上海祁連山路跨蕰藻浜大橋總體設(shè)計(jì)

田周松

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

1 工程概況

陸翔路- 祁連山路貫通工程位于上海市寶山區(qū)，路線(xiàn)全長(zhǎng)約2.3 km，城市主干路，紅線(xiàn)寬度為40～55 m，含一座跨蕰藻浜大橋，設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)，南側(cè)引橋段線(xiàn)路與軌道交通15 號(hào)線(xiàn)支線(xiàn)部分重疊。

2 總體布置

2.1 主跨擬定

擬建道路規(guī)劃線(xiàn)位位于蕰藻浜東閘以西約450 m 處，為蕰藻浜東閘引航道段，橋位處河道呈喇叭形變寬段，凈寬約為112～126 m，規(guī)劃河床底標(biāo)高為-3.26 m。橋位如圖1 所示。

圖1 蕰藻浜大橋橋位示意圖

蕰藻浜為Ⅲ級(jí)內(nèi)河限制性航道，通航凈高7 m，通航凈寬65 m，設(shè)計(jì)最高通航水位為3.8 m。通航要求擬建橋梁一跨跨過(guò)設(shè)計(jì)通航水域，南岸承臺(tái)不應(yīng)進(jìn)入藍(lán)線(xiàn)，北岸墩柱不應(yīng)進(jìn)入藍(lán)線(xiàn)且承臺(tái)應(yīng)埋入規(guī)劃泥面下2 m。滿(mǎn)足通航要求的一跨跨過(guò)河道的最小橋梁主跨跨徑擬定采用132 m。

2.2 橋型方案

對(duì)跨度為132 m 的有通航要求的跨航道橋，可采用下承式拱橋或獨(dú)塔斜拉橋，上下游已建成多座拱橋，擬采用獨(dú)塔斜拉橋，如圖2 所示。高聳的橋塔氣勢(shì)恢弘，大橋造型舒展，宛如即將起航的帆船揚(yáng)帆遠(yuǎn)航，勇往直前。

圖2 蕰藻浜大橋?qū)嵕皥D

2.3 主橋總體布置

為了盡量減小斜拉橋的總長(zhǎng)，控制橋梁建設(shè)成本，并結(jié)合兩岸道路平面布置，該橋采用獨(dú)塔兩跨斜拉橋。由于北岸側(cè)為道路變寬段，因此邊跨布置在南岸側(cè)。南岸側(cè)道路為平曲線(xiàn)段，曲線(xiàn)半徑為251 m，為了盡量減小曲線(xiàn)邊跨長(zhǎng)度，同時(shí)也為了減小地鐵15號(hào)線(xiàn)支線(xiàn)對(duì)邊墩布置的影響，邊跨采用了較小跨徑65 m，邊主跨比0.493。由于邊跨較短，采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁更為經(jīng)濟(jì)。

因此，綜合上述因素，主橋采用平曲線(xiàn)獨(dú)塔雙索面混合梁斜拉橋，南側(cè)邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁，跨河主跨采用鋼箱梁，邊跨跨徑為65 m，主跨跨徑為132 m。

主橋橋?qū)?2 m，總體布置如圖3 至圖6 所示。

圖3 立面布置圖（單位：mm；標(biāo)高、樁號(hào)為m）

圖4 平面布置圖（單位：mm；樁號(hào)為m）

圖5 橋塔橫斷面布置圖（單位：mm；標(biāo)高為m）

圖6 主梁橫斷面布置圖（單位：mm）

2.4 主橋結(jié)構(gòu)體系選擇

斜拉橋各結(jié)構(gòu)體系在靜力和地震工況下的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1 所列。

表1 不同結(jié)構(gòu)體系在靜力和地震工況下的結(jié)果一覽表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，塔梁固結(jié)體系在靜力和地震工況下的下部結(jié)構(gòu)受力，優(yōu)于半漂浮體系和塔梁墩固結(jié)體系，位移介于兩者之間但絕對(duì)位移仍在可接受范圍內(nèi)。塔梁固結(jié)體系的樁基數(shù)量可進(jìn)一步減少，詳見(jiàn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；而固結(jié)體系樁基比較長(zhǎng)，宜增加樁基數(shù)量。由于該橋受邊跨布置和河道藍(lán)線(xiàn)的限制，宜減小基礎(chǔ)規(guī)模控制主跨跨徑，推薦采用塔梁固結(jié)體系，梁底設(shè)置減隔震支座（見(jiàn)圖7）。主墩采用摩擦擺減隔震支座，靜力下縱橋向固定、橫橋向單側(cè)固定；邊墩采用摩擦擺減隔震支座，靜力下縱橋向滑動(dòng)、橫橋向單側(cè)固定。主墩和邊墩均設(shè)置間隙超過(guò)地震位移需求的橫向擋塊。

圖7 主橋約束體系布置示意圖

2.5 引橋總體布置

該工程引橋橋下凈空小，南引橋與15 號(hào)線(xiàn)支線(xiàn)平面有部分重疊，立柱布置無(wú)規(guī)律，如采用帶蓋梁的上部結(jié)構(gòu)形式，則蓋梁埋入或緊貼地面；并且蓋梁多數(shù)為異形蓋梁，蓋梁跨度大、梁高高，景觀效果差。因此不推薦采用T 型梁、小箱梁等需要設(shè)置蓋梁的上部結(jié)構(gòu)形式。現(xiàn)澆混凝土大箱梁外形美觀，抗彎抗扭剛度大，跨越能力適應(yīng)性強(qiáng)，可較好地滿(mǎn)足一般中等跨度橋梁的使用要求，引橋結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一。由于不需要設(shè)置蓋梁，總建筑高度小。跨蕰藻浜大橋引橋采用現(xiàn)澆整體箱梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑在30 m 左右，路口處適當(dāng)加大。

南引橋樁基布置以盡量增大樁基與盾構(gòu)邊線(xiàn)的凈距為原則。由于15 號(hào)支線(xiàn)盾構(gòu)之間的凈距較小，因此中間橋墩采用大直徑的單排樁。經(jīng)計(jì)算，樁基直徑采用2.2 m，樁基邊緣距離盾構(gòu)邊緣的最小凈距為2.1 m，如圖8 所示。

圖8 地鐵15 號(hào)線(xiàn)支線(xiàn)處橋梁布墩?qǐng)D

3 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主梁

鋼箱梁分為索塔段（含鋼混結(jié)合段）、標(biāo)準(zhǔn)段、邊墩墩頂段等類(lèi)型，鋼梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)9.6 m。鋼箱梁長(zhǎng)42 m，高2.6 m。標(biāo)準(zhǔn)段頂板厚16 mm、20 mm，底板厚16 mm、20 mm，腹板厚14 mm、25 mm。鋼梁采用正交異性鋼橋面板，鋼梁頂板、底板采用U 形閉口加勁肋加強(qiáng)。鋼梁沿縱向每3.2 m 設(shè)置一道橫隔板，標(biāo)準(zhǔn)橫隔板厚12 mm。橫斷面如圖9 所示。

圖9 主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：mm）

邊跨主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土整體箱梁，C50 混凝土，梁高2.55 m。箱梁頂板、底板厚均為0.22 m，一般腹板厚0.4 m，錨固區(qū)腹板厚1.5 m。標(biāo)準(zhǔn)橫梁間距4.85 m，厚0.3～0.5 m。縱向設(shè)置頂?shù)装寮案拱孱A(yù)應(yīng)力鋼束，橫向設(shè)置橫梁及挑臂橋面板預(yù)應(yīng)力鋼束。

由于該橋?yàn)殇撍摶於卧O(shè)置在邊跨可減少混合段連接數(shù)量，鋼混結(jié)合段長(zhǎng)2.0 m，距離主橋塔中心線(xiàn)4～6 m。設(shè)置前承壓板，可使鋼混接觸面的應(yīng)力擴(kuò)散盡量均勻且受力明確。鋼混段縱向設(shè)置體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束，錨固于后承壓板，要求接觸面在基本組合下不出現(xiàn)拉應(yīng)力，接觸面的剪力通過(guò)剪力釘承擔(dān)，摩擦力作為抗剪的安全儲(chǔ)備。混凝土梁的鋼筋連接于前承壓板或者開(kāi)孔穿過(guò)前承壓板。鋼混結(jié)合段與鋼梁之間設(shè)置剛度過(guò)渡段，如圖10 所示。

圖10 鋼混結(jié)合段縱向布置圖（單位：mm）

3.2 主塔

主塔采用縱向帆形塔柱，橋面以上塔高約50.5 m。直線(xiàn)主塔柱、曲線(xiàn)副塔柱均采用箱形鋼結(jié)構(gòu)，它們通過(guò)圓鋼管連接。主塔柱順橋向?qū)?.05 m，橫橋向?qū)? m。輔助塔柱順橋向?qū)?.03 m，橫橋向?qū)? m。塔柱頂部設(shè)置橫向系梁，系梁寬2.48 m，高2.5～3.6 m。塔壁最大板厚為50 mm，主塔如圖11 所示。

圖11 塔柱成橋之實(shí)景

3.3 斜拉索

斜拉索采用高強(qiáng)鋼絲，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1770 MPa，斜拉索全橋設(shè)24 對(duì)（48 根）。

主跨標(biāo)準(zhǔn)索距為9.6 m，索梁錨固采用梁式錨箱；邊跨標(biāo)準(zhǔn)索距為4.85 m，通過(guò)混凝土箱梁腹板開(kāi)槽口錨固。塔上標(biāo)準(zhǔn)索距3.6 m，索塔錨固采用組合式錨固結(jié)構(gòu)。

當(dāng)橋塔縱向腹板間距較小時(shí)，可采用梁式錨箱，索力傳遞到兩側(cè)塔壁；當(dāng)橋塔縱向腹板間距較大時(shí)，可設(shè)置縱橋向鋼錨梁。該橋橋塔尺寸有限，難以設(shè)置較多的縱向隔板，綜合采用了上述兩種錨固構(gòu)造，即縱橋向居中設(shè)置鋼錨梁、橫橋向由兩道橋塔環(huán)向加勁及其翼緣組成錨固橫梁[1]，如圖12 所示。拉索平衡水平力由鋼錨梁承擔(dān)，不平衡水平力由錨固橫梁承擔(dān)，豎向分力由橋塔塔壁及其豎向加勁共同承擔(dān)。

圖12 組合式錨固結(jié)構(gòu)平面/ 立面布置圖

該橋邊跨位于半徑為251 m 的平曲線(xiàn)上，曲線(xiàn)平面導(dǎo)致橋塔處產(chǎn)生橫橋向水平力。成橋狀態(tài)以較小橋塔彎矩為目標(biāo)，基于靜力平衡方法確定斜拉索索力，即采用剛性支承連續(xù)梁法得到北側(cè)鋼梁主跨恒載作用下的豎向分力，按圖13 根據(jù)靜力平衡條件計(jì)算斜拉索索力；考慮充分發(fā)揮小跨徑斜拉橋主梁縱向受力能力，按比例適當(dāng)調(diào)小索力，從而減小橋塔橫橋向彎矩。

圖13 拉索索力計(jì)算圖示

3.4 橋墩

主墩采用分離雙柱墩，橫橋向中心距離26.5 m。主墩墩底橫橋向尺寸為5.5 m，墩底縱橋向尺寸為6.0 m；墩頂橫橋向尺寸為3.0 m，墩頂縱橋向尺寸為6.0 m。主墩連線(xiàn)相對(duì)于樁號(hào)線(xiàn)沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)1.2°。主墩承臺(tái)平行于河岸布置，承臺(tái)長(zhǎng)邊尺寸為14.2 m，短邊尺寸為11.2 m，承臺(tái)厚4.0 m。主墩每側(cè)共布置20 根φ1.2 m 的鉆孔灌注樁。

邊墩采用分離雙柱墩，南岸邊墩橫橋向中心距離20.0 m，北岸邊墩橫橋向中心距離22.0 m。邊墩立柱橫橋向尺寸為3.2 m，縱橋向尺寸為3.2 m。南岸邊墩左側(cè)承臺(tái)平行于盾構(gòu)布置，北岸邊墩承臺(tái)平行于河岸布置，每側(cè)共布置8 根φ1.2 m 的鉆孔灌注樁。

4 結(jié)語(yǔ)

祁連山路跨蕰藻浜大橋主橋采用獨(dú)塔雙索面混合梁斜拉橋方案，主梁采用鋼- 混凝土混合梁，主塔采用帆形塔，結(jié)構(gòu)體系為塔梁固結(jié)、塔墩分離體系。在充分考慮河口寬度、通航要求、盾構(gòu)避讓、邊跨位于曲線(xiàn)段等因素基礎(chǔ)上，該橋的設(shè)計(jì)將結(jié)構(gòu)美觀性、經(jīng)濟(jì)性與受力合理性很好地結(jié)合在一起，可以對(duì)類(lèi)似工程起到借鑒作用。