淺談矮塔斜拉橋主塔方案比選

高 波， 張百永

(1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

當前，國內100～200 m主跨跨徑范圍橋梁結構主要采用連續剛構橋、系桿拱橋和矮塔斜拉橋等幾種形式，而矮塔斜拉橋憑借其跨中下繞小、梁高小、施工干擾小等優點廣泛運用于涉河涉路橋梁建設中。結合業主或地方政府要求，矮塔斜拉橋同樣作為景觀橋梁廣泛運用于城市橋梁建設中，通過不同主塔造型打造景觀效果，并與城市景觀融為一體。常見矮塔斜拉橋主塔外形主要有獨柱單索面、雙柱雙索面等類型，每座橋梁在此基礎上根據各自主題特色分別采用不同主塔造型表達不同寓意[1-4]。本文以蚌埠市某座跨河大橋為依托，根據當地文化特色，選用不同主塔造型,分別從外觀、施工、受力等方面進行綜合比選，最終確定理想主塔造型，以便類似工程參考。

1 工程概況

蚌埠市固鎮縣某跨河大橋是當地縣城區域內主要跨河通道，同時也是固鎮縣規劃外環路的重要組成部分，其建設對固鎮縣總體經濟發展、城市快速建設均具有重要的建設意義。固鎮縣是我國三國時期垓下之戰的主戰場之一，是中國重要的漢文化發展之地。該橋作為固鎮縣城內主要的過河通道，其景觀效果應涵蓋固鎮縣漢文化歷史因素，突出固鎮縣城市建設過程中的文化因素。

該橋在固鎮縣跨越澮河，橋位處澮河規劃航道等級為Ⅳ級，結合通航及防洪專題結論要求，該橋主橋采用(85+145+85) m跨徑，經橋梁橋型比選，推薦主橋采用矮塔斜拉橋。綜合考慮規劃航跡線、通航尺度、防洪等要求，合理確定橋梁跨徑及規模，全橋跨徑組成為(11×30+85+145+85+9×30)m，全長921 m(含耳墻長度)。主橋采用矮塔斜拉橋(圖1)，主梁采用斜腹板預應力混凝土變截面箱梁，主塔采用獨塔造型(圖2)；引橋主要采用30 m裝配式預應力混凝土小箱梁。

圖1 主橋橋型布置圖

圖2 主塔橫斷面圖

主橋主梁采用左右幅整體式單箱三室變高度連續箱梁，主塔處梁高6 m，跨中處梁高3 m，最小頂板厚度28 cm，最小底板厚度32 cm，腹板厚度為50～70 cm，最大懸臂狀態下的節段數由19個節段組成。

主橋主墩采用拱形實體墩，承臺群樁基礎，承臺尺寸為23.2 m×18.2 m×5.0 m，承臺下布置20根直徑2.0 m的鉆孔灌注樁；引橋橋墩采用雙柱式橋墩，樁基礎，墩高12 m以內時柱徑1.4 m，樁徑1.6 m，墩高12 m以上時柱徑1.6 m，樁徑1.8 m。

2 主塔方案比選

主塔作為矮塔斜拉橋的主要景觀部位之一，其不同造型分別體現了該橋不同的景觀效果。為體現固鎮縣該橋梁的景觀效果，突出固鎮縣漢文化元素，設計時對主塔進行了多個造型方案比選，現就其中兩個主塔造型方案進行比選。

2.1 寶劍形主塔

利用橋梁主墩、主塔聯合設計古漢代寶劍造型，如圖3所示。主塔外觀簡潔大方，穩定性好。主塔采用寶劍形獨柱布置在中央分割帶上，塔高33 m，塔頂6 m為塔尖裝飾段；塔身設置鞍座以便拉索順利通過，主塔橫橋向寬度為2.5 m，主塔由塔尖下斷面向下15 m采用變截面設計，截面尺寸為2.5 m×3.5 m～2.5×6.5 m，下塔柱采用分支設計，分支斷面尺寸為2.5×2.2 m，塔上斜拉索理論豎向間距為1.5 m，橫向雙排布置，雙排橫向間距為1.0 m。

圖3 寶劍形主塔立面圖

2.2 “V”字形主塔

主塔采用“V”字形造型，形象表達固鎮縣“漢興之地，勝利之城”的城市標語，寓意著固鎮縣近年來城市建設和經濟的勝利發展。主塔采用獨柱塔，布置在中央分割帶上，塔高29 m，造型采用象征勝利的“V”字形；塔身設置鞍座以便拉索順利通過，主塔橫橋向寬度為2.5 m，順橋向塔根寬度為5 m，塔頂總寬度9 m，2根立柱通過主塔索鞍連接，形成“V”字形整體。塔上斜拉索理論豎向間距為1.5 m，橫向雙排布置，雙排橫向間距為1.0 m。

圖4 “V”字形主塔立面圖

2.3 主塔方案比選

為比較2個主塔方案的優劣性，分別從受力、美觀、施工難度等方面進行綜合比選[5-10]。

2.3.1 結構受力

對以上2種主塔方案采用MIDAS-FEA計算軟件進行實體模型受力分析，分別比較其塔根處應力情況,如圖5、圖6所示。

圖5 寶劍形主塔主拉應力圖(模型經過簡化處理)

圖6 “V”字形主塔主拉應力圖

從圖5、圖6可以看出，由于寶劍形主塔兩根立柱分別位于主梁0#塊兩側，沒有與0#塊主梁下的支座對中，以致形成一個典型的“扁擔”形受力模式，從應力圖可以看出，0#塊主梁受到的拉應力較大，即使通過增大主梁截面的方法也不能消除拉應力。而“V”字形主塔與支座對中，能夠較好地將上部受力直接傳遞至主橋墩。因此，從結構受力角度來說，“V”字形主塔受力性能相比寶劍形主塔優越。

2.3.2 橋梁美觀

寶劍形主塔雖能直觀反映古漢代元素，但兵器造型體現了明顯的緊張、嚴肅、殺戮信息，不能夠體現固鎮縣開放、活潑的城市形象。

“V”字形主塔采用象征勝利的“V”字造型，主塔外形簡單大方，并與固鎮縣“漢興之地，勝利之城”的城市標語不謀而合，形象表達了固鎮縣近年來城市建設和經濟的勝利發展，寓意較好。

因此，從橋梁美觀、寓意角度比較，“V”字形主塔造型相比寶劍形主塔優越。

2.3.3 施工難度

2種主塔方案均采用爬模現澆施工，施工工藝及條件基本相當。但是“V”字形主塔塔身逐級往外傾斜，施工模板固定難度較大，尤其是在索鞍未施工前的下塔柱部位施工難度更大，施工時還需考慮塔柱自身的穩定性。因此，從施工難度方面考慮，寶劍形主塔相比“V”字形主塔優越。

3 結 論

綜合以上分析，雖然“V”字形主塔施工時主塔模板固定難度大，需采取一定措施保障塔柱自身的穩定性，但其受力簡單、明確，安全性能較寶劍形主塔方案優越，且“V”字形主塔寓意較好，能夠形象體現固鎮縣“漢興之地，勝利之城”的城市標語之意，固鎮縣近年來城市建設和經濟的勝利發展，因此，推薦采用“V”字形主塔造型。