陸港大橋總體設(shè)計與技術(shù)創(chuàng)新

王 軍 ，王 萍 ，任潤田 ，王 俊

［1.西安市政設(shè)計研究院有限公司，陜西西安710068；2.內(nèi)蒙古阿拉善盟公路運(yùn)輸維護(hù)中心，內(nèi)蒙古阿拉善盟737300；3.西安水務(wù)（集團(tuán)）規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，陜西西安710082］

1 工程概況

寶雞市渭河陸港大橋位于寶雞市陳倉區(qū)陽平鎮(zhèn)，道路南起現(xiàn)狀西寶高速南線，上跨現(xiàn)狀南、北河堤路、渭河及連霍高速。道路全長4 317.599 m，橋梁總長1 296 m，其中主橋總長412 m。大橋跨徑布置為102 m+208 m+102 m，斜拉橋主塔結(jié)構(gòu)形式為格構(gòu)柱式鋼—混組合塔，該塔型為國內(nèi)首創(chuàng)[1-2]。

1.1 地質(zhì)水文條件

橋址區(qū)在區(qū)域上屬渭河河谷區(qū)，微地貌單元屬渭河河漫灘區(qū)，河谷開闊平坦。河床心形灘分布較多，淤積較嚴(yán)重。自上而下主要地層分布為素填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、卵石、粉質(zhì)粘土、礫砂。

地下水類型為潛水，受大氣降水及渭河上游河流地下水補(bǔ)給，排泄方式為蒸發(fā)和向河流下游滲流。

1.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

道路等級:城市主干路；設(shè)計速度:主路50 km/h；設(shè)計荷載等級：城-A 級；地震設(shè)防烈度為8 度；地震動峰值加速度0.20g；反應(yīng)譜特征周期為0.40 s；欄桿荷載：豎向1.2 kN/m；水平向2.5 kN/m。

2 總體設(shè)計

2.1 主橋及引橋

主橋跨徑布置為102 m+208 m+102 m，全長412 m，為雙塔雙索面半漂浮體系斜拉橋，立面布置見圖1。

圖1 主橋總體布置圖（單位：m）

引橋在跨越南、北側(cè)堤頂路以及現(xiàn)狀連霍高速采用變截面連續(xù)梁，跨徑采用65 m 大跨跨越。同時為保護(hù)渭河河堤，橋墩距渭河河堤內(nèi)坡腳線不小于5 m。引橋其余段采用30~40 m 跨徑的等高連續(xù)梁。下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，板式弧形橋墩。

2.2 主橋斷面

主橋橫斷面布置見圖2。

圖2 主橋橫斷面布置圖（單位：m）

2.3 支撐體系

主橋主塔處支座采用FPQZ 型摩擦擺球型支座配合智能型粘滯阻尼器安裝于主墩處，當(dāng)?shù)卣饋砼R時可通過阻尼元件的塑性性能吸收和耗散地震能量。

主橋邊墩支座采用JKQZ 型減震抗拉球型支座，在地震時通過抗拉鋼襯板抵抗垂直方向的上拔力，防止橋梁與橋墩脫離。

引橋現(xiàn)澆梁采用超高阻尼隔震橡膠支座，可有效提高結(jié)構(gòu)阻尼比，消耗地震能量。

3 主塔設(shè)計

3.1 塔型方案構(gòu)思

斜拉橋塔型方案設(shè)計首先要考慮結(jié)構(gòu)受力需求，同時也要兼顧景觀、周邊環(huán)境和造價等因素。該橋南連吉利汽車以及配套的工業(yè)園區(qū)、寶雞高新區(qū)科技新城以及綜合保稅區(qū)，北接鐵路物流中心，橋位周邊工業(yè)氣息比較濃厚（見圖3、表1）。

圖3 兩種主塔方案效果圖

表1 塔型方案比較表

3.2 橋塔設(shè)計

橋塔采用格構(gòu)柱式鋼－混組合結(jié)構(gòu)，整體造型為“門”型，由塔柱、塔頂平聯(lián)、基礎(chǔ)組成。塔柱自上而下一次劃分為上塔柱、下塔柱。上塔柱及塔頂平聯(lián)為鋼結(jié)構(gòu)，下塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

下塔柱高21.5 m，縱橫向尺寸為9.3 m×8.4 m，采用單箱單室截面，為增強(qiáng)塔柱的穩(wěn)定性以及抗震效果，用弧形橫梁將兩個下塔柱連接起來，同時便于支座的安放。

上塔柱塔高75 m。單側(cè)塔柱由4 個鋼箱型鋼柱組成，呈鏤空狀。鋼柱橫截面尺寸為1.8 m×2.0 m，板厚30~40 mm。鋼柱內(nèi)每隔2 m 左右設(shè)置一個橫隔板。鋼柱各板件均采用板式加勁肋。各鋼柱間設(shè)置斜撐將其聯(lián)接成整體，斜撐為“工”字型截面，高0.7 m、寬 0.65 m，見圖4、圖5。

圖4 橋塔立面、側(cè)面及格構(gòu)柱式塔柱節(jié)段三維圖（單位：m）

圖5 上塔柱節(jié)段橫斷面示意圖（單位：m）

塔頂平聯(lián)采用全鋼桁架式橫聯(lián)，平聯(lián)底端采用弧形門洞造型。平聯(lián)跨中高11.25 m，端部高25.65 m，端中部采用弧形過度。桁架主受力構(gòu)件采用矩形截面，高寬均為0.7 m，厚度14~20 mm。橫聯(lián)相交節(jié)點(diǎn)間采用“工”字型桿件連接，高0.7 m，寬0.6 m，翼緣16 mm，腹板12 mm。

考慮到渭河河道內(nèi)有通航要求，故下塔柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一方面混凝土結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的防撞能力；另一方面其耐久性較好，枯水期施工便利，同時可以降低工程造價。主塔承臺尺寸為18 m（長）×18 m（寬）×5 m（高），下設(shè) 13 根直徑 2.0 m 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長50 m。

4 主梁

主梁采用正交異性板流線型扁平整幅鋼箱梁，由頂、底板、錨腹板、中、邊腹板、U 型加勁肋、橫隔板、人行道板封閉而成。箱梁內(nèi)腔被縱橫隔板分割。主梁采用雙邊箱主梁，中心線處梁高3 m，頂板分別向兩側(cè)按照1.5%的橫坡降低且底板保持水平。標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板全寬37 m，底板水平段寬25.4 m，兩側(cè)斜底板各寬5.8 m，傾斜底板與水平底板之間夾角為17°。該型斷面橫好的解決了寬幅橋面抗風(fēng)穩(wěn)定性的問題，顯著提高了主梁的渦振風(fēng)速和顫振臨界風(fēng)速（見圖6）。

圖6 主橋橫斷面布置圖（單位：m）

主梁頂、底板厚采用16 mm（正常區(qū)域）和20 mm（支座區(qū)和主塔區(qū)）兩種板厚；頂、底板在車行道區(qū)域采用采用8 mm U 形肋；斜底板厚16 mm，在人行道范圍內(nèi)采用高140 mm、厚12 mm 的板肋。

錨腹板厚24 mm，其縱向加勁肋采用18 mm 厚，高度200 mm 鋼板，腹板兩側(cè)均設(shè)置，每個錨腹板設(shè)置2~3 道；其豎向加勁肋采用20 mm 厚鋼板。錨腹板及其縱向加勁肋全橋貫通。

為增強(qiáng)箱梁的斷面的抗扭剛度、橫向剛度，限制其橫向彎曲變形和畸變的發(fā)生，并保證正交異性橋面及縱橫向加勁肋的應(yīng)力和變形在合理范圍內(nèi)，設(shè)計在箱梁內(nèi)間距3 m 設(shè)置一道橫隔板，塔區(qū)、中支點(diǎn)、邊支點(diǎn)附近適當(dāng)加密。

主梁經(jīng)過塔區(qū)時，頂板和底板進(jìn)行開洞處理，8個塔柱從主梁頂?shù)装逯写┻^，塔梁分離。一個塔柱開洞大小為1.964 m（橫橋向）×2.352 m（縱橋向）。

5 斜拉索

全橋共設(shè)64 根拉索，兩邊跨布置32 根，中跨布置32 根。邊、中跨在橋面縱向拉索間距均為12 m，在橋塔上豎向間距均為5 m。橋梁橫向拉索間距為30.8 m。斜拉索與主梁的夾角為31.7°～64.6°。

本橋斜拉索采用平行鋼絞線拉索體系，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa。采用直徑為φs=15.20 mm 鍍鋅或環(huán)氧涂層鋼絞線。

6 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)創(chuàng)新

6.1 格構(gòu)柱式鋼—混組合塔

上下塔柱連接處采用插入式鋼—混連接，即上塔柱4 個格構(gòu)塔柱伸入下塔柱混凝土內(nèi)4.5 m，伸入部分鋼塔柱內(nèi)外側(cè)均設(shè)置PBL 剪力連接件，保證上下塔柱緊密連接。

上塔柱為鋼結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新地采用格構(gòu)柱式造型，通透感強(qiáng)。連接兩個上塔柱的塔頂平聯(lián)采用鋼桁架桿件，整個結(jié)構(gòu)輕盈通透。

上塔柱及平聯(lián)部分可工廠預(yù)制，現(xiàn)場拼裝，極大節(jié)約了施工工期，同時能保證加工質(zhì)量及橋塔的景觀效果。工廠加工時合理劃分塔柱節(jié)段，分段預(yù)制、分段吊裝，很好的解決了現(xiàn)場運(yùn)輸和吊裝的問題。另外平聯(lián)施工采取了整體預(yù)制，整體提升方案，也極大的加快了施工速度同時降低了施工風(fēng)險。

6.2 格構(gòu)柱式鋼塔錨固系統(tǒng)

斜拉橋中錨固系統(tǒng)是整個設(shè)計過程中難點(diǎn)和重點(diǎn)。由于主塔較高，斜拉索在梁端為張拉端，塔端為錨固段。本橋設(shè)計采用鋼錨梁與鋼錨箱共同組成錨固系統(tǒng)。鋼錨梁置于兩個箱型塔柱之間，鋼錨箱則置于塔柱內(nèi)，均采用焊接連接。

鋼錨梁為箱形結(jié)構(gòu)，由錨墊板、錨板、錨下加勁板、頂、底板、側(cè)板、箱形拉板、橫隔板等組成。每對斜拉索的水平力由鋼錨梁承受，豎向分力通過鋼錨梁傳遞給塔柱。

鋼錨箱主要有兩個傳遞剪力的“u”型板和與其垂直的支撐板構(gòu)成（見圖7）。

圖7 橋塔錨固系統(tǒng)三維圖

7 結(jié) 語

陸港大橋（見圖8）在設(shè)計過程中，依據(jù)橋塔的受力特點(diǎn)采用了鋼—混組合結(jié)構(gòu)塔柱，充分考慮了結(jié)構(gòu)的美觀性以及經(jīng)濟(jì)性，發(fā)揮了鋼材和混凝土材料的最優(yōu)性能。同時解決了格構(gòu)式塔柱斜拉索的錨固問題；該塔型及錨固系統(tǒng)系統(tǒng)均已獲得國家發(fā)明專利。

圖8 陸港大橋

大橋于2019 年12 月底建成通車，運(yùn)營良好。成橋荷載實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合規(guī)范要求，成橋線形與設(shè)計數(shù)值吻合良好。該橋已經(jīng)成為寶雞市渭河上標(biāo)志性建筑。大橋在設(shè)計過程中取得的創(chuàng)新成果，可為今后類似橋梁工程的建設(shè)提供借鑒與參考。