藤县西江二桥南主桥总体设计分析

陈鑫　欧阳平　刘梦麟

摘要：藤县西江二桥南主桥为（50+100+450+100+50） m双塔双索面混合梁飘浮体系斜拉桥，整体造型美观，受力合理，主梁采用混合梁设计，中跨主梁采用创新的钢-HUPC轻型组合梁，边跨主梁采用混凝土梁。文章介绍了该桥的总体设计思路、桥型方案和主要结构设计方案，为类似工程的设计和决策提供技术参考。

关键词：混合梁斜拉桥;总体设计;型钢-UHPC组合桥面结构

中国分类号：U442文献标识码：A

0 引言

藤县西江二桥南主桥为主跨450 m双塔双索面斜拉桥，斜拉桥主梁采用混合梁设计，中跨主梁采用钢-HUPC轻型组合梁，边跨主梁采用π形混凝土梁。中跨组合梁桥面板采用创新的型钢-UHPC组合桥面结构，是国内采用该类型桥面结构最大跨度的斜拉桥，与传统组合梁相比大大减轻了主梁自重，节约了工程造价。本文将结合大桥的总体设计特点，重点介绍其在桥型方案选择、主要结构方案方面的设计思路，以便为类似斜拉桥的设计和决策提供有益的参考。

1 工程概况

藤县西江二桥位于梧州市藤县藤州镇境内，距现有藤县西江大桥约6 km，由南桥、北桥组成。其中，南主桥的跨径布置为（50+100+450+100+50） m，全长750 m，为双塔双索面半漂浮体系混合梁斜拉桥。桥梁采用一级公路标准设计，并兼顾市政桥梁的功能，设计荷载采用公路-Ⅰ级，通航标准满足内河Ⅰ级航道单孔双向通航的要求。

2 主要建设条件

2.1 地形地貌

西江二桥桥位处属剥蚀丘陵及河谷地貌，地形起伏较大，地面高程為18～140 m，相对高差约为122 m。河床呈开阔的U字形，桥梁横跨西江（浔江段）及洲岛。洲岛岛长约4.0 km，宽约800 m，岛上地面高程约22～36 m。洲岛将浔江分为南、北两条河道。南、北两岸岸坡均较陡，南岸坡角为45°～70°，北岸坡角为50°～90°。

2.2 通航条件

洲岛将天然河道分为南、北两汊。其中，规划航道由南汊通过，南汊江面宽约680 m，水深约9～12 m，天然河槽较宽，整个河槽均是优良的通航水域。目前，南桥所在的南汊航道规划为Ⅰ级航道，通航3 000吨级船舶，单孔双向通航净宽为400 m，净高为13 m。

2.3 工程地质

桥址南岸的覆盖层以粉质黏土为主，厚约3 m;洲岛岸覆盖层以粉质黏土和粉土为主，厚约16 m;江中覆盖层较薄，局部没有覆盖层。南桥基岩为砂岩，强风化层最大揭示厚度为39 m。中风化层风化不均匀，局部夹强风化，岩石裂隙发育-稍发育，裂隙面铁质浸染，局部可见方解石脉穿插，岩体较破碎-完整，岩芯多呈短-中柱状，少量碎块状，采取率中等-高。

2.4 地震烈度

桥梁建设区域的地震基本烈度为Ⅵ度，基本地震动峰值加速度0.05 g，地震动加速度反应谱特征周期为0.35 s。

2.5 基本风速

广西壮族自治区梧州市的基本风速为26.3 m/s。根据桥位地表类别（C类）得到桥位处设计基本风速为20.65 m/s。

2.6 其他

项目水上运输条件较好，桥址位于西江上游，目前可通航2 000吨级船舶，水运便利。项目陆运条件一般，项目南岸有机耕路可到达桥址。

3 桥位方案设计

根据城市规划，藤县西江二桥在洲岛岛头附近跨越浔江，桥位正好位于浔江分流口处。根据《内河通航标准》，水上过河建筑选址应避开分流口，且避开距离不得小于顶推船队长度的4倍，当桥梁选址不满足避开距离时，应加大水上过河建筑物通航孔跨度或采取一孔跨过通航水域的方案。考虑到如果在原规划桥位建设桥梁，不但项目难以连接洲岛地面道路，主桥跨径和建设投资也将大幅增加。因此，藤县西江二桥桥位调整至岛头下游约900 m处，在满足规范要求避让距离的前提下，尽量贴近原规划桥位，更好地与规划引道相衔接。选位示意图见图1。

4 桥型方案设计

4.1 总体思路

藤县西江二桥南主桥总体设计需要综合考虑桥位处通航、行洪、防撞、地质等条件。桥梁主跨跨度主要由桥区航道的通航要求决定，大桥需要跨越洲岛南汊主航道。洲岛南汊天然河槽较宽阔，整个河槽均是优良的通航水域。根据通航要求，南桥的净空尺度按Ⅰ级航道标准控制，桥梁通航净宽为400 m，净高为13 m。结合上述通航要求，并综合考虑预留桥墩承台及防撞设施等宽度后，通航孔跨跨径≥450 m。该跨度下的适用桥型有悬索桥、斜拉桥和拱桥[1]。就拱桥而言，由于江面宽约680 m，拱桥的拱座基础均落在水中，河槽水深较深，有推力拱桥的拱座基础造价较高，施工难度大;无推力系杆拱桥方案的跨径也已超过其经济跨径。因此，拱桥方案在本桥建设条件下并不合理。就悬索桥而言，450 m跨径较小，不是其经济跨径，且两岸中风化岩层的岩面较深，不利于两岸锚碇的设计和施工。因此，悬索桥方案在本桥建设条件下也不合理。对于斜拉桥方案，450 m是双塔斜拉桥的常规跨径，也是经济跨径。斜拉桥450 m主跨基本跨越了洲岛南汊主要的河槽水域。

对于边跨和主跨采用同一种梁型的常规斜拉桥，其边中跨比在0.4～0.5之间，岸上边跨长度较长，主桥规模相对较大;而边跨和主跨采用不同梁型的混合梁斜拉桥，其边中跨比在0.3～0.45之间，可以缩减边跨长度，降低主桥规模和工程造价。

4.2 主梁方案及边跨布置

就斜拉桥主梁形式而言，目前跨度在400 m以下的斜拉桥主要以预应力混凝土梁为主，跨度400～500 m之间以预应力混凝土梁和钢-混组合梁两种主梁形式为主，跨度>500 m以钢-混组合梁和钢箱梁为主。450～590 m为钢-混组合梁斜拉桥的经济跨径，和钢箱梁相比，组合梁形式在一定程度上会增加主梁自重，但混凝土桥面板是优秀的承压结构，可以和钢梁共同承担主梁轴力，且其增加了主梁的整体刚度及桥面板局部刚度，同时避免了钢桥面铺装带来的风险;而和混凝土梁相比，虽然采用钢-混组合梁方案比预应力混凝土梁方案略贵，但钢-混组合梁具有利于控制施工质量、施工工期较短、施工风险较低等优点。