由主航道橋、輔航道橋及東、西引橋等組成。考慮全橋結構形式統一、施工效率高、景觀效果好等因素，確定橋梁方案組合如下：

（55+85+90）m（主橋西側引橋，鋼－混組合連續梁結構）+（3×210）m（主航道橋，提籃式結合梁- 鋼拱組合體系拱橋）+（90+5×85+60）m（主橋東側輔航道橋及引橋，鋼－混組合連續梁結構）。

3.2 主航道橋

主橋上部結構為三跨連續提籃式鋼拱－結合梁組合結構（見圖3），跨徑組合為188 m＋22 m＋188 m＋22 m＋188 m，橋面寬 38.5 m（見圖 4）。該方案簡潔明快，曲線流暢，通透新穎，大方而不失活潑，富有韻律感。拱肋支承于V墩上。 V形薄壁墩順接拱肋線形。V墩頂對應拱梁結合段位置設支座支撐上部結構，并設縱梁平衡斜腿水平分力。通過墩頂縱梁線形的調整和優化，使結合梁與V墩線形渾然一體。

圖2 通航孔孔跨布置圖（單位：m）

圖3 提籃式鋼拱-結合梁組合結構方案

圖4 鋼拱－結合梁組合拱橋斷面布置圖（單位：m）

主拱肋采用鋼結構。主拱跨徑188 m，內傾12°，立面矢高43.8 m。主拱肋采用箱形截面，寬2.2 m，高3.2 m。吊桿處設橫隔板。兩片拱肋間通過7道橫向風撐連為一體。

主梁為等截面鋼－混凝土結合梁結構，梁高4.5 m。結合梁鋼梁為主縱梁（閉口邊箱梁）、中橫梁、端橫梁、小縱梁組成的雙主梁梁格體系。混凝土橋面板采用分塊預制的方式（橫向為三塊板：一塊中板，兩塊邊板），待鋪設到位后現澆縱、橫向濕接縫形成整體。橋面板板厚0.26 m，混凝土強度等級為C50，通過Ф22 mm剪力釘與鋼梁連接。

梁拱間布設吊桿，間距8.5m，全橋共設57對吊桿。吊桿采用高強度鍍鋅平行鋼絲拉索，型號為PES（C）7－121，冷鑄錨。

采用環氧涂層鋼絞線系桿平衡拱肋推力，主梁單側箱內布置6根水平系桿。每根系桿由34股φsl5.2鋼絞線組成。

主橋V墩為鋼筋混凝土結構。承臺采用鋼筋混凝土矩形承臺，兩端為圓端形以減小水流作用。樁基礎采用12根φ2.5 m直徑鉆孔灌注樁，樁長12～26 m。

3.3 輔航道橋及引橋

輔航道橋及引橋采用鋼－混組合連續梁結構。主橋西側跨徑布置為90m+85 m+55 m；主橋東側跨徑布置為60m+5×85m+90m，采用單幅斷面形式布置（見圖5），標準橋面總寬度31.5m，梁高4.5m。

圖5 組合梁斷面布置圖（單位：mm）

組合梁鋼結構部分采用槽形斷面，包括：頂板、腹板、底板、邊緣小縱梁以及縱向加勁肋。縱向每隔4.25 m設置一道帶挑臂的空腹式橫梁，在支點處布置實腹式橫梁。

橋面板厚度0.28 m，C50混凝土。橋面板采用分塊預制（橫橋向為三塊板：一塊中板，兩塊邊板）。橋面板安裝后現澆縱橫向濕接縫。橋面板施加橫向預應力，鋼束布置為4股φs15.2@0.5 m。

橋面板縱向按普通鋼筋混凝土結構設計，控制最大裂縫寬度0.2 mm。

為減小鋼結構底板厚度，在支點兩側各12.75 m范圍內將鋼梁底板與混凝土結合，共同參與受壓。鋼梁底板與混凝土間采用開孔板剪力鍵連接。

在組合梁內布置體外索進一步改善了結構受力性能，減小墩頂負彎矩，增大橋面板壓應力儲備，有利于防止墩頂橋面板開裂；同時能減小跨中正彎矩，減少底板用鋼量。體外預應力鋼束型號采用27股φs15.2，每跨布置6束。

橋面板與鋼梁頂板采用φ22×200mm焊釘剪力鍵，連續布置，外側挑臂縱梁上設置間隔剪力釘群。

橋墩采用鋼筋混凝土板式實體墩。各墩設4根φ2.0 m鉆孔灌注樁，樁長8 m～21 m，持力層為中風化板巖和微風化板巖。承臺采用鋼筋混凝土矩形承臺。為了減小行洪的影響，江中段承臺頂面均埋置于河床以下。

4 施工方案

4.1 主航道橋

（1）進行永久墩、頂推用臨時墩施工；

（2）橋面板預制；鋼梁、鋼拱板單元工廠加工，現場組拼；

（3）在西岸搭設頂推拼裝平臺，在永久墩、臨時墩頂部安裝頂推裝置；

（4）在頂推拼裝平臺上拼裝第一拱梁結合段（包括鋼主梁、鋼拱肋和臨時撐桿等），并安裝頂推用前導梁，對第一拱梁結合段進行持續的多點頂推施工；

（5）在拼裝平臺上組拼第二拱梁結合段，并和第一拱梁結合段焊連后進行頂推；

（6）在拼裝平臺上組拼第三拱梁結合段，并與前面的拱梁結合段焊連后繼續進行頂推（見圖6）；

（7）安裝后導梁，并繼續頂推主橋拱梁結合段前進；

（8）主橋頂推到位后拆除前、后導梁；拆除部分主拱臨時撐桿，安裝并張拉部分吊桿；拆除剩余的主拱臨時撐桿，安裝并張拉剩余的吊桿；

（9）橋梁逐步脫離臨時墩；

（10）調整吊桿力；

（11）在鋼主梁上安裝全部預制橋面板，并按照從跨中到拱腳的順序逐段澆筑橋面板濕接縫；

（12）完成拱腳處的橋面板濕接縫澆筑之后，安裝并張拉水平系桿索；

（13）橋面鋪裝與附屬結構施工。

4.2 輔航道橋及引橋

（1）在東西岸側頂推拼裝平臺上拼裝首次頂推節段鋼結構及導梁；

（2）進行頂推，前端到達墩頂后，在岸側拼裝平臺上繼續接長拼裝；

圖6 施工示意圖

（3）繼續頂推，重復以上步驟直到頂推到位；

（4）張拉部分體外預應力鋼束；

（5）依次從岸側向主通航孔側澆筑墩頂底緣混凝土結合段；鋪放橋面板，并結合；澆筑支點處現澆縫；

（6）張拉剩余體外預應力鋼束；

（7）橋面鋪裝與附屬結構施工。

5 跨湘江世紀城環境影響對策

橋梁與盛世路相接，離湘江東側湘江世紀城樓盤較近，勢必對樓盤帶來噪音與景觀的不利影響。在穿越湘江世紀城處設置全封閉式聲屏障（見圖7），并重視聲屏障的景觀設計；另外，可根據環評要求給臨近房屋安裝隔音窗等措施減小噪聲，將越江工程的修建對環境的影響減小到最小。

圖7 全封閉式聲屏障效果圖

6 結語

長沙市福元路湘江大橋大規模采用新型組合結構和同步頂推施工新工藝，特別是主航道橋采用拱梁整體同步頂推施工技術，將推動我國橋梁施工技術與裝備的發展，為達到安全、優質、環保、耐久、快速的建設目標創造良好的條件。大橋概算投資約13億，已于2010年底開工建設。

[1]上海市政工程設計研究總院.長沙市福元路湘江大橋初步設計文件[Z].2010.

[2]邵長宇.組合結構橋梁的國際發展與國內展望[J].橋梁,2009(3).