陆港大桥总体设计与技术创新

王 军 ，王 萍 ，任润田 ，王 俊

［1.西安市政设计研究院有限公司，陕西西安710068；2.内蒙古阿拉善盟公路运输维护中心，内蒙古阿拉善盟737300；3.西安水务（集团）规划设计研究院有限公司，陕西西安710082］

1 工程概况

宝鸡市渭河陆港大桥位于宝鸡市陈仓区阳平镇，道路南起现状西宝高速南线，上跨现状南、北河堤路、渭河及连霍高速。道路全长4 317.599 m，桥梁总长1 296 m，其中主桥总长412 m。大桥跨径布置为102 m+208 m+102 m，斜拉桥主塔结构形式为格构柱式钢—混组合塔，该塔型为国内首创[1-2]。

1.1 地质水文条件

桥址区在区域上属渭河河谷区，微地貌单元属渭河河漫滩区，河谷开阔平坦。河床心形滩分布较多，淤积较严重。自上而下主要地层分布为素填土、粉质黏土、中粗砂、卵石、粉质粘土、砾砂。

地下水类型为潜水，受大气降水及渭河上游河流地下水补给，排泄方式为蒸发和向河流下游渗流。

1.2 设计标准

道路等级:城市主干路；设计速度:主路50 km/h；设计荷载等级：城-A 级；地震设防烈度为8 度；地震动峰值加速度0.20g；反应谱特征周期为0.40 s；栏杆荷载：竖向1.2 kN/m；水平向2.5 kN/m。

2 总体设计

2.1 主桥及引桥

主桥跨径布置为102 m+208 m+102 m，全长412 m，为双塔双索面半漂浮体系斜拉桥，立面布置见图1。

图1 主桥总体布置图（单位：m）

引桥在跨越南、北侧堤顶路以及现状连霍高速采用变截面连续梁，跨径采用65 m 大跨跨越。同时为保护渭河河堤，桥墩距渭河河堤内坡脚线不小于5 m。引桥其余段采用30~40 m 跨径的等高连续梁。下部结构采用钻孔灌注桩，板式弧形桥墩。

2.2 主桥断面

主桥横断面布置见图2。

图2 主桥横断面布置图（单位：m）

2.3 支撑体系

主桥主塔处支座采用FPQZ 型摩擦摆球型支座配合智能型粘滞阻尼器安装于主墩处，当地震来临时可通过阻尼元件的塑性性能吸收和耗散地震能量。

主桥边墩支座采用JKQZ 型减震抗拉球型支座，在地震时通过抗拉钢衬板抵抗垂直方向的上拔力，防止桥梁与桥墩脱离。

引桥现浇梁采用超高阻尼隔震橡胶支座，可有效提高结构阻尼比，消耗地震能量。

3 主塔设计

3.1 塔型方案构思

斜拉桥塔型方案设计首先要考虑结构受力需求，同时也要兼顾景观、周边环境和造价等因素。该桥南连吉利汽车以及配套的工业园区、宝鸡高新区科技新城以及综合保税区，北接铁路物流中心，桥位周边工业气息比较浓厚（见图3、表1）。

图3 两种主塔方案效果图

表1 塔型方案比较表

3.2 桥塔设计

桥塔采用格构柱式钢－混组合结构，整体造型为“门”型，由塔柱、塔顶平联、基础组成。塔柱自上而下一次划分为上塔柱、下塔柱。上塔柱及塔顶平联为钢结构，下塔柱为钢筋混凝土结构。

下塔柱高21.5 m，纵横向尺寸为9.3 m×8.4 m，采用单箱单室截面，为增强塔柱的稳定性以及抗震效果，用弧形横梁将两个下塔柱连接起来，同时便于支座的安放。

上塔柱塔高75 m。单侧塔柱由4 个钢箱型钢柱组成，呈镂空状。钢柱横截面尺寸为1.8 m×2.0 m，板厚30~40 mm。钢柱内每隔2 m 左右设置一个横隔板。钢柱各板件均采用板式加劲肋。各钢柱间设置斜撑将其联接成整体，斜撑为“工”字型截面，高0.7 m、宽 0.65 m，见图4、图5。

图4 桥塔立面、侧面及格构柱式塔柱节段三维图（单位：m）

图5 上塔柱节段横断面示意图（单位：m）

塔顶平联采用全钢桁架式横联，平联底端采用弧形门洞造型。平联跨中高11.25 m，端部高25.65 m，端中部采用弧形过度。桁架主受力构件采用矩形截面，高宽均为0.7 m，厚度14~20 mm。横联相交节点间采用“工”字型杆件连接，高0.7 m，宽0.6 m，翼缘16 mm，腹板12 mm。

考虑到渭河河道内有通航要求，故下塔柱采用钢筋混凝土结构，一方面混凝土结构有较强的防撞能力；另一方面其耐久性较好，枯水期施工便利，同时可以降低工程造价。主塔承台尺寸为18 m（长）×18 m（宽）×5 m（高），下设 13 根直径 2.0 m 钻孔灌注桩基础，桩长50 m。

4 主梁

主梁采用正交异性板流线型扁平整幅钢箱梁，由顶、底板、锚腹板、中、边腹板、U 型加劲肋、横隔板、人行道板封闭而成。箱梁内腔被纵横隔板分割。主梁采用双边箱主梁，中心线处梁高3 m，顶板分别向两侧按照1.5%的横坡降低且底板保持水平。标准断面顶板全宽37 m，底板水平段宽25.4 m，两侧斜底板各宽5.8 m，倾斜底板与水平底板之间夹角为17°。该型断面横好的解决了宽幅桥面抗风稳定性的问题，显著提高了主梁的涡振风速和颤振临界风速（见图6）。

图6 主桥横断面布置图（单位：m）

主梁顶、底板厚采用16 mm（正常区域）和20 mm（支座区和主塔区）两种板厚；顶、底板在车行道区域采用采用8 mm U 形肋；斜底板厚16 mm，在人行道范围内采用高140 mm、厚12 mm 的板肋。

锚腹板厚24 mm，其纵向加劲肋采用18 mm 厚，高度200 mm 钢板，腹板两侧均设置，每个锚腹板设置2~3 道；其竖向加劲肋采用20 mm 厚钢板。锚腹板及其纵向加劲肋全桥贯通。

为增强箱梁的断面的抗扭刚度、横向刚度，限制其横向弯曲变形和畸变的发生，并保证正交异性桥面及纵横向加劲肋的应力和变形在合理范围内，设计在箱梁内间距3 m 设置一道横隔板，塔区、中支点、边支点附近适当加密。

主梁经过塔区时，顶板和底板进行开洞处理，8个塔柱从主梁顶底板中穿过，塔梁分离。一个塔柱开洞大小为1.964 m（横桥向）×2.352 m（纵桥向）。

5 斜拉索

全桥共设64 根拉索，两边跨布置32 根，中跨布置32 根。边、中跨在桥面纵向拉索间距均为12 m，在桥塔上竖向间距均为5 m。桥梁横向拉索间距为30.8 m。斜拉索与主梁的夹角为31.7°～64.6°。

本桥斜拉索采用平行钢绞线拉索体系，标准强度1 860 MPa。采用直径为φs=15.20 mm 镀锌或环氧涂层钢绞线。

6 关键技术与技术创新

6.1 格构柱式钢—混组合塔

上下塔柱连接处采用插入式钢—混连接，即上塔柱4 个格构塔柱伸入下塔柱混凝土内4.5 m，伸入部分钢塔柱内外侧均设置PBL 剪力连接件，保证上下塔柱紧密连接。

上塔柱为钢结构，创新地采用格构柱式造型，通透感强。连接两个上塔柱的塔顶平联采用钢桁架杆件，整个结构轻盈通透。

上塔柱及平联部分可工厂预制，现场拼装，极大节约了施工工期，同时能保证加工质量及桥塔的景观效果。工厂加工时合理划分塔柱节段，分段预制、分段吊装，很好的解决了现场运输和吊装的问题。另外平联施工采取了整体预制，整体提升方案，也极大的加快了施工速度同时降低了施工风险。

6.2 格构柱式钢塔锚固系统

斜拉桥中锚固系统是整个设计过程中难点和重点。由于主塔较高，斜拉索在梁端为张拉端，塔端为锚固段。本桥设计采用钢锚梁与钢锚箱共同组成锚固系统。钢锚梁置于两个箱型塔柱之间，钢锚箱则置于塔柱内，均采用焊接连接。

钢锚梁为箱形结构，由锚垫板、锚板、锚下加劲板、顶、底板、侧板、箱形拉板、横隔板等组成。每对斜拉索的水平力由钢锚梁承受，竖向分力通过钢锚梁传递给塔柱。

钢锚箱主要有两个传递剪力的“u”型板和与其垂直的支撑板构成（见图7）。

图7 桥塔锚固系统三维图

7 结 语

陆港大桥（见图8）在设计过程中，依据桥塔的受力特点采用了钢—混组合结构塔柱，充分考虑了结构的美观性以及经济性，发挥了钢材和混凝土材料的最优性能。同时解决了格构式塔柱斜拉索的锚固问题；该塔型及锚固系统系统均已获得国家发明专利。

图8 陆港大桥

大桥于2019 年12 月底建成通车，运营良好。成桥荷载实验各项数据符合规范要求，成桥线形与设计数值吻合良好。该桥已经成为宝鸡市渭河上标志性建筑。大桥在设计过程中取得的创新成果，可为今后类似桥梁工程的建设提供借鉴与参考。