丹河大橋組合梁斜拉橋的設計與創新

支燕武

（中國鐵路設計集團有限公司，天津市 300251）

1 工程概括

丹河大橋為國內某一級公路工程上跨丹河的一座特大橋，道路等級為一級公路，橋梁全長1738 m，其中主橋結構形式為（130+130）m 獨塔組合梁斜拉橋，支撐體系為塔墩固結、塔梁分離的半漂浮體系，采用支架拼裝施工。橋長260 m，寬28.4 m。橋梁橫斷面為一塊板設計，橫斷面布置形式為：1.45 m 拉索錨固區+0.5 m 護欄+11.5 m 機動車道+1.5 m 中央分隔帶+11.5 m 機動車道+0.5 m 護欄+1.45 m拉索錨固區。主橋立面及橫斷面布置分別見圖1～圖3 所示。

圖1 主橋立面布置圖

圖2 主橋橫斷面布置圖（索塔位置）

圖3 主橋橫斷面圖（主跨跨中）

2 設計技術標準

（1）道路等級：雙向四車道一級公路；設計車速：V=80 km/h；

（2）荷載標準：車輛荷載：公路—I 級；

（3）橋梁結構設計基準期：100 a；橋梁安全等級：一級；

（4）環境類別：IV-C 類，除冰鹽等其他氯化物環境；

（5）地震基本烈度：6 度區，地震動峰值加速度0.05g[1]。

3 方案設計

城市橋梁在設計中要體現城市建設高起點、工程建設高質量的特點，實現整體協調的優美景觀。該項目作為公路工程穿越景觀濕地公園橋梁，除滿足使用功能以外，還應體現該工程的獨特風格，重視景觀效果。在選用結構型式時，考慮橋型要與周圍地區環境、地形，和諧統一。該項目橋梁上跨丹河國家濕地公園，橋梁方案要與周圍環境相協調，橋梁造型元素的美學設計與研究要納入橋梁設計之中。主橋結構形式采用了獨塔雙索面組合梁斜拉橋，索塔造型設計時刻意規避了常規斜拉橋橋塔一字型、H 型或A 字型索塔的呆板、生硬感受，創新地采用“水滴”形造型，如圖4 所示。

圖4 橋梁效果圖

4 橋梁結構設計

4.1 上部結構

橋梁橫斷面采用鋼邊主梁上搭設混凝土橋面板的整體斷面，中心線處梁高2.6 m（含橋面板）。斷面上共兩片邊主梁，兩主梁橫向中距26.5 m，橋面板全寬28.4 m，橫向分兩塊，縱向按橫梁間距劃分。斜拉索梁上錨點采用錨拉板錨固在鋼邊主梁上，梁上錨點縱向間距10.5 m。鋼邊主梁在預制廠內完成拼裝，單側鋼邊主梁共25 段，標準節段長10.5 m。橫梁標準間距為3.5 m，單個橫梁橫向分7.88 m、9.7 m、7.88 m 三個節段拼接，采用工字形鋼梁加預制預應力混凝土橋面板的斷面形式。

4.1.1 橋面板結構尺寸

橋面板總寬28.4 m，厚度為28 cm，包括預制橋面板部分和濕接縫部分。預制橋面板部分采用C50鋼筋混凝土，濕接縫采用C50 微膨脹混凝土。預制橋面板全橋共四種類型：預制板Y1 長寬數據為1267 cm×190 cm，預制板Y1a 長寬數據為1267 cm×212 cm，預制板Y2（Y2a）長寬數據為1267 cm×240 cm，預制板Y3（Y3a、Y3’、Y3a’）長寬數據為1267 cm×290 cm。

4.1.2 橋面板預應力布置

橋面板根據受力需要布置縱向預應力鋼束，鋼束規格為15-4，采用扁錨和扁錨配套的扁波紋管，預應力布置在260 m 縱向全長范圍內，橫向橋寬28.4 m 范圍內共布置32 根預應力鋼束。沿順橋向預制橋面板完成吊裝鋪設后，根據分節段澆筑濕接縫的順序，按照對稱原則對橋面板預應力鋼絞線進行張拉，并采用扁形連接器張拉接長，最終完成全橋的預應力張拉。

4.1.3 橋面板鋼筋布置

橋面板順橋向主筋采用φ22 鋼筋，鋼筋間距為11 cm；橫橋向主筋采用φ16 鋼筋，鋼筋間距為15 cm。

4.1.4 鋼邊主梁構造

單側鋼邊主梁截面形式為工字形，底板水平，頂板橫坡為2%的單向橫坡，腹板為豎腹板。鋼邊主梁截面頂板頂至底板底中線高2400 mm。根據底板厚度不同，縱橋向分兩個截面，其中主塔兩側各18.25 m 范圍內截面底板厚80 mm，其余范圍內截面底板厚度60 mm。兩個截面頂板寬均為1000 mm、厚40 mm，腹板高2300 mm，厚32 mm，其中底板加厚截面腹板高2280 mm。

4.1.5 鋼橫梁、小縱梁構造

鋼橫梁截面形式為“工”字形，考慮橫向預拱度工廠制造時頂板采用雙向2.15%的橫坡，底板水平，橫梁跨中梁高2320 mm。在橫梁中部設置一道小縱梁，作為現澆縫的底模，可便于順橋向濕接縫的澆筑。小縱梁高500 mm，其截面形式為“工”字形。

4.1.6 上部結構簡要施工方案

上部結構縱、橫梁、預制混凝土橋面板均在預制廠內完成拼裝、預制，運輸至橋梁現場，再采用吊車吊裝至支架，最終完成整體拼裝。

4.2 索塔

斜拉橋索塔是橋梁的主要承重構件，借助斜拉索組成整體受力體系。主梁橋面系承受的部分恒載及汽車荷載通過斜拉索傳遞到索塔。橋塔高度為94.5 m，塔身材質為普通鋼筋混凝土，索塔采用“水滴”型造型，美觀大方，與周圍環境融為一體[2]。

索塔形式為獨塔，塔身混凝土強度等級采用C50。索塔外形由多段曲線擬合而成。塔柱為空心箱型斷面，橫橋向尺寸為3.5 m，順橋向尺寸為6 m，壁厚80～200 cm，塔柱在索塔頂端聯成一體。主梁下方索塔設有預應力混凝土橫梁，橫梁高3 m，寬5.5 m。

4.3 斜拉索及錨固體系

采用高強平行鋼絲成品索，鋼絲抗拉強度≥1670 MPa，設計壽命大于30 a。索體采用多層防腐系統，以保證斜拉索的設計壽命。全橋設置44 根斜拉索，索距布置：12+10×10.5+2×13+10×10.5+12（m）。斜拉索分別由127 根、151 根、187 根、211 根、223 根直徑為7 mm 的環氧鋼絲組成，斜拉索兩端配冷鑄墩頭錨。拉索外表面防腐部分為HDPE 護套，護套采用高耐久性的HDPE 材料制作加工。風雨激振是橋梁拉索振動的一種，對橋梁產生的危害也較嚴重。為有效降低或阻止因風雨激振對拉索造成的不良振動，拉索外側設置雙螺旋線。

斜拉索的下錨點構造形式為錨拉板式。錨拉板焊接于邊主梁上翼緣板中心位置頂側，并與邊主梁腹板位置相對應。錨管兩側通過融透焊縫與錨拉板連接，錨拉板下部亦通過焊縫與橋面板連接。錨拉板的兩側焊接加勁板形成“豐”字形與橋面板焊連，并通過設置加勁肋板補償為設置錨管開孔部分對錨拉板截面的消弱。同時在加勁板對應位置，邊主梁腹板設置豎向加勁肋。

索與主塔的錨固采用混凝土牛腿結構形式，采用塔上張拉方式。

5 創新點

（1）隨著國民經濟的發展，橋梁的建造除了滿足使用功能以外，尤其是在上跨景觀河道、濕地公園等對環境有獨特要求的項目中，橋梁的景觀設計要與周邊建筑和環境相映成趣、渾然一體。優秀的設計方案勢必成為一道靚麗的風景線，把自然、歷史、人文、藝術融為一體，交相輝映。該項目主橋結構形式采用獨塔雙索面組合梁斜拉橋，索塔方案擯棄常規柱式索塔，大膽采用“水滴”形造型，美觀大方，不但能與濕地環境融為一體，還能喚起人們的環境保護意識、水資源保護意識。

（2）上部結構主梁斷面采用鋼邊主梁結合預應力混凝土橋面板的組合結構形式，施工時采用預制、拼裝理念，能有效縮短現場施工工期、控制工程質量，加強周圍環境保護，提升橋梁工程的技術水平，響應了我國節能、環保、低碳的經濟發展主題。

（3）索塔錨固形式采用混凝土牛腿結構形式，并將井字形低回縮預應力鋼絞線應用于索塔斜拉索錨固區。該設計方法與傳統索塔拉索上錨點錨固區采用U 形預應力鋼絞線法相比，完美地解決了由于U形預應力鋼絞線平曲線半徑較小及夾片錨固端回縮產生的預應力損失較大的問題。通過對橋梁施工建造過程及后期運營過程中對該區域進行數值建模分析，該分析區域有限元計算模型如圖5 所示。

圖5 索塔錨固區有限元模型渲染圖

通過有限元計算模型分析結果可以得出結論：索塔拉索錨固區范圍內混凝土塔壁及錨塊各向應力分布較為均勻，應力值均在設計范圍之內，滿足結構安全及規范要求，為該結構形式理論提供了支撐。

（4）橋梁上跨丹河濕地，汽車車輪反復作用下瀝青類橋面物質懸浮物會污染橋梁上跨河道，裝載有毒有害化學物品的車輛在橋上發生事故時有毒物品泄露會對橋下水體造成嚴重污染。因此，在濕地指定位置設置蒸發池，橋梁外側橋面下設置順橋向排水管，橋面雨污水經泄水口流入順橋向排水管，并在指定位置將雨污水排入蒸發池。

6 結語

伴隨國內公路、交通建設的蓬勃發展，上跨景觀河道、濕地公園的橋梁數量將會持續增多。以景觀、環保為主線貫穿設計全過程將會成為新的設計要求，以人為本、人與自然的協調發展將會成為設計思路。