江西吉水贛江二橋工程總體設計

李永君，戴建國，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）

江西吉水贛江二橋工程總體設計

李永君，戴建國，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）

吉水贛江二橋工程橋梁全長1 310 m，主橋采用跨徑為2×110 m的獨塔斜拉橋，江中引橋采用40 m標準跨徑預應力混凝土預制小箱梁橋，陸上引橋采用預應力混凝土大箱梁橋。斜拉橋采用預應力混凝土雙肋式主梁、雙索面斜拉索，主塔上塔柱采用鋼結構，下塔柱采用混凝土結構，中間設置鋼混結合段。鋼混結合段采用有格室后承壓板形式，鋼與混凝土間通過焊釘和開孔板連接件結合。為研究其受力性能，進行了縮尺比為1∶3的模型加載試驗。試驗結果表明，該橋結合段受力合理。重點介紹該工程總體設計、科研試驗及主塔技術特色。

總體設計；獨塔斜拉橋；鋼混組合塔；鋼混結合段

1　工程概況

該工程位于江西省吉水縣城，起于贛江西岸的光彩西大道，沿金灘大道，跨越贛江，東接吉陽路，終于萬里大道，全長1 750 m，其中橋梁全長1 310 m，東、西兩岸引道長440 m［1］。

1.1自然條件

贛江是江西省內第一大河流，橋位距上游石虎塘樞紐約38 km，距下游峽江樞紐約52 km。場區地貌為沖洪積河谷，西岸為一級階地，東岸為河漫灘，江中水流段為U型河谷。樁基礎按嵌巖樁設計，持力層為⑨-2層中風化砂質泥巖，單軸飽和抗壓強度標準值4.2 MPa，屬極軟巖，覆蓋層厚度約6 m。

1.2建設標準

（1）道路等級：一級公路兼城市主干路；

（2）設計行車速度：60 km/h；

（3）汽車荷載：汽車按公路-I級設計，按城-A級驗算；

（4）橋梁設計基準期：100 a；

（5）設計洪水頻率：1/300，設計水位：52.88 m（黃海高程）；

（6）設計安全等級：一級；

（7）結構環境類別：Ⅰ類；

（8）設計風速：100 a一遇V10=24.0 m/s；

（9）場地抗震設防烈度為6度，抗震設防措施等級按7度，水平地震動峰值加速度0.05g，抗震設防分類為甲類；

（10）通航標準：Ⅲ（3）級航道，雙孔單向通航，通航凈高10 m，凈寬55 m，最高通航水位49.97 m（峽江水庫建成后，黃海高程）。

1.3總體布置

該工程全橋分為主橋、西引橋和東引橋。西引橋采用40 m標準跨徑簡支變連續小箱梁，跨徑布置4×40 m+3×40 m+3×40 m+3×40 m=520 m。東引橋水中段采用40 m標準跨徑簡支變連續小箱梁，跨徑布置3×40 m+3×40 m=240 m。東引橋陸上段采用預應力混凝土大箱梁，右幅跨徑布置（45+60+45）m+3×30 m+3×30 m=330 m，左幅跨徑布置（45+60+43）m+3×30 m+3×30 m=328 m。東岸設置梯、坡道方便行人和非機動車上下橋。圖1為吉水贛江二橋工程效果圖，圖2為標準橫斷面圖。

圖1　吉水贛江二橋工程效果圖

圖2　標準橫斷面圖（單位：cm）

2　主橋

2.1橋型方案

該工程位于峽江水利樞紐庫區，景觀要求高，在綜合考慮功能、景觀、通航［2］、造價等因素后，經過多輪方案比選，最終確定了主橋采用魚形塔斜拉橋為該工程的實施方案［3］。主橋采用獨塔雙索面斜拉橋，跨徑布置110 m+110 m=220 m。斜拉橋采用整幅布置，預應力混凝土主梁，平行鋼絲斜拉索。支撐體系為塔、梁固結，邊墩墩頂設滑動支座。

根據受力特點和制造要求，合理應用鋼與混凝土兩種材料于斜拉橋主塔設計，可以降低工程費用并方便施工［4］，選擇不同的外形和材料可以組合成多姿多彩、新穎別致的各種形式［5］。2005年建成的南京長江第三大橋在國內首次采用鋼混組合索塔［6］。2013年建成的寧波大榭二橋鋼混組合索塔采用有格室前承壓板的方式［7］。該工程由于主塔造型特殊，受力復雜，因此采用鋼混組合索塔，并根據該工程特點采用有格室后承壓板的鋼混結合段。圖3為主橋總體布置圖。

2.2主梁

斜拉橋采用預應力混凝土實心雙縱梁斷面，縱梁中心橫向距離28 m。主梁標準寬度36 m，道路中心線處梁高3 m，采用C55混凝土，標準梁段長度5.5 m，節段重量約452 t，17個節段。主梁采用縱、橫向預應力體系，真空輔助壓漿工藝，縱、橫向均按部分預應力A類構件設計，橋面板按鋼筋混凝土構件設計。為控制施工過程中主梁應力，懸臂施工階段配置直徑32 mm精軋螺紋鋼筋作為施工預應力，逐段張拉，并設連接器接長。圖4為主梁構造圖。

圖3　主橋總體布置圖（單位：m）

圖4　主梁構造圖（單位：cm）

主梁懸臂澆筑采用長平臺牽索掛籃，主要由承重系統、牽索系統、走行系統、定位錨固系統、模板系統等組成。掛籃長15.5 m，寬39.9 m，單個掛籃重約205 t，其中掛籃主體結構重約129 t，模板系統重約56 t，操作平臺重約20 t。圖5為掛籃系統布置圖。

2.3主塔

圖6為主塔構造圖。塔柱橫向中心距離28 m，全高90 m，采用混合塔結構，即錨固區及以上部分塔柱采用鋼結構（高度45.8 m），錨固區以下部分塔柱采用鋼筋混凝土結構（高度39.5 m），二者之間設置鋼混結合段（高度4.7 m）。塔頂設除濕設備，橋面處設主塔檢修人孔，塔內設置爬梯。

塔柱橫橋向外輪廓線：塔底以上19 m范圍內為圓弧線（塔底橫橋向寬8 m），其余部分為直線（橫橋向寬3.5 m）。塔柱順橋向外輪廓線分為3段，均為相切的圓弧線，塔底順橋向寬度12 m，橋面處順橋向寬度6 m，上塔柱最寬處寬度9.6 m，塔頂處寬度3 m。

上塔柱共有19個節段，其中塔冠部分有2個節段，其余17個節段分別錨固17對斜拉索，每個節段設計為兩個獨立的箱形結構，通過順橋向拉板連接，單個節段高度為2.2～2.5 m。塔壁鋼板厚度30 mm，拉板厚度40 mm，豎向加勁采用一字肋，尺寸為220 mm×22 mm，橫斷面外輪廓線為橢圓線接直線，橢圓短軸均為3.5 m，長軸均為4.5 m。單個節段最大起吊重量 30 t。塔柱鋼材采用Q345qD。下塔柱鋼筋混凝土段采用單箱雙室空心薄壁結構，壁厚0.95～2.2 m。橫斷面外輪廓線為橢圓線接直線。塔柱采用C55混凝土。

2.4主塔鋼混結合段

鋼混結合段3.5 m范圍內填充C55低收縮混凝土，按有格室PBL剪力鍵（鋼筋混凝土棒剪力鍵群，以下簡稱開孔板）結合焊釘方式布置。開孔板孔徑75 mm，內穿鋼筋直徑25 mm；焊釘規格為D22×150 mm，開孔板和焊釘沿塔高方向交錯布置16層。設計階段，開孔板抗剪承載力計算按照。在結合段混凝土澆筑頂面設置厚度為60 mm的承壓板，通過開孔板和焊釘將軸力從鋼塔柱均勻傳至混凝土塔柱。圖7、圖8分別為結合段鋼結構、混凝土應力分布。

設計分析比較了有無承壓板情況下的應力情況。分析表明：增加承壓板使鋼混頂部混凝土能夠通過接觸承壓的方式傳遞軸力，增加了傳力面積，頂部混凝土承擔了更多的壓力，減小了頂部混凝土的主拉應力。同時，增加承壓板使頂端連接件最大剪力大大減小，連接件最大剪力不再發生在頂端，而是在鋼混結合段底部。進行了縮尺比為1∶3的單肢鋼混結合段模型加載試驗［9］（見圖9），主要結論如下：

圖5　掛籃系統布置圖（單位：cm）

圖6　主塔構造圖（單位：cm）

圖7　結合段鋼結構應力分布

圖8　結合段混凝土應力分布

圖9　結合段加載試驗模型

（1）鋼結構板件應力從上至下逐漸降低，混凝土應力逐漸增加。鋼結構板件Mises應力在120 MPa以下，承壓板Mises應力在45 MPa以下，混凝土主壓應力大部分在16.0 MPa以下，應力最大位置在結合段底部加勁肋周圍。

（2）主塔軸力分擔比例：承壓板約為40%，連接件約為60%，單個開孔板最大剪力約為160 kN，單個焊釘最大剪力約為50 kN。

（3）在2.5倍最不利工況荷載作用下，未發現鋼板件屈曲變形現象。

圖10為結合段加載試驗。

圖10　結合段加載試驗

2.5斜拉索

拉索按雙索面布置，采用環氧涂層平行鋼絲，塔上索距2.2～2.5 m，梁上索距5.5 m，全橋共設2× 17對斜拉索，合計68根。斜拉索規格有PES7-151、PES7-187、PES7-223、PES7-283、PES7-379；單根拉索最大噸位約932 t，安全系數k≥2.5。拉索高強鋼絲強度為1 670 MPa，錨具采用冷鑄錨，塔上張拉。

2.6基礎

斜拉橋主塔和邊墩承臺均為鋼筋混凝土結構，承臺兩端設置圓端形，以減少水流阻力。主塔承臺設置20根Φ2.5 m的鉆孔灌注樁基礎，邊墩承臺設置12根Φ2.0 m的鉆孔灌注樁基礎。

3　引橋

3.1上部結構

西引橋和東引橋水中段均采用40 m簡支變連續預制小箱梁，梁高2.2 m。西引橋跨徑布置4× 40 m+3×40 m+3×40 m+3×40 m=520 m，采用整幅布置，橋寬30 m。東引橋水中段跨徑布置3× 40 m+3×40 m=240 m，采用分幅布置，單幅橋寬15.25 m。全橋共有190片小箱梁，采用架橋機通過梁上運梁方式架設。

在東引橋登岸處，采用預應力混凝土連續梁跨越新建城防堤以及濱江路，梁高2.0～3.5 m，滿堂支架分段澆筑施工。橋梁橫向分幅布置，單幅標準橋寬15.25 m。兩幅橋均處于半徑1 500 m的圓曲線上，為使橋墩橫向基本對齊，右幅跨徑布置為45 m+60 m+ 45 m=150 m，左幅跨徑為45 m+60 m+43 m=148 m。在邊墩（Py24、Pz24，下同）處，單幅橋寬收窄至12.5 m，與3×30 m連續梁順接。

3.2下部結構

小箱梁橋墩采用鋼筋混凝土立柱，預應力混凝土蓋梁，矩形實心截面鋼筋混凝土立柱。陸上承臺設置4根Φ2.0 m的鉆孔灌注，水中承臺設置8根Φ1.6 m的鉆孔灌注。橋臺采用肋板式橋臺，填土高度約7 m，設置12根Φ1.2 m鉆孔灌注樁。

大箱梁橋墩采用樁柱墩，每個橋墩2根立柱，矩形倒圓角截面，柱頂設置橫系梁。大跨中墩承臺設置12根Φ1.6 m鉆孔灌注樁，邊墩承臺設置4根Φ2.0 m鉆孔灌注樁，其余承臺設置4根Φ1.6 m鉆孔灌注樁。

4　結　語

贛江二橋主橋為主跨2×110 m鋼混組合塔獨塔斜拉橋，主塔采用“雙魚”造型，新穎獨特。主塔鋼混結合段采用開孔板結合焊釘的連接方式，技術特色鮮明［10］。設計過程中針對鋼混結合段開展了專題科研工作，進行了縮尺比為1∶3的單肢鋼混結合段模型加載試驗，結構受力性能良好。該工程于2013年4月開工，2015年8月竣工，工期28個月。希望該橋的設計實踐能豐富國內橋梁造型，并對組合橋梁的發展提供借鑒。

［1］上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司.吉水縣贛江二橋工程施工圖［Z］.上海：上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，2013.

［2］江西省航務勘察設計院.吉水縣贛江二橋通航凈空尺度和技術要求論證研究報告［R］.南昌：江西省航務勘察設計院，2011.

［3］上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司.吉水縣贛江二橋工程初步設計［Z］.上海：上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，2013.

［4］張喜剛，劉玉擎.組合索塔錨固結構［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［5］劉玉擎.組合結構橋梁［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］戴永寧.南京長江第三大橋鋼索塔技術［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［7］常彥虎，章建，王歲利，等.大榭二橋鋼索塔制作難點分析及對策［J］.鋼結構，2013，176（9）：52-55.

［8］趙晨，劉玉擎.開孔板連接件抗剪承載力試驗研究［J］.工程力學，2012，29（12）：349-354.

［9］同濟大學橋梁工程系.吉水縣贛江二橋混合塔受力分析及模型試驗研究報告［R］.上海：同濟大學橋梁工程系，2014.

［10］李永君，戴建國，盧永成.吉水贛江二橋主橋的創新設計［C］//第二十一屆全國橋梁學術會議論文集.北京：人民交通出版社，2014.

U442.5

B

1009-7716（2016）01-0059-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.018

2015-09-01

李永君（1978-），男，吉林通化人，工學碩士，高級工程師，從事橋梁設計工作。