瀝桂大橋主橋總體設(shè)計(jì)

陳 偉，胡智敏，安麗勇，黃龍?zhí)?/p>

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510010）

瀝桂大橋主橋總體設(shè)計(jì)

陳 偉，胡智敏，安麗勇，黃龍?zhí)?/p>

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510010）

瀝桂大橋主橋采用主跨為160 m的預(yù)應(yīng)力混凝土獨(dú)塔雙索面斜拉橋，主梁采用超寬扁平混凝土箱梁，橋?qū)?2.0 m，是目前國內(nèi)寬度最大的混凝土斜拉橋，對大橋的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行了總結(jié)，為超寬混凝土斜拉橋設(shè)計(jì)提供一些經(jīng)驗(yàn)。

獨(dú)塔；雙索面；超寬混凝土梁；斜拉橋設(shè)計(jì)

1　概述

瀝桂大橋工程全長983.5 m，兩側(cè)接線引長約262.4 m。引橋雙向六車道，寬度為26.0 m；主橋起點(diǎn)處有一對上下單車道匝道匯入，為了滿足車道數(shù)變化的需要，主橋需要增加2條車道，即采用雙向八車道。

主橋跨徑組合為160 m+120 m，橋?qū)?2.0 m。是目前國內(nèi)在建的最寬的獨(dú)塔混凝土斜拉橋。平面圖如圖1所示。

圖1　瀝桂大橋平面圖

2　建設(shè)條件

2.1水文與地質(zhì)條件

項(xiàng)目位于佛山市南海區(qū)，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫21.9℃，1月最冷，平均氣溫為13℃，最低記錄為-1.9℃。7月最熱，平均氣溫為28.5℃，最熱的記錄為38.5℃。年均降雨量為1 694 mm，最大月雨量大部分發(fā)生在5、6月間，月降雨量最大值為550～650 mm。秋、冬季盛行東北風(fēng)，春、夏季盛行東南風(fēng)，平均風(fēng)速2.5 m/s。7～10月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)，對本地區(qū)有較大影響的臺(tái)風(fēng)每年1～2次。

橋址處地貌類型屬于珠江三角洲平原腹地，屬?zèng)_積平原地貌單元，地形較為平坦。擬建場地地層按地質(zhì)成因依次分為第四系素填土層，第四系沖洪成因的淤泥質(zhì)土、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、粉砂、礫砂和殘積成因的粉質(zhì)黏土，下伏基巖主要為白堊系的泥質(zhì)砂巖、砂礫巖、砂巖。

2.2通航條件

橋址處河道比較順直，水面寬約100 m，橋梁與河道斜交角為20.8°。河床底標(biāo)高-2.78 m，河流自西向東流。橋址處河道通航等級(jí)為限制性Ⅴ級(jí)航道，雙向通航孔凈寬不小于80.0 m，凈高不小于5.5 m。最高通航水位2.964 m。

2.3設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市主干道。

（2）設(shè)計(jì)車速：60 km/h。

（3）荷載等級(jí)：設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)，并按公路-Ⅰ級(jí)進(jìn)行驗(yàn)算；人群荷載集度采用3.5 kN/m2。

（4）抗震要求：場區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g。

（5）設(shè)計(jì)風(fēng)速：基本風(fēng)速取31.3 m/s，場地類別按B類考慮。

（6）船只撞擊力：按1 000 t級(jí)船只計(jì)。

（7）縱坡：主橋采用對稱縱坡，關(guān)于主塔中心對稱，南、北側(cè)縱坡均為1.9%，豎曲線半徑為2 800 m。

3　主橋設(shè)計(jì)

3.1橋型及總體布置

瀝桂大橋主橋?yàn)?20 m+160 m獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋，邊中跨比為0.75，全長280 m。

主橋橫斷面布置為：3 m（人行道）+2.0 m（拉索區(qū)）+15.5 m（車行道）+1.0 m（分隔帶）+15.5 m（車行道）+2.0 m（拉索區(qū)）+3 m（人行道）=42.0 m。

主橋立面圖如圖2所示。

圖2　主橋立面圖

3.2主梁設(shè)計(jì)

主橋上部結(jié)構(gòu)采用扁平箱形預(yù)應(yīng)力混凝土主梁，箱梁采用C55混凝土。箱梁全寬42.0 m，單箱三室。箱梁中心線處梁高3.0 m，高跨比為1/53.3。箱梁橫坡由腹板高度調(diào)整，中底板保持水平，邊底板傾斜，頂板設(shè)2%對稱橫坡。

箱梁腹板厚度30 cm；0#塊（B0梁段）腹板厚度由30 cm變化至60 cm。標(biāo)準(zhǔn)段箱梁底板厚度25 cm，0#塊（B0梁段）底板厚度由25 cm變化至60 cm；標(biāo)準(zhǔn)段箱梁頂板厚28 cm，0#塊（B0梁段）頂板厚度由28 cm變化至80 cm；邊跨輔墩和邊墩之間梁段為填充壓重區(qū)段，底板厚度采用40 cm，頂板厚60 cm。

（1）標(biāo)準(zhǔn)段主梁區(qū)間的橫梁，厚度30 cm，為滿足橫向布置預(yù)應(yīng)力鋼束的需要，橫向梁端厚度60 cm，通過4 m的距離漸變。

（2）輔助墩位置中橫梁，厚2.0 m。

（3）主塔位置塔梁固結(jié)段中橫隔梁，厚6.5 m。

（4）過渡墩位置的端橫隔梁，主跨側(cè)厚2.9 m，邊跨側(cè)厚3.0 m。

主梁縱向預(yù)應(yīng)力、橫梁預(yù)應(yīng)力和0#塊豎向預(yù)應(yīng)力均采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk= 1 860 MPa。

主梁橫斷面圖如圖3所示。

圖3主梁橫斷面圖

3.3主塔設(shè)計(jì)

微課指運(yùn)用信息技術(shù)按照認(rèn)知規(guī)律，呈現(xiàn)碎片化學(xué)習(xí)內(nèi)容、過程及擴(kuò)展素材的結(jié)構(gòu)化數(shù)字資源，隨著無線網(wǎng)絡(luò)和手持移動(dòng)產(chǎn)品的強(qiáng)勢提檔與覆蓋，微課以其容量小、在線流暢觀看的流媒體格式優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)中漸呈主流態(tài)勢，現(xiàn)已成為一種開放性的新型高效教學(xué)模式。[1]

橋塔采用異形倒Y形橋塔，包括上塔柱、中塔柱和下塔柱，采用C50混凝土。橋塔全高99.074 m，其中橋塔在橋面以上塔高85.062 m，高跨比為0.532，橋面以下塔高14.012 m。其中中塔柱橫橋向的斜率為1/3.223 9。

塔柱均采用空心箱形截面，上塔柱采用單向雙室截面，尺寸由6.6 m（橫向）×7.0 m（縱向）漸變到13.021 m（橫向）×7.0 m（縱向）；中塔柱采用單向單室截面，尺寸為4.3 m（橫向）×7.0 m（縱向）；下塔柱采用矩形實(shí)心截面，截面尺寸由4.2 m（橫向）×7.0 m（縱向）變化到7.0 m（橫向）×10.0 m（縱向）。

索塔下橫梁采用箱形斷面，為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，截面高度為6.5 m，寬度為6.5 m。

塔冠裝飾段總高3.0 m，采用橫橋向削角形式，塔冠為壁厚60 cm U形槽，底面設(shè)1%橫向排水坡。

斜拉索錨固在主塔錨固區(qū)塔柱內(nèi)壁的鋸齒塊上，為了克服斜拉索的水平分力在錨固區(qū)塔柱截面內(nèi)產(chǎn)生拉力，在每根拉索錨固區(qū)截面四周布置了1～4層井字形加勁二次張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。

3.4斜拉索設(shè)計(jì)

主橋?yàn)殡p索面斜拉橋，斜拉索在梁上錨固于箱梁兩側(cè)橫肋的邊緣位置。主塔兩側(cè)各分布24對，全橋共48對，96根斜拉索，斜拉索在梁上的順橋向間距分別為6 m和2.9 m，塔上的豎向間距為1.5 m 和1.6 m。

斜拉索采用250型高強(qiáng)度環(huán)氧涂層鋼絞線索，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1 860 MPa，采用拉索群錨錨固體系。斜拉索兩端錨管內(nèi)設(shè)置減振器。

斜拉索在主梁和塔上的錨固方式均采用混凝土錨墊塊的錨固方式。

3.5基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

輔墩設(shè)置在離開邊跨邊墩中心線35 m處，橫橋向?yàn)殚T式結(jié)構(gòu)，配置6×1.8 m鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)形式。輔墩的立面位置可通過結(jié)構(gòu)參數(shù)分析獲得發(fā)揮輔墩最佳效果的區(qū)間并結(jié)合梁段施工縫處理后得到其理想位置。

4　主要計(jì)算結(jié)果

采用大型有限元程序MIDAS/Civil建立全橋分析模型，分別計(jì)算各種作用對全橋構(gòu)件產(chǎn)生的效應(yīng)，并參照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)算，如圖4所示。

圖4　MIDAS全橋模型

4.1斜拉索索力結(jié)果

通過成橋階段和使用階段分析，在各種工況組合下，拉索最大拉應(yīng)力為715.1 MPa，滿足規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)為2.5的要求，如圖5、圖6所示。

圖5　成橋索力

圖6　使用階段索力

4.2主梁計(jì)算結(jié)果

主梁整體分析結(jié)果表明，主梁縱向預(yù)應(yīng)力配置合理，在運(yùn)營階段混凝土梁受力良好，主梁處于全截面受壓狀態(tài)，上緣最大壓應(yīng)力為11.92 MPa，下緣最大壓應(yīng)力為11.02 MPa，最大主壓應(yīng)力為14.0 MPa，均滿足規(guī)范要求，如圖7所示。

圖7　使用階段標(biāo)準(zhǔn)組合作用主梁最大主壓應(yīng)力（單位：MPa）

在最不利荷載組合下，主梁最大豎向位移78.5 mm，剛度滿足要求。

4.3主塔計(jì)算結(jié)果

主塔整體分析和局部分析結(jié)果表明，主塔受力合理，錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力配置合理，在各種不利工況下均能滿足規(guī)范要求，如圖8所示。

5　主橋施工

主塔承臺(tái)基礎(chǔ)施工采用雙層鋼板樁圍堰，鋼板樁規(guī)格為拉森Ⅳ型，單根長度為15 m。先施工圍堰，然后再開挖基坑施工承臺(tái)、系梁。

主塔下塔柱和下橫梁采用支架施工，中塔柱和上塔柱采用爬模施工，每節(jié)施工高度不小于4.0 m，由于中塔柱向內(nèi)傾斜，施工過程中需要增加橫撐以保證結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定。根據(jù)計(jì)算分析，中塔柱施工過程中需要增加3道橫撐，最下面2道橫撐的水平預(yù)頂力為200 t，第三道橫撐的預(yù)頂力為180 t。

圖8　主塔錨固區(qū)主拉應(yīng)力（單位：N/mm2）

主梁根據(jù)施工階段分為現(xiàn)澆段、懸澆段和合龍段，其中0#塊和邊跨現(xiàn)澆段采用滿堂支架施工，標(biāo)準(zhǔn)懸澆段采用前支點(diǎn)掛籃施工，主跨和邊跨合龍段均采用吊架施工。

6　結(jié)　語

瀝桂大橋主橋?yàn)閲鴥?nèi)目前寬度最大的扁平混凝土箱梁斜拉橋，在設(shè)計(jì)中吸收借鑒了國內(nèi)較寬斜拉橋的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)經(jīng)過計(jì)算分析優(yōu)化了一些構(gòu)造尺寸，使結(jié)構(gòu)更加安全合理。瀝桂大橋主橋的建設(shè)，對超寬混凝土斜拉橋的設(shè)計(jì)與施工都有一定的借鑒意義。

[1]楊征宇，宋桂峰，樓莊鴻.我國獨(dú)塔斜拉橋 [J].預(yù)應(yīng)力技術(shù),2007 （3）：7-33.

[2]肖汝誠，項(xiàng)海帆.斜拉橋索力優(yōu)化及其工程應(yīng)用[J].計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào),1998，15（1）：118-126.

[3]陳德偉，范立礎(chǔ)，張權(quán).獨(dú)塔斜拉橋的總體布置和參數(shù)研究 [J].土木工程學(xué)報(bào),1999,32（3）：34-40.

[4]郭金瓊，房貞政，鄭振.箱形梁設(shè)計(jì)理論 [M].2版.北京:人民交通出版社,2008.

[5]程翔云.梁橋理論與計(jì)算[M].北京:人民交通出版社,1990.

U442.5

B

1009-7716（2016）10-0050-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.016

2016-07-08

陳偉（1976-），男，福建龍巖人，高級(jí)工程遇，總工程師，主要從事橋梁設(shè)計(jì)、城市交通研究、地下空間設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作。