剛果(布)濱河大道斜拉橋主橋設計

葉成銀, 龐彪

(中國路橋工程有限責任公司， 北京市 100011)

1 工程概況

剛果(布)濱河大道項目是中國路橋在非洲的大型基建項目之一，位于剛果共和國首都市中心，毗鄰剛果河，建成后對于改善區域內交通環境具有重要意義，同時將成為區域內地標性建筑。項目全長2.6 km，始于布拉柴紀念碑，終于阿爾法薩大道，其中高架橋段全長約1 km，由一座主跨285 m的雙塔五跨混凝土斜拉橋與PC連續梁引橋組成。道路設計為雙向四車道，一側設置4 m寬人行道。

2 主橋橋型方案

城市橋梁作為一種體形巨大的建筑物，是人們生活環境的重要組成部分，其藝術造型和景觀設計成為決策者和設計者主要關注點。濱河大道主橋所在的市中心，既有總統官邸等國家主要行政機構，也有布拉柴紀念館等重要旅游景點，對于橋梁的景觀設計有較高的要求。由于道路設計要求，主橋北側位于半徑550 m的平曲線上，橋型選擇需要考慮曲線段對于設計施工難度的影響。

濱河大道主橋設計之初曾提出過斜拉橋、連續剛構橋和鋼管拱橋3種方案，綜合比較如表1所示。

鋼管拱橋方案的施工工藝復雜，平面彎曲段的存在增大了鋼結構加工和安裝難度，工程造價高，工期長，不宜采用。連續剛構橋各項指標略優于斜拉橋，但景觀效果一般。綜合比較后，最終采用斜拉橋方案作為實施方案。

表1 濱河大道主橋方案比選

3 橋梁結構設計

3.1 總體布置

濱河大道主橋設計為雙塔五跨混凝土斜拉橋。主橋的邊中跨比為0.456，屬于混凝土斜拉橋較適宜的邊中跨比。輔助墩處布置壓重以平衡索力。橋跨布置為(49+81+285+81+49) m=545 m，橋梁立面如圖1所示。

豎向約束方面，對比半漂浮體系和全漂浮體系，全漂浮體系無索區較長，索塔處正彎矩較大。采用半漂浮體系較有利，在索塔處設置豎向支座。輔助墩設置豎向拉壓支座，以防止活載不利布置時支座脫空。橫向約束方面，索塔處設置橫向抗風支座，輔助墩和過渡墩處設置橫向限位裝置。縱向約束體系方面，對比了百年風載作用下，縱向自由、設限位擋塊和設阻尼器3種情況的塔頂位移和塔底彎矩，后兩種情況塔頂位移和塔底彎矩較優。考慮成本限制，選擇在輔助墩和過渡墩處設置縱向限位裝置。主橋的約束體系布置如圖2所示。

圖1 濱河大道主橋立面圖(單位:m)

圖2 濱河大道主橋約束系統布置(單位:m)

3.2 主梁

主梁采用現澆預應力混凝土Π形雙邊主梁，中心梁高2.3 m，橋寬22.0 m，頂面設置雙向2.5%橫坡。主梁斷面橫向左右側不對稱，西側布設有人行道。主梁標準節段長9 m，邊跨加密段梁段長6 m，橫斷面圖如圖3所示。標準斷面邊主梁底寬1.7 m，頂板厚28 cm；在輔助墩和主塔附近根據受力需求，梁底加寬至2.9 m，頂板加厚至40 cm。輔助墩處壓重段主梁為箱形截面，內填鐵砂混凝土作為壓重。主梁在拉索錨固位置設置35 cm厚橫隔板，在索塔處加厚至2 m，在過渡墩和輔助墩處加厚至2.5 m。

圖3 主梁標準橫斷面圖(單位:cm)

為防止主梁在正常使用階段開裂，沿主梁縱向和橫向設置預應力鋼束。縱向預應力鋼束包括懸臂鋼束、邊跨現澆段鋼束和合龍鋼束3種，分別在懸臂澆筑、邊跨澆筑和合龍時張拉。

3.3 橋塔

索塔采用鉆石造形，造型典雅又不失穩重，由下塔柱、中塔柱、上塔柱、塔底實心段以及3道橫梁構成，塔高122.2 m，橋面以上高度約96 m，如圖4所示。塔柱采用空心單箱單室斷面，下塔柱為變截面柱，上塔柱、中塔柱為等截面柱，橫向外側面出于景觀考慮設置20 cm深槽口。塔柱截面如圖5所示。

圖4 索塔立面圖(單位:cm)

圖5 塔柱截面圖(單位:cm)

索塔基礎采用群樁基礎，材料為C30水下混凝土。共布置21根直徑2 m的樁基，樁基持力層為中風化砂巖。承臺平面尺寸為33.2 m×13.2 m (橫橋向×順橋向)，承臺厚4 m。索塔樁基示意圖如圖6所示。

3.4 斜拉索

全橋共120根斜拉索，標準段索距9 m，邊跨加密段索距6 m。采用標準強度1 860 MPa的φ15.2型的鍍鋅涂油帶PE鋼絞線，張拉方式為主梁端張拉。自內而外通過鍍鋅、防腐油脂、PE層和雙層索套管4層防護手段防止鋼絞線銹蝕。為抑制拉索的風雨激振和渦激振動，斜拉索最外層采用帶雙螺紋線和凹坑的HDPE索套管，同時在主梁和斜拉索之間安裝外置阻尼器(圖7)。

圖6 基礎承臺示意圖(單位:cm)

圖7 斜拉索大樣圖

斜拉索施工時采用標高與索力雙控的方式控制施工，其中施工階段控制標高允許偏差不大于±20 mm，張拉力允許偏差不大于±2.5%。

斜拉索在主梁端錨固于邊肋底部，錨固槽口處布置鋼筋網片以提高抗裂性能，錨塊處沿拉索方向布置短鋼筋以傳遞索力，沿拉索垂直方向布置箍筋提高抗裂性能。主梁處的錨固大樣圖如圖8所示。

索塔處常用錨固方案包括鋼錨箱、鋼錨梁和環向預應力3種。鋼錨箱方案具有受力方式明確、施工方便等優點，已在多座大跨度斜拉橋中得到應用。該工程塔柱內空間狹小，鋼錨梁方案難以施工；環向預應力方案需要多次張拉，高空澆筑錨固區混凝土較為困難；最終選擇施工較方便的鋼錨箱方案。鋼錨箱是由墊板、承壓板、腹板、壁板、橫隔板、開孔板、連接板及加勁肋等組成的空間箱形結構，如圖9所示。同一位置的一對索力通過墊板→承壓板→腹板→壁板的傳力路徑進行傳遞，其中索力水平分量由錨箱壁板承擔，豎向分量通過嵌入混凝土橋塔的開孔板傳遞到塔柱上，進而傳遞到下部基礎上。

圖8 主梁錨固區大樣圖(單位:mm)

圖9 索塔處鋼錨箱大樣圖

4 橋梁施工

斜拉橋的施工方法，除考慮現有的施工技術水平及施工設備、橋址地質水文等因素外，還應考慮斜拉橋的結構體系、索形、索距和主梁截面形式等因素。濱河大道主橋部分位于平面曲線段，采用預制拼裝法不易控制施工，故選用掛籃法進行懸臂澆筑施工法。邊跨段因水位較淺，采用支座澆筑法。

斜拉橋的施工過程按照索塔→0號、1號段施工→主梁和拉索標準段施工→邊跨合龍→中跨合龍→橋面鋪裝的順序進行。標準段施工包括前移掛籃、施加壓重、澆筑梁段、張拉預應力等過程，如表2所示。施工中斜拉索按索力和伸長量雙控的方式控制張拉量，并嚴格控制掛籃立模標高。

中跨的合龍是控制全橋受力狀況和線形的關鍵工序。合龍前，通過控制合龍溫度(20～25 ℃)、壓重和在合龍口頂推等方式控制合龍口位移；當合龍位移滿足要求時用勁性骨架進行合龍口臨時固定，進行混凝土澆筑，具體施工過程如表3所示。

5 平曲線彎曲段的處理措施

曲線斜拉橋作為斜拉橋的一個分支應用并不十分廣泛，曲率的存在使斜拉橋受力和施工變得更加復雜：① 曲線段主梁扭轉效應嚴重；② 曲線段不易施工控制；③ 曲線段索塔兩側的索力難以完全平衡，索塔受較大的徑向力；④ 曲線段內外支座反力差異較大。

國內外學者曾提出一系列降低曲率對斜拉橋影響的方法，如錨固點和支座偏移，采用密索體系，橋梁采用空間建模分析等。主橋設計時充分考慮了這些經驗和橋址所在地的特點，提出對曲線段主梁采取如下措施：① 增加輔助墩，減小了曲線段的跨度；② 曲線段的內外側采用不平衡索力，通過優化索力降低主梁的扭轉效應；③ 曲梁部分采用支架現澆，降低施工難度；④ 分析采用空間模型，充分考慮橋梁的彎扭耦合效應。

6 結語

濱河大道主橋采用現澆預應力混凝土斜拉橋方案，綜合效益優于連續剛構橋和鋼管拱橋方案。方案設計時充分考慮了橋梁所在地的特點，從橋跨布置、結構體系選擇、材料選擇、施工方案和彎曲段處理措施等多方面進行了優化，在安全適用的基礎上獲得了美觀性與經濟性的平衡。斜拉橋主橋已于2016年2月通車，目前運營狀態良好，出色的設計和施工質量已成為中國在海外基礎建設項目的標桿。