藤縣西江二橋南主橋總體設計分析

陳鑫　歐陽平　劉夢麟

摘要：藤縣西江二橋南主橋為（50+100+450+100+50） m雙塔雙索面混合梁飄浮體系斜拉橋，整體造型美觀，受力合理，主梁采用混合梁設計，中跨主梁采用創新的鋼-HUPC輕型組合梁，邊跨主梁采用混凝土梁。文章介紹了該橋的總體設計思路、橋型方案和主要結構設計方案，為類似工程的設計和決策提供技術參考。

關鍵詞：混合梁斜拉橋;總體設計;型鋼-UHPC組合橋面結構

中國分類號：U442文獻標識碼：A

0 引言

藤縣西江二橋南主橋為主跨450 m雙塔雙索面斜拉橋，斜拉橋主梁采用混合梁設計，中跨主梁采用鋼-HUPC輕型組合梁，邊跨主梁采用π形混凝土梁。中跨組合梁橋面板采用創新的型鋼-UHPC組合橋面結構，是國內采用該類型橋面結構最大跨度的斜拉橋，與傳統組合梁相比大大減輕了主梁自重，節約了工程造價。本文將結合大橋的總體設計特點，重點介紹其在橋型方案選擇、主要結構方案方面的設計思路，以便為類似斜拉橋的設計和決策提供有益的參考。

1 工程概況

藤縣西江二橋位于梧州市藤縣藤州鎮境內，距現有藤縣西江大橋約6 km，由南橋、北橋組成。其中，南主橋的跨徑布置為（50+100+450+100+50） m，全長750 m，為雙塔雙索面半漂浮體系混合梁斜拉橋。橋梁采用一級公路標準設計，并兼顧市政橋梁的功能，設計荷載采用公路-Ⅰ級，通航標準滿足內河Ⅰ級航道單孔雙向通航的要求。

2 主要建設條件

2.1 地形地貌

西江二橋橋位處屬剝蝕丘陵及河谷地貌，地形起伏較大，地面高程為18～140 m，相對高差約為122 m。河床呈開闊的U字形，橋梁橫跨西江（潯江段）及洲島。洲島島長約4.0 km，寬約800 m，島上地面高程約22～36 m。洲島將潯江分為南、北兩條河道。南、北兩岸岸坡均較陡，南岸坡角為45°～70°，北岸坡角為50°～90°。

2.2 通航條件

洲島將天然河道分為南、北兩汊。其中，規劃航道由南汊通過，南汊江面寬約680 m，水深約9～12 m，天然河槽較寬，整個河槽均是優良的通航水域。目前，南橋所在的南汊航道規劃為Ⅰ級航道，通航3 000噸級船舶，單孔雙向通航凈寬為400 m，凈高為13 m。

2.3 工程地質

橋址南岸的覆蓋層以粉質黏土為主，厚約3 m;洲島岸覆蓋層以粉質黏土和粉土為主，厚約16 m;江中覆蓋層較薄，局部沒有覆蓋層。南橋基巖為砂巖，強風化層最大揭示厚度為39 m。中風化層風化不均勻，局部夾強風化，巖石裂隙發育-稍發育，裂隙面鐵質浸染，局部可見方解石脈穿插，巖體較破碎-完整，巖芯多呈短-中柱狀，少量碎塊狀，采取率中等-高。

2.4 地震烈度

橋梁建設區域的地震基本烈度為Ⅵ度，基本地震動峰值加速度0.05 g，地震動加速度反應譜特征周期為0.35 s。

2.5 基本風速

廣西壯族自治區梧州市的基本風速為26.3 m/s。根據橋位地表類別（C類）得到橋位處設計基本風速為20.65 m/s。

2.6 其他

項目水上運輸條件較好，橋址位于西江上游，目前可通航2 000噸級船舶，水運便利。項目陸運條件一般，項目南岸有機耕路可到達橋址。

3 橋位方案設計

根據城市規劃，藤縣西江二橋在洲島島頭附近跨越潯江，橋位正好位于潯江分流口處。根據《內河通航標準》，水上過河建筑選址應避開分流口，且避開距離不得小于頂推船隊長度的4倍，當橋梁選址不滿足避開距離時，應加大水上過河建筑物通航孔跨度或采取一孔跨過通航水域的方案。考慮到如果在原規劃橋位建設橋梁，不但項目難以連接洲島地面道路，主橋跨徑和建設投資也將大幅增加。因此，藤縣西江二橋橋位調整至島頭下游約900 m處，在滿足規范要求避讓距離的前提下，盡量貼近原規劃橋位，更好地與規劃引道相銜接。選位示意圖見圖1。

4 橋型方案設計

4.1 總體思路

藤縣西江二橋南主橋總體設計需要綜合考慮橋位處通航、行洪、防撞、地質等條件。橋梁主跨跨度主要由橋區航道的通航要求決定，大橋需要跨越洲島南汊主航道。洲島南汊天然河槽較寬闊，整個河槽均是優良的通航水域。根據通航要求，南橋的凈空尺度按Ⅰ級航道標準控制，橋梁通航凈寬為400 m，凈高為13 m。結合上述通航要求，并綜合考慮預留橋墩承臺及防撞設施等寬度后，通航孔跨跨徑≥450 m。該跨度下的適用橋型有懸索橋、斜拉橋和拱橋[1]。就拱橋而言，由于江面寬約680 m，拱橋的拱座基礎均落在水中，河槽水深較深，有推力拱橋的拱座基礎造價較高，施工難度大;無推力系桿拱橋方案的跨徑也已超過其經濟跨徑。因此，拱橋方案在本橋建設條件下并不合理。就懸索橋而言，450 m跨徑較小，不是其經濟跨徑，且兩岸中風化巖層的巖面較深，不利于兩岸錨碇的設計和施工。因此，懸索橋方案在本橋建設條件下也不合理。對于斜拉橋方案，450 m是雙塔斜拉橋的常規跨徑，也是經濟跨徑。斜拉橋450 m主跨基本跨越了洲島南汊主要的河槽水域。

對于邊跨和主跨采用同一種梁型的常規斜拉橋，其邊中跨比在0.4～0.5之間，岸上邊跨長度較長，主橋規模相對較大;而邊跨和主跨采用不同梁型的混合梁斜拉橋，其邊中跨比在0.3～0.45之間，可以縮減邊跨長度，降低主橋規模和工程造價。

4.2 主梁方案及邊跨布置

就斜拉橋主梁形式而言，目前跨度在400 m以下的斜拉橋主要以預應力混凝土梁為主，跨度400～500 m之間以預應力混凝土梁和鋼-混組合梁兩種主梁形式為主，跨度>500 m以鋼-混組合梁和鋼箱梁為主。450～590 m為鋼-混組合梁斜拉橋的經濟跨徑，和鋼箱梁相比，組合梁形式在一定程度上會增加主梁自重，但混凝土橋面板是優秀的承壓結構，可以和鋼梁共同承擔主梁軸力，且其增加了主梁的整體剛度及橋面板局部剛度，同時避免了鋼橋面鋪裝帶來的風險;而和混凝土梁相比，雖然采用鋼-混組合梁方案比預應力混凝土梁方案略貴，但鋼-混組合梁具有利于控制施工質量、施工工期較短、施工風險較低等優點。