如皋长江大桥设计与施工

李 旭 杨仁恒

(1.东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210096;2.中铁大桥局集团第六工程有限公司，湖北 武汉 430101)

0 引言

如皋长江大桥位于如皋港，跨越长青沙长江北汊，大桥主桥采用主跨218 m 仙鹤型双塔单索面预应力混凝土斜拉桥。大桥主梁采用单箱三室斜腹板箱形截面，主塔采用仙鹤造型桥塔，斜拉索采用双层热挤PE 护套半平行钢丝拉索体系，基础采用承台下接混凝土钻孔灌注桩基础。桩基施工采用旋挖钻成孔，承台施工采用钢板桩围堰法，主塔施工采用钢管支架法节段现浇，主梁采用牵索式挂篮悬臂浇筑节段施工，对主塔和主梁施工全过程进行监控，成桥荷载试验结果显示桥梁线形流畅，应力水平良好，大桥于2013 年12 月建成通车。

1 总体设计

如皋长江大桥位于G204 国道南延如皋港港口连接线上，南起环岛东路，经东风滩横跨长青沙长江北汊，北接沿江公路。桥址处水面宽约800 m，规划航道等级为内河Ⅲ级，双向通航净宽不小于160 m，净高10 m。大桥设计应满足通航要求、实现桥梁景观与周围环境协调，并与当地自然、人文环境匹配。针对这种实际情况，大桥主桥采用仙鹤型双塔单索面预应力混凝土斜拉桥(见图1)，半漂浮体系，跨径布置为(95+218+95)m，桥宽26.5 m，双向四车道。

图1 如皋长江大桥

2 结构设计

2.1 桥塔

主塔采用仙鹤造型，单箱单室预应力混凝土结构，结合如皋的长寿文化，并且与长青沙生态岛的自然景观完美融合。主塔自桥面以上高度为85 m，混凝土主塔高为69 m，外轮廓适应造型变化，截面尺寸顺桥向宽12.5 m～5.5 m，横桥向宽3.5 m，主塔顺桥向壁厚0.7 m，横桥向壁厚1.4 m。塔顶设置16 m 钢结构，不参与结构受力，仅满足造型需要，钢结构段与混凝土段采用预埋螺栓连接。

塔柱拉索锚固区布置“U”环向预应力钢绞线束平衡拉索的水平分力，沿塔高方向交错布置，间距根据受力及构造需要确定。为减小环向预应力损失，管道成孔采用塑料波纹管。塔柱其他区段采用钢筋混凝土结构。主塔与主墩固结，主墩外轮廓尺寸为顺桥向8.7 m～11 m，横桥向9 m，为减少材料用量及减轻自重，主墩采用空心截面。

主墩承台采用C40 混凝土，长26.9 m、宽23.2 m，厚4.8 m，承台与主墩间设2 m 厚的塔座过渡，塔座长19 m、宽17 m。基础采用28 根直径2 m 的钻孔灌注桩，按摩擦桩设计，桩长89 m，采用C30 水下混凝土灌注。

2.2 主梁

主梁采用单箱三室截面，为避免主梁的风致振动，边腹板采用斜腹板，线形流畅(见图2)，中心线处梁高2.8 m，顶板宽26.5 m，底板宽10.5 m，悬臂长4 m，箱梁顶板设2%的横坡，底板水平。主梁采用挂篮悬浇，标准节段长6 m，箱梁顶底板厚度均为28 cm，中腹板厚40 cm，斜腹板厚25 cm，悬臂端部厚20 cm，根部厚55 cm，与拉索锚固点位置对应设置横梁，中箱横梁厚60 cm，边箱横梁厚35 cm;边跨支架现浇段底板及边腹板加厚至40 cm，中腹板加厚至60 cm，边箱横梁加厚至60 cm，箱内填充铁砂混凝土压重。主梁采用C50 混凝土，纵、横、竖三向预应力体系。

图2 主梁标准截面图

2.3 斜拉索

全桥共设置64 对斜拉索，每对斜拉索由横向间距为1.1 m 的两根拉索组成，平行布置于中央分隔带内，扇形索面。拉索在主梁标准节段上的锚固点间距为6 m，边跨现浇段上的锚固点间距为3 m，由于边中跨跨径非平衡布置，通过边跨现浇段压重及减小拉索间距的方法平衡结构自重，并且增大全桥结构刚度;拉索在主塔上锚固点竖向间距均为2 m。拉索采用双层热挤PE 护套半平行钢丝索，钢丝采用Φ7 mm 镀锌高强钢丝，标准强度为1 670 MPa;护套为高密度聚乙烯(HDPE)材料，内侧为黑色，外层为乳白色，护套外缠绕双螺旋线，以防止风雨激振;锚具采用与拉索对应的冷铸墩头锚;斜拉索由于水平夹角的不断变化，平衡结构竖向分力所对应的索力也在不断变化，根据结构受力需要及尽可能减少规格的原则，本桥共采用PES7-127，139，151，163，187 五种规格的拉索，斜拉索设计安全系数取2.5。

3 桥梁施工

3.1 主墩承台基础

主墩采用钻孔灌注桩群桩基础，布置28 根φ2.0 m 钻孔桩，桩长为89 m，桩基分别穿越淤泥、粉质粘土层、粉土夹粉砂层、粉砂层、粉质粘土层、细砂层、中砂层。桩基施工在钢管桩水上平台进行，为了在汛期到来前完成桩基施工，采用旋挖钻机配合优质泥浆成孔，施工速度快，质量合格率100%。

主墩承台施工采用钢板桩围堰法，钢板桩选用拉森Ⅵ型，单根长度为24 m，围堰内共设置上下两层内支撑。承台施工过程中对大体积混凝土的水化热问题采取了控制措施，具体包括:选用合适的混凝土原材料及配合比;控制混凝土的入模温度;控制混凝土浇筑间歇与分层厚度;预埋冷却水管控制温度梯度;后期加强养护。承台施工完成后，没有出现温度裂缝。

3.2 主塔

主塔混凝土段高度69 m，共分为13 节浇筑，节段高度为4.2 m～6.41 m 不等。节段5～节段12 为预应力混凝土节段，其余节段为钢筋混凝土节段。节段6～节段12 为有索区，其余节段为无索区;由于主塔为仙鹤造型，截面变化较大，无法采用翻模或爬模法施工，因此采用钢管支架法施工，设置塔吊和施工电梯辅助。支架采用钢管柱做受力结构，钢管柱通过0 号块主梁梁顶预埋件焊接支撑在0 号块主梁梁顶，钢管柱间用槽钢连接成桁架结构，上下节钢管柱间用法兰连接。主塔钢结构段采用工厂制造，塔吊现场节段安装，高强螺栓连接。

3.3 主梁

主梁根据施工方法的差异划分为4 个部分:主梁0 号节段、边跨现浇段、标准悬浇节段、合龙段。主梁0 号节段和边跨现浇段，采用钢管支架法一次性浇筑。标准悬浇节段采用前支点挂篮悬臂浇筑法施工，施工流程为:挂篮前移;锚管定位及斜拉索安装;斜拉索初张拉;浇筑混凝土;张拉主梁施工预应力束;调整斜拉索索力并进行锚固转移。合龙段采用吊架施工，选择在稳定的天气，在一天中气温较低时，锁定劲性骨架，预先在合龙段两端加水箱按合龙段混凝土重量注水压重，边浇筑边放水，保证线形平稳，防止产生混凝土裂纹。待混凝土强度达到设计要求后，拆除临时劲性骨架，张拉主梁预应力钢束，完成体系转换。最后进行全桥斜拉索索力调整。

3.4 施工监控

由于设计时对斜拉桥计算是采用的理论值，而实际施工过程中，挂篮变形、混凝土的弹性模量及容重、斜拉索的弹性模量及容重、悬浇节段自重、施工荷载(主要施工机具、吊机等)、临时荷载(主梁上临时堆的机具、材料等)、温度场等都跟设计时的理论值存在一定的误差，这就需要根据实际施工中的现场测试或核定参数，重新进行建模计算，并根据实际施工中的实时测量数据对这些参数进行分析、纠偏，以使计算结果与实际施工相符;并根据优化调整后的计算结果，及时调整梁端立模标高和斜拉索张拉力，确保主梁线形平顺，保证主梁和主塔应力变化控制在规范规定的范围内，消除施工过程的各种误差对结构的影响，最终实现成桥后结构内力和线形满足设计要求。根据如皋长江大桥的结构和施工特点，大桥施工监控工作主要包括:施工过程的仿真计算、施工过程的现场测量、施工过程的参数识别;施工过程中标高和索力调整。全桥调索完成后，斜拉索索力见表1。

表1 全桥调索后斜拉索理论与实测索力

4 结语

如皋长江大桥造型优美，线形流畅，成桥荷载实验报告显示各项指标均满足设计和规范要求，大桥已于2013 年12 月建成通车。大桥建成后不仅满足了功能上的需求，更成为当地的一个重要景观。

［1］王伯惠.斜拉桥结构发展和中国经验(上册)［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］JTG/T D65-01-2007，公路斜拉桥设计细则［S］.

［3］严国敏.现代斜拉桥［M］.成都:西南交通大学出版社，1996.

［4］广东省西部沿海高速公路新会段有限公司.崖门大桥工程——塔墩梁固结单索面斜拉桥［M］.北京:人民交通出版社，2004.