某特大桥桥型方案的拟定

吴 念，陈立新

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北 武汉 430000）

某特大桥桥型方案的拟定

吴 念，陈立新

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北 武汉 430000）

靖江溪特大桥位于宜昌港主城港区太平溪作业区,桥梁跨越靖江溪,针对该桥区域内的建设条件,介绍了前期桥型方案的构思和桥梁方案的拟定过程,为类似工程提供借鉴和参考。

桥型方案；特大桥；方案比选

1 概述

本项目位于宜昌港主城港区太平溪作业区,根据本项目总体平面布置,需要跨越靖江溪修建一座桥梁,用来连接溪两侧的物流园区。桥梁宽度按照双向四车道设计,同时考虑在桥梁两侧设置2.5 m人行道,横断面组成为0.25 m（栏杆）+2.5 m（人行道）+15 m（行车道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（栏杆）=20.5 m。

2 技术标准

（1）设计荷载:公路-Ⅰ级,人群荷载按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）取值。

（2）设计水位:高水位173.193 m（1985国家高程基面）；低水位143.193 m（1985国家高程基面）。

（3）通航等级:不通航。

3 靖江溪特大桥主桥桥型方案

根据地形和水位条件,桥位区设计水位为173.193 m,最低水位为143.193 m,其中每年5月末至6月初,三峡库区水位降至汛期限制水位145 m。整个汛期6～9月（集中了全年入库沙量的88.8%,入库水量63.4%）,除入库流量大于下游河道安全泄量时拦蓄超额洪水、水库水位抬高外,一般维持在145 m运行。超过电站过流能力的水量,由溢流坝段底孔下泄。汛末10月水库蓄水,逐渐升高到175 m运行。12月至翌年4月底库水位按保证出力要求运行,并逐渐降落,以增加下游流量和电站出力,但枯季消落最低高程不低于155 m,以保证水库变动回水区航道水深。考虑到靖江溪大桥主桥桥墩施工复杂,施工周期长,在枯水期完成整个主墩施工的可能性较小,因此在桥梁跨径拟定时,考虑尽量减小下部结构水下施工深度,降低施工难度。靖江溪主河道宽390 m左右,主河道两侧地形较平缓,当主桥跨径达到390 m时,继续增大跨径对主桥基础施工难度影响不大,故拟定靖江溪特大桥主桥跨径390 m,符合跨径要求的桥型包括悬索桥、斜拉桥和拱桥。

综合考虑受力、景观、造价、施工等要求,主要考虑的桥型方案有390 m地锚式悬索桥（方案一）、（140+390+140）m双塔斜拉桥（方案二）,以及429 m（净跨径390 m）中承式钢管混凝土拱桥（方案三）。

3.1 方案一:390 m单跨双铰地锚式悬索桥

本方案主桥结构形式采用单跨双铰地锚式悬索桥,主跨布置为390 m,主缆计算矢跨比1/10,桥梁总体布置如图1所示。

横桥向桥面采用双向四车道,两侧设置人行道,横断面布置为0.25 m（栏杆）+2.5 m（人行道）+ 15 m（行车道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（栏杆）,桥面总宽20.5 m。桥梁两侧各设置0.58 m吊索区。桥梁横断面布置如图2所示。

（1）主塔。主塔为刚构式斜塔结构,材料为C50钢筋混凝土。主塔中部和上部分别设矩形下横梁和上横梁,塔柱由底部到上横梁底为矩形空心截面,纵向5.5～7.7 m,横向5.5 m,塔间横梁以上塔高为50.85 m（57.65 m）,塔柱壁厚0.6 m。

（2）锚碇。两岸锚碇均采用重力式,锚碇基础尺寸顺桥向长30 m,横桥向宽26.7 m。

图1 靖江溪特大桥地锚式悬索桥方案（单位:cm）

图2 靖江溪特大桥地锚式悬索桥方案横断面（单位:cm）

（3）缆系统。本桥主缆采用预制平行钢丝索股。吊索纵向间距10 m,横向间距21.2 m。每一吊点设置一根吊索。

（4）梁。主梁采用钢桁架,主桁架高4 m,横桥向两片主桁架中心距21.2 m,上下平联间距5 m。

（5）基础。主塔承台厚5.0 m,平面尺寸为16.5 m（顺桥向）×44.5 m（横桥向）,下接12根直径2.5 m的桩基础。

（6）施工工艺简述。本方案施工流程:锚碇开挖,主墩基础筑岛或钢围堰施工,同时工厂制作主梁→锚碇混凝土及主塔基础施工→主塔施工→安装散索套临时支承架,吊装塔顶鞍座,安装鞍座临时顶架→架设导索,利用导索架设牵引索,利用牵引索架设猫道承重索,安装猫道及导向滚轮→安装主缆索股→紧缆,安装散索套、索夹及吊索→船运吊装主梁节段→拆除猫道,主缆缠丝,安装其他附件→主桥主体结构施工完毕。

3.2 方案二:（140+390+140）m双塔斜拉桥

本方案主桥结构形式采用双塔三跨式斜拉桥,主桥桥跨布置为（140+390+140）m,总长670 m。主塔采用混凝土A形塔,上塔柱高93.6 m,塔、墩固结,桥梁总体布置如图3所示。

图3 靖江溪特大桥双塔斜拉桥方案（单位:cm）

横桥向桥面采用双向四车道,两侧设置人行道,横断面布置为0.25 m（栏杆）+2.5 m（人行道）+ 15 m（行车道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（栏杆）,桥面总宽20.5 m。桥梁两侧各设置1.3 m拉索区。桥梁横断面布置如图4所示。

图4 靖江溪特大桥双塔斜拉桥方案横断面（单位:cm）

（1）主梁。主梁采用混凝土预应力混凝土边主梁结构,主梁中心梁高2.5 m,顶板厚0.32 m。梁顶全宽23.1 m,主梁间设置横梁,横梁间距5～8 m。

（2）索塔。主塔采用A形塔,钢筋混凝土结构,采用C50混凝土。索塔自索塔横梁顶面以上高度为93.6 m。索塔塔顶顺桥向尺寸7.5 m,横桥向尺寸8 m。索塔截面采用空心箱形薄壁截面,顺桥向尺寸7.5 m,横桥向尺寸5.0 m。塔间横梁顶面距离塔顶42.4 m,采用空心箱形薄壁截面,截面尺寸5.5 m×4.0 m,壁厚0.8 m。

（3）斜拉索。全桥共布置96对（192根）斜拉索,呈扇形布置,最高的一根索在主梁上的锚固点在远塔端,最低的一根拉索布置在近塔端,主梁上主跨标准索距8.0 m,边跨近塔段标准索距8.0 m,远塔段标准索距4.0 m,塔上竖向索距1.5 m,沿塔柱轴线布置。

（4）基础。主墩承台厚6.0 m,平面尺寸为16.5 m（顺桥向）×35.25 m（横桥向）,下接18根直径2.5 m的桩基础。

（5）施工工艺简述。本方案施工流程:完成桩基、承台等下部结构施工→主桥下塔柱及塔横梁的施工→浇筑主梁0#节段→安装塔吊,采用翻模或爬模逐段浇筑主塔混凝土→主塔施工完成后,挂篮悬浇箱梁各节段混凝土,同时安装、张拉主梁各节段对应的斜拉索→完成整个主桥结构的安装与拼装工作→斜拉索索力和桥面标高调整到位→主桥主体结构施工完毕。

3.3 方案三:429 m中承式钢管拱桥

本方案主桥结构形式采用中承式钢管拱桥,计算跨径429 m（净跨径390 m）,桥梁总体布置如图5所示。

图5 靖江溪特大桥中承式拱桥方案（单位:cm）

横桥向桥面采用双向四车道,两侧设置人行道,横断面布置为0.25 m（栏杆）+2.5 m（人行道）+ 15 m（行车道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（栏杆）,桥面总宽20.5 m。桥梁两侧各设置3.05 m吊索区。桥梁横断面布置如图6所示。

图6 靖江溪特大桥中承式拱桥方案横断面（单位:cm）

（1）主拱。拱肋为钢管混凝土桁架结构,主孔跨度为429 m（净跨为390 m）,净矢跨比为1/4.5,拱轴系数为1.45。拱顶截面径向高为6.0 m；拱脚截面径向高为14.0 m,肋宽为4.0 m；每肋为上、下各2根1 320×22（26、30、34）mm,内灌C60混凝土的钢管混凝土弦杆；弦杆通过横联钢管762× 16 mm和竖向两根660×12 mm钢管连接而构成钢管混凝土桁架。吊杆和拱上立柱间距为14.3 m,吊杆处竖向2根腹杆（拱脚段为立柱处径向2根腹杆）间设横隔,加强拱肋横向连接。

（2）桥面梁。桥面梁由两道主纵梁（吊杆处）、三道次纵梁、吊杆处主横梁、吊杆主横梁间设置的四道次横梁组成格子桥面梁；主、次纵横梁均采用工字形截面。格子梁上桥面板采用钢-混凝土组合结构,桥面底面钢板厚8 mm,桥面板总体厚度为14 cm,桥面铺装为5 cm厚的改性沥青混凝土,在水泥混凝土和沥青混凝土间设置防水卷材（纵横梁顶）和防水涂料（格子梁跨中）。

（4）基础。拱座设计为分离式的钢筋混凝土拱座,横向放坡成梯形结构,底宽10 m,顶宽7 m,设计基础置于稳定的、完整的中风化基岩上,当开挖后地质条件发生变化时,应适当处理地基或调整基地标高。

（5）施工工艺简述。本方案施工流程:完成拱座等下部结构施工,同时工厂预制主拱节段→船运吊装主拱钢管拱肋 (包括风撑及主拱肋间横梁),主拱圈合拢并焊接→灌注下、上弦管内混凝土→吊装、安装吊杆及桥面纵、横梁→安装桥面板及人行道板→完成桥面系施工→主桥主体结构施工完毕。

4 靖江溪特大桥桥型方案比选

三个方案在技术上均可行、成熟,综合比选见表1。

综合以上各方面,推荐方案二,即4×30 m T梁+（55+85+390+85+55）m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥方案。

5 结语

本文结合靖江溪特大桥桥址区地形、水文、通航和建设等要求,对其方案构思、跨径选择及桥型方案进行了论证研究,最终确定采用4×30 m T梁+（55+85+390+85+55）m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥方案。该方案景观效果好,施工技术成熟可靠,后期养护费用低,对今后在类似地形条件和水文条件下的桥梁设计有一定的借鉴和参考意义。

表1 桥型方案综合比较表

[1]陈奉民,等.太洪长江大桥建设方案研究 [J].公路交通技术, 2016,32（3）:66-72.

[2]邓绍玉.某国道富春江大桥桥型方案比选研究 [J].山西建筑, 2016,42(17):188-189.

[3]江显昌.闽侯大樟溪新南港大桥桥位和桥型方案比选[J].福建建筑,2016(10):86-91.

[4]尹超,吴志刚.环巢湖旅游大道杭埠河大桥总体设计[J].中国市政工程,2015(5):17-19.

U442.5+4

B

1009-7716（2017）07-0056-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.017

2017-03-17

吴念（1984-）,男,湖北武汉人,工程师,从事桥涵设计工作。