雙拱式獨塔斜拉橋設計與施工

楊虎根,李顯潮

（中交公路規劃設計院有限公司,貴州貴陽 550003）

0 前言

隨著城市交通建設的飛速發展，城市橋梁不但要滿足基本使用功能，而且要具有較好的景觀效果，成為城市的地標性建筑。藝術價值較高的橋梁結構比例協調、均衡穩定，具有獨特的魅力,橋梁與環境和諧同一，并具有一定的文化內涵[1]。為實現這一目標，需要在設計中將力與景觀完美地結合，以合理的力學形態為造型設計提供空間，將建筑藝術融入于結構的設計當中[5]。斜拉橋結構由索塔、主梁及拉索組成，具有結構簡潔、穩定的視覺形態，得到廣泛應用。近年來，工程界在斜拉橋造型及景觀設計方面開展了大量工作，一批形態優美、技術先進的橋梁，成為極具觀賞價值的城市地標。本文結合貴州省荔波縣官塘大橋，就此橋的結構設計、結構計算、施工方案等主要方面進行闡述。

1 工程概況

荔波縣官塘大橋位于貴州省荔波縣城區東面，跨越漳江，在原樟江大橋下游800 m官塘大道上，是連接荔波縣城時來壩片區與老城區的重要橋梁。道路全長407.071 m，其中引道長227.071 m，橋長180 m。主橋跨徑布置為85 m+85 m雙拱式獨塔斜拉橋，橋面全寬32 m。該橋為貴州省第一座拱式索塔斜拉橋，同時也是國內第一座采用原位拼裝鋼拱塔技術的橋梁。于2012年7月建成通車，目前該橋已成為荔波縣城的標志性建筑（見圖1、圖2）。

圖1 官塘大橋橋型布置圖（單位：cm）

圖2 官塘大橋成橋實景

2 結構設計

2.1 主要技術標準

（1）道路等級：城市主干道，設計速度30 km/h。

（2）設計荷載：汽車荷載：公路-I級；人群荷載：3.5 kN/m2。

（3）橋面寬度：5 m（人行道）+9 m（車行道）+2 m（花壇）+9 m（車行道）+5 m（人行道）=30 m，包括拉索錨固區域，橋面總寬32 m，雙向4車道。

（4）設計洪水頻率：1/100。

（5）抗震設防烈度：6度，抗震設防措施等級為7級。

（6）設計使用年限：100 a。

2.2 主梁（見圖3、圖4）

圖3 官塘大橋橫斷面圖（單位:cm）

圖4 主梁斷面圖（單位:cm）

官塘大橋跨越樟江，樟江河屬珠江流域二級支流，其水位及流量受季節影響較大，屬山區雨源型河流。荔波縣城海拔較低，兩岸引道設計高程為427.621 m，百年一遇計算洪水位為426.02 m。出現設計洪水位時，一部分主梁被洪水淹沒。設計時，將箱型斷面和雙主梁實體斷面進行了比較，考慮了以下主要因素：（1）減小洪水對主梁的不良影響，減小水浮力、提高抵抗漂流物撞擊的能力；（2）該橋為雙索面，對主梁的抗扭要求較低；（3）方便施工。最后確定采用雙主梁實體斷面。這種斷面系在常規雙主梁實體斷面的基礎上進行了優化，兩側滴水翼緣又兼拉索錨固塊擋板的功能。

采用密索體系，主梁高度除按經驗取值外，還與橋寬、橫向索距及橫梁厚度密切相關，當橋面較寬時，往往以橫向受力控制截面高度。該橋縱向索距為8 m，橫向索距為30.8 m，橫梁厚度為50 cm，根據橫向分析，主梁高度采用2.24 m，約為主跨跨徑的1/38。雙主梁實體斷面高度按照常規的經驗值為L/50～L/100(L為主跨跨徑)，這也說明擬定主梁截面高度時，橫向索距、橫梁厚度也是一個重要因素。主梁采用C55混凝土，滿堂支架施工。

2.3 鋼拱塔及塔座

塔座采用C40混凝土，中心高度為6 m，輪廓尺寸為4.2 m×3.5 m（橫橋向×順橋向），塔座頂高出設計洪水位，避開了鋼結構被水浸泡和漂浮物直接撞擊的風險，同時因塔座剛度大，能更好的抵抗主塔傳來的內力。

鋼拱塔采用Q345D級鋼，截面輪廓尺寸為3200 mm×2500 mm（橫橋向×順橋向），如圖5所示，鋼箱壁厚J0～J2段為40 mm，其余段均為30 mm。鋼拱塔采用原位拼裝，各節段之間先通過拼接板高強螺栓連接，拼裝成拱后再進行焊接。鋼拱塔斷面如圖6所示。

2.4 防腐涂裝

圖5 鋼拱塔立面圖

圖6 鋼拱塔斷面圖（單位:cm）

根據當地自然條件，結合鐵道部部頒標準《鐵路鋼橋保護涂裝》，該橋鋼拱塔采用《鐵路鋼橋保護涂裝》（TB/T 1527-2004）的第7套涂裝體系（為最高級別，用于酸雨、沿海等腐蝕環境嚴重、紫外線輻射強、有景觀要求地區的鋼梁主體），具體防腐體系為：（1）構件外表面噴砂除銹處理達到Sa2.5級；涂特制環氧富鋅防銹底漆二道，干膜最小厚度為40μm；涂棕紅云鐵環氧中間漆一道，干膜最小厚度為40μm；涂氟碳面漆二道，干膜最小厚度為30μm；（2）構件內表面噴砂除銹處理達到Sa2.5級；涂特制環氧富鋅防銹底漆二道，干膜最小厚度為40μm；涂棕紅云鐵環氧中間漆一道，干膜最小厚度為40μm。

2.5 斜拉索

斜拉索采用VSL SSI 2000型平行鋼絞線拉索。拉索由多根無粘結高強度平行鋼絞線組成，外層由HDPE護套防護。在錨固區，鋼絞線有PE導管組件防護，其端部浸泡在油脂中。鋼絞線拉索可以單根穿索、單根張拉、單根測試檢查，并可以單根鋼絞線調索和換索。索塔上的斜拉索錨具預埋管附有角度偏差修正裝置，用以消除索塔預埋管在索塔建造時可能發生的斜拉索預埋管角度誤差。錨具夾片為了確保其錨固性和后期長期營運要求，推薦采用進口產品。錨具的密封圈為確保錨固的防水性能和長期營運要求，亦推薦采用進口產品。

減震器減震橡膠技術要求：減震裝置中橡膠硬度必須符合GB/T6031規定，拉伸強度和延伸率應符合GB/T528的規定；其中減震橡膠內圈硬度為shoreA45±5；減震器橡膠外圈及其它減震橡膠硬度為shoreA45±5。

3 結構計算

采用最小彎曲能量法計算成橋索力，簡圖如圖7所示。將主梁、索塔單元抗彎剛度取為EI/1000，做一次落架計算，將此狀態定義為成橋最優狀態。最優狀態下主梁、鋼拱塔彎矩圖如圖8、圖9所示。

圖7 計算模型簡圖

圖8 主梁彎矩圖（單位:kN·m）

圖9 鋼拱塔彎矩圖（單位:kN·m）

主梁絕對值最大彎矩在B7號索處，為-6823 kN·m，絕對值最小彎矩在B0號索靠近中墩處，為2753 kN·m；在鋼拱塔上絕對值最大彎矩位于拱腳處，為33096 kN·m，絕對值最小彎矩位于直線段與曲線段交匯處，為25014 kN·m。優化索力見表1所列，斜拉索B0～B8由中墩向邊跨編排；水平索Z0～Z8由下往上編排,如圖9所示。

表1 成橋狀態優化索力一覽表（單位：kN）

4 施工方案

施工流程簡述如下：

（1）施工機具進場，平整場地，放樣，完成施工前期準備。在一個枯水期內，筑島圍堰施工1號橋墩樁基、承臺及墩身。進行0號橋臺、部分塔座、2號橋臺施工。

（2）采用SCC3200型履帶式起重機（額定吊裝能力320 t）吊裝并定位鋼拱塔，原位拼裝。首先吊裝J0段并定位，澆筑剩余部分塔座，并振搗密實。安裝J1～J14段，每就位一段，采用拼接板高強螺栓連接，拱塔橫向采用臨時拉桿定位。鋼拱塔合龍后，對各接頭進行焊接。焊接質量應嚴格按GB50017-2003、JGJ81-2002等規范執行，焊縫質量應滿足I級焊縫質量標準。

（3）同步搭設主梁支架（滿堂支架與臨時支墩+貝雷梁配合）。

（4）安裝主梁模板、綁扎鋼筋，調整至立模高程，澆筑梁段混凝土，并養護。待混凝土強度達到設計強度的90%且不小于7 d后，對稱張拉一半橫隔板預應力鋼束至設計噸位并灌漿；對稱張拉縱向預應力鋼束至設計噸位并灌漿。

（5）對稱、同步張拉0號拉索橫梁剩余鋼束至設計噸位，對橫梁預應力鋼束按照設計要求灌漿及封錨。對稱、同步、均衡張拉Z0、B0拉索至施工一次張拉力。

（6）對稱、同步張拉i號拉索橫梁剩余鋼束至設計噸位，對橫梁預應力鋼束按照設計要求灌漿及封錨。對稱、同步、均衡張拉Zi、Bi拉索至施工一次張拉力。

…如此循環進行，直至對稱、同步張拉8號拉索橫梁剩余鋼束至設計噸位，對橫梁預應力鋼束按照設計要求灌漿及封錨。對稱、同步、均衡張拉Z8、B8拉索至施工一次張拉力。

（7）緩慢、多次、對稱拆除支架。

（8）按照縱橫對稱、均衡的原則施工橋面系，施工完成后，根據監控單位提供的實測索力調整全橋索力至設計成橋索力。

（9）全橋竣工。

5 結語

隨著我國城市化建設的快速發展，城市橋梁的設計越來越追求美觀，本文介紹的橋型在一些城市都有類似結構，但相關的經驗資料較少。筆者認為此類橋型的適宜地形如下：（1）跨越河流的橋梁，且河水不宜太深（河床內適宜筑島或滿堂支架）；（2）橋梁兩岸的建筑物不宜太低；（3）主橋兩側有條件至少配置一邊跨為宜。

修建此類橋梁的關鍵在于鋼拱塔的安裝、主梁的施工，以及拉索的張拉。（1）鋼拱塔安裝方案：鋼拱塔可考慮采用轉體施工或原位拼裝。該橋采用了原位拼裝方案，并在拱塔節段吊裝過程中增加了橫向臨時拉桿，最后合龍精度較高。同時從經濟角度考慮，此方案與轉體施工比較，技術難度低，節約了拱腳鉸、兩拱塔之間的臨時鋼塔架，以及轉體過程的費用，同時也避開了轉體可能帶來的風險。（2）主梁的施工工藝：此類橋梁主梁的最佳施工方式為支架施工，如采用掛籃施工，要調整水平索和斜拉索索力，設計、施工很復雜，而且施工過程中，對拱塔的受力很不利。（3）拉索的張拉方式：與常規斜拉橋相比，此類斜拉橋受水平索和斜拉索的共同影響，對拉索的施工工藝要求較高，同時對索力張拉精度及施工監控技術水平也提出了相當高的要求。

[1]TB/T 1527-2004,鐵路鋼橋保護涂裝[S].

[2]王伯惠編著.斜拉橋結構發展和中國經驗 (下冊)[M].北京：人民交通出版社出版.

[3]中交公路規劃設計院有限公司.荔波縣官塘大橋施工圖設計[Z].2009.

[4]楊士金，唐虎翔.橋梁景觀設計[M].上海：同濟大學出版社，2002.

[5]孫宇，楊立新.探討橋梁建筑的力與美[J].建筑與環境,2007，(1):122-126.