杨湾河特大桥总体设计

李邦映

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 合肥市 230088; 2.公路交通节能与环保技术及装备交通运输行业研发中心 合肥市 230088)

1 工程概况

杨湾河特大桥是G347安九二期望江至宿松段一级公路上的一座特大桥，是项目的主要控制性工程之一，在杨湾闸下游240m处跨越杨湾河，距入江口1.2km。

桥位处地貌单元为冲击平原，微地貌单元为河流和冲沟，河流堤岸间距197m，桥位周边现为村庄、农田。桥位区范围内无活动断裂和新构造活动痕迹，地质构造条件稳定；场地各土层分布较稳定，岩面起伏较小，均匀性较好，特殊性岩土主要有填土和软土，软土深度达到3～8m，基岩为中风化泥质砂岩，埋深50～63m。

2 主要技术标准

(1)道路等级：双向四车道一级公路。

(2)设计车速：80km/h。

(3)汽车荷载：公路-I级[1]。

(4)设计基准期：100年。

(5)桥面宽度：27.0m。

(6)通航等级：Ⅶ级，最高和最低通航水位分别为16.31m和4.80m，通航净高不小于4.5m。

(7)基本地震动峰值加速度：0.05g，抗震设防烈度为Ⅵ度。

(8)环境类别：Ⅰ类。

3 总体设计

3.1 方案构思

防洪和通航两方面的要求基本决定了杨湾河特大桥主跨跨径。防洪方面，项目处于长江华阳河蓄滞洪区内，杨湾河为兴建杨湾闸时开挖的新河，河槽窄深，连接长江，河道两侧堤防均为同马大堤，堤后设30m宽压浸台，桥梁建设不得影响堤防安全，河道内侧无法设置桥墩，需要一孔跨越。通航方面，杨湾河航道规划等级为Ⅶ级，在现有杨湾闸附近存在规划船闸，规划引航道位于堤防外侧，桥跨布置时既要避让主航道，也需要预留引航道位置。为满足防洪和通航要求，根据现场地形并考虑承台尺寸和施工需求，主跨跨径不小于362m，实际取为365m，一孔跨越河道和压浸台。

桥梁方案的经济性在该项目中要求较高，同时桥位周边人口较为密集，对景观有一定要求，通过方案比选，考虑造价、施工、运营养护等因素，并征得各方同意后，最终选择经济合理、简洁美观、易于施工、便于养护的混凝土斜拉桥。

由于边跨位于河道外，边跨跨径的考虑因素主要是结构受力平衡和造价经济，边跨采用160m跨径，边、中跨比为0.4384，在两侧边跨分别设置一座辅助墩，以增加桥梁的整体刚度。

经进一步研究后，杨湾河特大桥推荐采用(60+100+365+100+60)m混凝土斜拉桥，见图1和图2。

3.2 主梁

图1 桥型布置图(单位：m)

图2 桥梁效果图

相比箱形断面，肋板式截面虽然抗弯和抗扭刚度比较低，但构造较为简单，施工较为方便，工期能够缩短[1]，因此主梁采用肋板式截面，见图3，全宽27.5m，与跨径之比达1/13.32；主梁外边缘处高2.4m，与跨径之比达1/152.08；顶板厚度为0.3m，设置了双向2%横坡。标准段主纵梁单侧底宽2m，为增加主梁横桥向刚度、降低顺桥向开裂的几率，在顶板中间增设了一道小纵梁。边跨现浇段主梁由于压重需要，为避免加宽主纵梁或采用板式结构，采用双边箱截面。

主梁普通节段长度均为8m，采取悬浇方式施工；72.7m长边跨和0#、1#块均采用支架现浇。考虑到斜拉桥挂篮悬浇施工的空间需求，中跨合龙段比边跨合龙段长1m，长度达到3m，采用吊架现浇施工。

图3 主梁肋板式截面图(单位：cm)

横梁与斜拉索基本对应，标准间距均采用8m，按照马蹄型截面设计，横梁最小厚度达0.4m。在主梁边跨现浇段，为对应斜拉索布置和增加压重，横梁间距调整为5.2m，腹板厚变为0.5m。主塔牛腿和各墩位置对应横梁宽度均采用2.4m。

主梁采用C55混凝土。

3.3 主塔

主塔立面造型采用花瓶式，总高110m，上塔柱高59m，保持竖直；中、下塔柱高分别为39m和12m，斜率均为1∶0.0962，为了节约造价、利于施工、缩短工期、便于维护，主塔采用了箱形截面，斜拉索在塔端采用侧壁方式锚固。主塔立面图见图4。

上塔柱顺、横桥向宽度分别为7m和4m，塔壁厚度分别为1.2m和0.8m，截面四周设0.5m×0.5m倒角。中、下塔柱均按照变截面设计，中塔柱在顺桥向由上而下从7m线性加宽到8.5m，横桥向保持4m宽不变，塔壁厚度与上塔柱相同；下塔柱在顺桥向由上而下从8.5m线性加宽到10m，横桥向由4m线性加宽到7m，塔壁厚度在顺桥向由1.2m加大到1.6m，在横桥向由0.8m加大到1.2m。塔底设2m厚基座。

中、上塔柱过渡位置附近设置了上横梁，箱形截面，截面高、宽和箱室壁厚分别采用5m、5.4m和0.8m。由于下塔柱较矮，为减小温度效应的影响，不设下横梁，通过设置牛腿安放竖向支座和阻尼，牛腿横桥向长4.115m，顺桥向宽4m，端部高4m、根部高5.5m。

主塔每根塔柱下设顺桥向宽22.95m、横桥向宽16.7m、高6m的矩形承台，承台之间设置宽7m的系梁，单座主塔下共设置了26根直径2.5m的摩擦桩。

图4 主塔立面图(单位：cm)

塔柱和承台、桩基分别采用C50、C35和C30水下混凝土。

3.4 斜拉索

斜拉索按照扇形进行布置，横向双索面，在主梁上的间距从主跨到边跨分别采用8m和5.2m，在主塔上的间距由下到上分别采用2m和1.5m，锚固在主梁底部和主塔内壁混凝土齿块上。

斜拉索采用公称直径15.2mm、标准强度1860MPa的单丝涂覆环氧涂层钢绞线。斜拉索在单塔、单索面处共22对，全桥共88对，型号有31、34、37、43、55、61、73七种。

通过对全桥斜拉索自振频率的计算，在主梁位置均设置了阻尼减振装置。

3.5 辅助墩、过渡墩

辅助墩为分离式矩形柱式墩，墩柱横桥向中心间距为21m，截面宽度在顺、横桥向分别为3m和2.8m。辅助墩基础采用宽8.5m正方形承台，厚度达到3m，单座桥墩下设置了4根直径2m的摩擦桩。

过渡墩采用柱式墩，横桥向共设置四根矩形墩柱，中心间距采用6.6m，顺、横桥向分别宽2.4m和2.2m，为平衡受力，墩柱中心向主桥侧偏0.35m，为便于与引桥上部结构顺接过渡，盖梁顶部设置了L型阶梯。过渡墩基础采用顺、横桥向分别宽8.5m和23.5m、高3m的哑铃型承台，单个承台下设置了8根直径2m的摩擦桩。

4 结构计算

斜拉桥的整体计算通过建立有限元空间模型进行，见图5。梁、塔和斜拉索分别采用空间梁单元和只受拉索单元进行模拟，斜拉索通过刚性连接或共节点分别与梁、塔固定。总体设计中要求采用先塔后梁的施工方案，计算模型中模拟了主要施工步骤。

图5 整体计算有限元模型

4.1 主要参数

桥梁整体计算严格按照设计标准进行，除了计入结构重力、预应力、斜拉索张拉力、混凝土收缩徐变和公路-I级汽车荷载外，还包括了以下主要作用[2-4]：

(1)均匀温度：桥位处最高、最低有效温度标准值分别为34℃、-3℃，合龙温度按照18℃±3℃考虑，体系升温取19℃，体系降温取-24℃。

(2)主梁梯度温度：桥面沥青混凝土铺装层厚度为12cm，主梁正温差采用非线性梯度温度14℃、5.5℃、0℃，反温差取正温差的-0.5[1]。

(3)斜拉索与塔、梁之间的温差作用：±10℃。

(4)塔梯度温度：±5℃。

(5)基础竖向变位：塔处按照0.02m确定，其他桥墩处按照0.01m确定。

(6)风荷载：1/100和1/10基本风速分别为27.1m/s和20.2m/s；参与汽车荷载组合时的桥面高度处风速为25m/s。

4.2 持久状况下，斜拉桥主要计算结果

(1)主塔在频遇组合下全截面受压，塔底和中、下塔柱过渡位置最小压应力分别为2.2MPa和0.9MPa，塔身混凝土不会开裂。

(2)主梁在频遇组合下完全受压，压应力最小达到0.7MPa，主拉应力最大仅为0.24MPa，主梁正截面和斜截面均不会产生裂缝。主梁在标准值组合下，截面上、下缘压应力最大分别达到16.5MPa和17.4MPa，主压应力最大达到17.5MPa。

(3)主、边跨侧斜拉索最大应力分别为735MPa和726MPa，安全系数最小为2.53；应力幅分别达到82MPa和77MPa，低于允许值。

(4)在不计冲击力的汽车荷载作用下的主梁计算挠度为212mm，远小于主跨跨径的1/500即730mm。

(5)整体稳定性

考虑汽车荷载、风荷载和结构重力等组合后的第一类稳定安全系数最小为6.48，超过4。

(6)抗震性能

分别采用多振型反应谱法和非线性时程法进行斜拉桥抗震分析，主塔、支座、阻尼等构件均能达到A类桥梁抗震设防目标，在E1地震作用下不发生损伤，在E2地震作用下可产生轻微损伤、不需修复或简单修复。

综上所述，斜拉桥受力符合规范[4-6]要求。

5 结语

为满足防汛安全和航道规划的需要，并充分考虑降低工程造价、减少施工难度和易于维护等方面，G347安九二期望江至宿松段一级公路杨湾河特大桥采用(60+100+365+100+60)m混凝土斜拉桥，半漂浮体系，结构简洁美观，桥梁跨径在同类型斜拉桥中位居前列，技术上有一定复杂性，可供类似项目参考。

杨湾河特大桥作为项目的主要控制性工程之一，其快速推进将有利于促进沿线地区经济快速发展等目标的顺利实现，建成后作为当地东西向交通的重要门户，将成为当地标志性建筑。