南宁英华大桥主桥设计

林智敏，刘振宇，陈小平

（1.成都大学，四川 成都 610106；2.四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川 成都 610041）

1 概述

南宁英华大桥位于南宁市区，起于江南区凤亭路，向东跨越邕江连接至青秀区柳沙半岛。该桥的建设对与加强两个片区的联系，拓展城市空间具有十分重要的意义。

英华大桥主线全长1018m，包含跨江主桥及南北引桥，按照城市主干路标准设计，设计速度60 km/h。桥面宽37.7 m，双向6车道，两侧设非机动车道及人行道[1]。

大桥位于西江航运干线郁江南宁至贵港段，现状航道等级为Ⅲ级，但规划等级为Ⅱ级，且远期预留通航3 000 t级船舶通行条件。根据通航论证建议，本桥主跨跨径应不小于300 m，若条件允许，尽量加大跨径，一跨过江。结合规划规划、景观要求、施工难度等因素，主桥最终采用跨度布置为45 m+410 m+45 m的三跨钢箱梁单主缆悬索桥（见图1），吊索仅设置于中跨，边跨用于压重及增加体系抗扭性能[2]。

图1 南宁英华大桥主桥布置图（单位：m）

本桥主要有以下特点：

（1）桥梁为单主缆结构。

（2）主塔为曲面桥塔，采用广西出土文物“羊角钮编钟”作为造型元素，具有典型的民族特色。

（3）采用新型的散索套，在大幅节约工程造价的同时，有效解决了传统散索套索股不稳定及难以架设的技术难题。

2 缆索系统设计

2.1 主缆设计

全桥仅设1根主缆，主缆矢跨比1/9[3]。主缆采用预制平行高强钢丝索股结构（PWS），每根主缆由97股索股构成，每股索股由127丝5.1 mm镀锌高强钢丝组成，钢丝标准抗拉强度为1 670 MPa，在主要荷载组合作用下，主缆强度安全系数按照2.5设计。主缆一般（索夹内）断面孔隙率按照20%（18%）设计，挤圆后直径为625（617）mm。主缆索股两端设热铸锚头，锚杯内浇铸锌铜合金。

2.2 吊索及索夹设计

全桥共布置40对吊索，吊索标准间距10 m。为增加全桥的抗扭性能，两侧近塔位置4对吊索均采用人字形吊索，即吊索上部锚固位置居中，在梁上锚固位置位于两侧，其余位置吊索均竖直布置，在梁上锚固于主梁中央[4]。

吊索均采用预制平行钢丝束结构，强度安全系数按照3.0设计，吊索均采用91丝，钢丝直径7.0 mm，标准抗强度1 670 MPa。吊索与索夹为耳板叉耳销接式，与钢箱梁为销铰式连接，销铰接头带有自润滑轴承，以减小吊索的弯折。

吊索两端锚头采用叉形冷铸锚。锚头由锚杯与叉形耳板构成，叉形耳板与锚杯通过螺纹连接，设置调节套筒，套筒的连接杆的螺纹各设有±120 mm的调节量，用以消除制造、架设引起的吊索长度误差。锚杯口设有氯丁橡胶浇制的密封防水和缓冲装置，以改善吊索的弯折疲劳性能。

索夹均采用上下对合的结构形式[5]，上、下两半索夹用螺杆相连并夹紧于主缆上，接缝处嵌填橡胶防水条防水。值得一提的是在对应斜吊索位置，采用了带两块斜置板的耳板分叉式索夹。索夹均ZG20SiMn低合金钢铸造，其中有吊索索夹设计壁厚为40 mm，无吊索索夹的设计壁厚为35 mm。

2.3 主索鞍设计

主索鞍长度为5.17m,内部鞍槽总宽度为678mm（见图2）。主索鞍鞍体采用ZG270-500，为方便安装，鞍体分两段铸造，现场通过螺栓连接。鞍体下设不锈钢板一聚四氟乙烯板滑动副，以适应施工中的相对移动。为增加主缆与鞍槽间的摩阻力，并方便索股定位，鞍槽内设竖向隔板。在索股全部就位并调股后，在顶部用锌块填平，再将鞍槽侧壁用螺栓夹紧。

图2 主索鞍结构（单位：mm）

塔顶设有格栅底座，以安装主索鞍。格栅要求表面平整，与塔顶构成一体并具有足够的竖向弯曲刚度，故采用纵横向垂直的格构形式。索鞍采用全铸造结构，与塔顶钢板焊接。格栅悬出塔顶以外,以便安置控制鞍体移动的千斤顶，鞍体就位后将格栅的悬出部分割除。

因桥塔在恒载作用下压缩量为28 mm，为保证主缆在成桥状态达到设计标高位置，在格栅设计中考虑对该变形量的补偿。

2.4 散索套设计

传统悬索桥一般采用散索鞍，鞍体竖直方向只具有向下的发散结构，索股在竖直方向的分力始终向下。安装过程中，这个下压力保持索股的稳定，同时由于没有向上的分力，索股安装方便，结构简单。但为了保持整个索股均向下发散，主缆在锚碇位置需下转，使得整个锚固面偏下，造成锚碇开挖量大，锚体体积大，工程造价昂贵。

为减小工程规模，本桥采用散索套散开主缆。一般的散索套构造基本可定义为带喇叭口的索夹，构造简单，但主要存在两个问题：一是主缆索股在散索套中较凌乱，二是架设过程中向上发散的索股安装困难[6]。本桥散索套采用了全新的形式，有效解决了上述问题。

本桥散索套由套体和压紧梁组成,总长3.4 m（见图3）。以散索套中轴线为中心，主缆对称向四周散开。在散索套套体内布置隔片，隔片在高度方向进行分层，分层间用焊接和栓接进行连接。通过设置隔片，使得索股可整形后进入对应位置，避免了索股凌乱的问题。为了限制安装时索股的上移，在隔板前端开孔，索股单根就位后即安装定位销。索股安装完成后，在顶部设置压紧梁，压紧梁和套体间采用M20螺栓压紧。为减小散索套套体横向受力，在散索套外壁之间设置6对M42横向拉杆。

图3 散索套结构（单位：mm）

2.5 主缆锚固系统设计

与常用的预应力后锚系统不同，为增加结构耐久性并且方便施工，锚碇采用钢拉杆锚固系统，锚固方式为无粘接后锚承压式[7]。

锚固系统由索股锚固连接构造和钢拉杆锚固构造组成。索股锚固连接构造由连接拉杆组件、连接器组成；锚固构造由锚固钢拉杆、后端锚固承压板、前端转换螺母等构成。索股锚固连接构造上端与索股锚头相连接，另一端与锚固钢拉杆连接。

索股锚固连接构造均为单索股锚固单元。单索股锚固单元由2根连接拉杆和单索股连接器构成，每根主缆共有91个单索股锚固单元。

拉杆采用40CrNiMoA，连接拉杆直径为75 mm，锚固拉杆直径为85 mm。锚固拉杆分两段制造，通过止转连接器连接。锚固拉杆采用金属铝涂层+防腐油脂+热缩护管的防腐体系。拉杆方向均与其对应的索股方向一致，拉杆方向误差用球面螺母予以调整。

3 桥塔及基础设计

主塔基础采用桩基承台基础。承台底部平面尺寸为16.6 m×16.6 m，高度为5.5 m。每个承台底面设9根2.5 m的桩基础，桩基中心间距6.25 m。桩基均按嵌岩桩设计。

索塔为“羊角编钟”造型，高100 m。塔柱在纵向由两个1/4圆形截面逐步合并为1个半圆截面。塔柱底部横桥向高度为5.7 m，顺桥向宽度为11.3 m，以圆弧的方式向塔顶渐变为横桥向宽3.625 m，顺桥桥向宽7.249 m。

主塔根部以上16 m均为预应力混凝土塔柱，其余部分均为钢塔柱。混凝土塔柱采用空心截面，壁厚0.9 m，在塔柱四周均设置预应力钢束，共计10束，每束钢束由21根 øs15.2 mm高强低松弛预应力钢绞线组成。

为保证钢塔柱与混凝土塔柱之间的连接过渡段应力均匀、有效过渡，构造设计上遵从多次应力扩散的设计原则。内部灌注混凝土的局部空间，同时作为施加预应力的承压柱,以保证钢混凝土接合面始终处于受压状态[8]，见图4。

图4 钢混连接构造图（单位：mm）

钢塔柱采用Q370D钢，节段均采用焊接接头。塔柱面板厚48 mm，加劲肋尺寸为30 mm×360 mm，面板加劲肋最大间距为790 mm。钢塔内横隔板间距为3 m，节段间横隔板间距为1.5 m。普通横隔板厚度均为16 mm,横隔板高度900 mm，端头设置T形加劲构造。

索鞍下方节段采用塔柱+横梁的形式。横梁高度5 m，横梁内部设置纵横交错的隔板承受上方巨大的缆力。横桥向竖直隔板厚度为30 mm，间距725 mm，纵桥向竖直隔板厚度为30 mm间距由606 mm渐变至2 640 mm。该节段最顶上设置70 mm钢板作为承压板[9]。

4 加劲梁设计

主梁采用单箱四室扁平流线型全焊钢箱梁，全宽37.7 m，中心高3.5 m（外轮廓）。钢箱梁顶板厚16 mm、上斜腹板14 mm，底板、下斜腹板厚12 mm，见图 5。

图5 1/2钢箱梁标准节段截面（单位：mm）

钢箱梁顶板在机动车道、非机动车道区域采用U肋进行纵向加劲，U肋上口宽300 mm，底宽170 mm，高280 mm，板厚 8 mm，间距 600 mm。钢箱梁在上斜腹板设置板式加劲肋，高190 mm，板厚16 mm。钢箱梁顶板在人行道区域，以及钢箱梁底板、下斜腹板采用板式加劲肋进行纵向加劲，加劲肋高140 mm，板厚12 mm，间距350 mm。

钢箱梁内，每隔2～3.33 m设置一道横隔板。普通横隔板板厚10 mm，支座处横隔板板厚16 mm；吊点横隔板出于受力需要，分区域采用了12～60 mm的板厚。除端头横隔板外，其余横隔板均采用双面加劲。

钢箱梁设置3道通长纵隔板。中间纵隔板厚度为14 mm，在直吊点位置纵隔板厚度加厚为20 mm。两侧的边纵隔板厚度为18 mm,为适应顶推的需要，下端设置马蹄形加劲肋，肋厚16 mm，加劲肋侧面与底板纵肋焊接，加劲肋底面要求与箱梁底板磨光顶紧[10]。纵隔板均采用双面加劲。

钢箱梁采用Q345C钢，节段连接采用全焊方式。

5 锚碇设计

本桥两岸锚碇均为重力式锚碇，基底持力层均为中风化泥岩，锚碇整体抗滑移及抗倾覆系数均大于2.0。由于本桥为单主缆结构，因此两岸均只在引桥正下方设1个锚碇。

锚碇基础均采用扩大基础，为便于锚碇基坑开挖支护，基础采用圆形，直径为57 m，高度10 m，基础共分四块进行浇筑，各部分之间设置2 m宽后浇带，后浇段采用微膨胀混凝土。为减小水化热，基础采用空心结构，设置28个空腔，内部填充砂卵石压重。锚体长度47.89 m，前端宽度6 m，后端宽度24.8 m，散索套距离前锚面22 m，前锚面距离后锚面20 m。

为保证锚碇的防水性能，所有地面以下部分均采用防渗混凝土，防渗等级P8。此外，锚碇外表面均设置防水层，各施工缝间均设置止水带。

6 结语

南宁英华大桥结合当地的历史文化特点，设计了极具民族特色的羊角钮编钟形状的桥塔，采用了双塔单索面悬索桥的桥型，结构形式新颖。在设计工程中，依据桥梁本身的结构特点采用了曲面钢桥塔、带隔片的散索套、主缆钢拉杆锚固等创新设计，可为类似桥梁提供借鉴。该桥于2012年12月开工建设，于2014年12月建成通车。