齊 新，陸宏偉，秘志輝，鄒德義

（上海市政工程設計研究總院，上海市 200092）

1 概述

無錫市清寧大橋是次干路清名路跨越京杭大運河的節(jié)點。工程位于無錫市區(qū)南長區(qū)內(nèi)，向西通往居住區(qū)蠡湖新城，向東為中心城區(qū)。該工程項目的建設將對溝通無錫市中心區(qū)及住宅區(qū)湖濱區(qū)、促進無錫市經(jīng)濟的發(fā)展、溝通運河，加快區(qū)域物資流通、完善區(qū)域干道路網(wǎng)具有十分重要的作用。

主橋為矮塔斜拉橋，橋長251 m，引橋為預應力混凝土連續(xù)梁橋。該橋2007年1月開工建設，2007年12月28日竣工通車。

2 橋型選擇

橋位西面為濱河綠地，東面多為6層以下的住宅，周圍視野比較開闊。北面距離大約600 m處是金匱橋，該橋為上承式拱橋；南面距離約650 m處是金城大橋，該橋為一座105m主跨的預應力混凝土連續(xù)梁橋（見圖1）。

考慮到南、北附近的金城大橋和金匱橋橋面以上均無建筑結(jié)構(gòu)，視覺效果比較平淡。結(jié)合清名路跨越運河處地勢和建筑環(huán)境，認為這里需要視覺上的亮點。另外，道路布置要求在運河兩側(cè)很快落地，以方便布置匝道與運河西路、運河東路溝通。因此需要盡量選用主梁結(jié)構(gòu)高度較低的橋梁結(jié)構(gòu)形式。此外，施工方法上要求施工時河中不能搭設臨時支敦，以減少對繁忙的運河航道的影響。

綜合考慮上述諸多因素，從結(jié)構(gòu)性能、造價、景觀、施工難易程度等方面考慮，矮塔斜拉橋是很適合的橋型。矮塔斜拉橋在橋型上避免了與橋址附近現(xiàn)有橋梁形式相重復，在無錫市政橋梁還是首次采用。

3 景觀創(chuàng)意

相對較低的主塔沒有壓抑感，增加親切感，與周圍建筑不會產(chǎn)生視覺沖突，易于周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)一致[1]。集中錨固于主塔頂部的拉索，更是給人以蒼勁有力的感覺。此外，本橋采用橋面中央布置的單索面矮塔斜拉橋，使得橋梁整體看起來更加簡潔、大方。橋塔立面上強調(diào)線條優(yōu)美流暢，斷面上凸顯層次變化，展現(xiàn)橋塔的雕塑感，立體層次設計構(gòu)成了豐富的折面效果。橋塔在陽光照射下通過光影變化展現(xiàn)豐富的形態(tài)，如同一座精致、優(yōu)雅的現(xiàn)代派雕塑作品。在梁的設計中，采用大懸臂上翼緣配合外側(cè)斜腹板，梁的正立面形態(tài)為較為平緩的曲線型，與塔型配合更加完美，橋型舒展柔和。

4 橋梁布置

清寧大橋主橋為雙塔矮塔斜拉橋，跨徑組合為（69+113+69）m，主跨跨越運河，橋址處河面寬度約為100 m。邊跨分別跨越運河西路和運河東路。運河西路和運河東路均要求滿足4.5 m凈空高度。總體布置、主橋主墩處橫斷面、主橋跨中橫斷面分別見圖2～圖4。

5 橋梁設計技術(shù)標準

（1）設計車速：40 km/h。

（2）荷載等級：城－A級。

（3）設計安全等級：一級。

（4）凈空高度：運河西路、東路和清名路凈空不小于4.5 m。

（5）橋面寬度：主橋橫斷面為雙向四車道，兩側(cè)各加3.5 m非機動車道和2.5 m人行道。

（6）橋面縱坡與橫坡：橋梁西側(cè)縱坡3%，東側(cè)縱坡4%，豎曲線半徑2500 m。橋面設雙向橫坡，均為2%。橋上人行道反向橫坡1%。

（7）結(jié)構(gòu)抗震標準：工程場地土類別為Ⅲ類。地震動峰值加速度0.05 g。

（8）航道標準：京杭大運河為三級航道，設計通航水位2.81 m，梁底標高不小于9.81 m，通航孔底寬90 m，頂寬80 m，凈高7 m，側(cè)高6 m。并要求橋梁一跨過河。

6 主橋結(jié)構(gòu)設計

主橋大部分位于直線上，只有西側(cè)邊跨靠近梁端17.016 m長位于緩和曲線段。

主橋橫斷面布置為：2.5m（人行道含欄桿）+3.5m（非機動車道含護欄）+7.5 m（車行道）+3.0 m（中央分隔帶）+7.5m（車行道）+3.5 m（非機動車道含護欄）+2.5（人行道含欄桿）=30 m。

6.1 結(jié)構(gòu)體系

本橋梁方案結(jié)構(gòu)采用塔、梁固結(jié)，墩、梁分離的三跨連續(xù)體系，墩頂設支座。

6.2 主梁設計

主梁采用三箱式截面預應力混凝土箱梁。本橋跨中74 m長區(qū)段和邊跨靠近邊墩48 m長區(qū)段梁高2.75 m等高度，支點梁高4.25 m。梁高以拋物線變化，凸現(xiàn)主梁線條的流暢，簡潔。箱梁截面兩側(cè)懸臂長為5.0 m，懸臂端部梁高0.20 m，懸臂根部梁高0.7 m。箱梁頂板厚0.28 m，支點處加厚至0.32 m；底板厚0.25 m，支點處加厚至0.65 m；中腹板厚度由跨中0.3 m向支點加厚至0.6 m，箱梁兩側(cè)采用斜腹板，外腹板厚度跨中0.5 m，支點加厚至0.6 m。

箱梁采用三向預應力體系?？v、橫向預應力鋼束采用φs15.2高強度低松弛鋼絞線。橋面橫向鋼束規(guī)格3-φs15.2，間隔50 cm布置；縱向鋼束規(guī)格為9-φs15.2和12-φs15.2。豎向預應力φ32精軋螺紋鋼筋?；炷翉姸鹊燃墳镃55。

主梁單側(cè)懸臂劃分15個節(jié)段。根據(jù)施工實際情況，1號節(jié)段與0號節(jié)段同時在支架上澆筑。2～15節(jié)段采用掛籃澆筑，節(jié)段長度3.0 m、3.5 m、4.0 m三種，最大懸臂澆筑節(jié)段重量275 t。邊跨現(xiàn)澆段長11.5 m，邊跨和中跨合攏段長度均為2 m。梁上拉索區(qū)為5～13號節(jié)段，該范圍節(jié)段長均為3.5 m，每澆筑兩個節(jié)段安裝一對斜拉索。有拉索節(jié)段才設置橫隔梁，所以這樣布置簡化了箱梁構(gòu)造，方便了施工，也減輕了梁體重量。雖然拉索的數(shù)量減少了，但是每根拉索力仍控制在1000 t，構(gòu)造與施工均可行，并且拉索數(shù)量減少后，橋梁造型簡潔明快，取得了很好的效果。

6.3 主塔、斜拉索設計

矮塔斜拉橋設計的重點在于橋塔的設計，橋塔不僅是主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也是最能體現(xiàn)橋梁特色的景觀要素。

本橋主塔結(jié)構(gòu)高度18 m，全高19.8 m。全橋共兩個主塔。主塔截面為八邊形，橫橋向尺寸2.0 m，順橋向尺寸自塔底4.8 m，曲線變化至中間3.6 m，再曲線變化至塔頂?shù)?.0 m。整個主塔立面形成了一個曲線優(yōu)美的花瓶狀，充分體現(xiàn)了江南城市的秀氣（見圖5）。

本橋斜拉索呈單索面扇形布置，平行鋼絲斜拉索，斜拉索外設雙層PE護套，索兩端采用冷鑄錨并設阻尼橡膠減振器。塔上索距1.0 m，梁上索距7.0 m，全橋共10對20根斜拉索。斜拉索最小水平夾角17°，拉索規(guī)格313Ф7，最大設計噸位1000 t。該橋根據(jù)矮塔斜拉橋拉索應力變化幅度特點，其拉索的應力可采用體外預應力索的容許應力[2]，參考類似橋梁的經(jīng)驗并結(jié)合計算，取0.5倍的抗拉標準強度，安全系數(shù)相當于2.0。

在主梁上，斜拉索錨固于混凝土中間箱室內(nèi)，橫橋向布置在分隔帶的正中間。

矮塔斜拉橋拉索在塔上的錨固布設形式有分離固定方式和貫通固定方式[3]兩種形式。貫通錨固方式有一個缺點，就是主塔錨固區(qū)的構(gòu)造復雜，斜拉索錨固區(qū)的耐久性不高，后期養(yǎng)護費用較高。這些問題給主塔錨固區(qū)的設計、施工及后期養(yǎng)護均帶來了諸多困難。

本橋采用平行鋼絲斜拉索、分離錨固的方式，構(gòu)造更簡單、施工方便、受力更合理、耐久性好，給斜拉索的設計、施工及后期養(yǎng)護帶來諸多便利。

矮塔斜拉橋塔身斷面尺寸小，如何承擔強大的拉索水平分力呢？經(jīng)過研究，認為傳統(tǒng)的鋼橫梁或環(huán)向鋼束方式均不適用。鋼錨箱錨固受力可靠，結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡化，安裝比較方便，能滿足主塔尺寸小的限制條件。參考同類橋梁的建造經(jīng)驗，本橋斜拉索在塔上錨固裝置采用鋼箱錨固方式。

鋼錨固箱高7.5 m，橫截面為矩形，橫橋向?qū)?.8 m，順橋向3.2 m。橫橋向尺寸的確定考慮了傳力和制作所需要的空間。錨箱四周布置剪力釘與鋼筋混凝土外壁牢固結(jié)合，斜拉索的水平分力由鋼錨箱的側(cè)壁承擔，豎向分力一部分通過剪力釘傳給鋼筋混凝土外壁再傳給下塔柱；另一部分直接通過鋼錨箱底傳向下塔柱。鋼錨箱底部通過16根預應力粗鋼筋牢固錨在下塔柱上，作為安全措施抵抗可能出現(xiàn)的過大的拉索不平衡力。

塔身下半段采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。塔上鋼錨箱外部包裹鋼筋混凝土，該部分混凝土分兩次澆筑，第一次澆注順橋向靠近拉索的鋼錨箱兩側(cè)，待主梁施工至最大懸臂時，澆注鋼錨箱外側(cè)剩余部分混凝土。分兩次澆筑混凝土的目的是讓鋼錨箱承擔絕大部分拉索水平分力。

主塔錨固區(qū)立面、橫斷面見圖6、圖7。

上述技術(shù)措施與同類型工程相比有顯著改進和提高。

6.4 主墩與基礎設計

清名路運河橋主墩基礎采用鉆孔灌注樁，根據(jù)橋址處地質(zhì)情況和附近既有運河橋的經(jīng)驗，選用樁徑150 cm鉆孔灌注樁，每個主墩基礎16根，樁長約61～70 m，持力層為微風化灰?guī)r。

擬建場區(qū)埋深約60 m左右遇到灰?guī)r，其上部裂隙發(fā)育，有溶蝕痕跡，并伴生溶洞。溶洞深度0.1～1.0 m不等，縱橫交錯、沒有規(guī)律且相互貫通，半充填或無充填，充填物以硬塑狀粘性土為主。由于巖溶不確定因素較多，給基礎選擇帶來較大難度。主墩樁基礎采用樁端支承于第四系松散覆蓋層上的灌注樁（短樁方案）還是采用樁端支承于灰?guī)r的嵌巖灌注樁成了樁基設計的困惑。

如果采用短樁方案，需要考慮群樁樁端體的壓力包有效搜蓋范圍內(nèi)是否有堅硬的下臥層，是否能避開復雜變化的基巖表面對樁基造成的危害或潛伏的危害。如果采用嵌巖樁方案，需要搞清巖溶形態(tài)的規(guī)模、密度及其空間分布規(guī)律，分析評價巖溶地基穩(wěn)定性以及采用什么樣的巖溶處理方案。還有需要考慮采取何種樁基施工方法、如何保證施工質(zhì)量、工期及安全等。

設計人員會同地質(zhì)工程技術(shù)人員，根據(jù)橋址處地質(zhì)情況，特別是對不同層次的灰?guī)r的特性進行深入研究之后，并經(jīng)過120 cm和150 cm樁徑的計算分析比較，并考慮樁基布置和施工方便，最終推薦選用嵌巖灌注樁。經(jīng)施工驗證，設計確定的樁基方案是非常合理的，也是經(jīng)濟和安全的。

要求主墩樁基施工時，每根樁均要做超前鉆，探明溶洞的深度、規(guī)模，并研究具體處理措施。

6.5 邊墩設計

西側(cè)邊墩分離式，基礎每邊采用10根樁徑120 cm鉆孔灌注樁，樁長約45 m。承臺平面尺寸為中墩承臺長5.4 m，寬8.6 m，厚度2.2 m（見圖8）。

東側(cè)邊墩三柱式，中柱基礎7根樁徑120 cm鉆孔灌注樁，邊柱基礎3根樁徑120 cm鉆孔灌注樁。樁長約45 m。中柱承臺長5.4 m，寬8.6 m，厚度 2.2 m（見圖 9）。

為控制大橋的沉降差異，所有樁基礎均采取樁底壓注水泥漿措施。

7 主橋施工方案

（1）基礎和橋墩施工

本橋主墩均位于岸上，在岸邊先采用鋼板樁圍堰，形成干作業(yè)區(qū)域。進行鉆孔灌注樁施工，然后施工承臺和橋墩。

（2）主塔、主梁、斜拉索施工

安裝主梁0#、1#節(jié)段托架，在托架上澆筑0#、1#節(jié)段混凝土。然后進行主塔施工，主塔采用鋼模板分段澆筑。

鋼錨箱在鋼結(jié)構(gòu)加工廠整體預制。主塔下塔柱施工完成，吊裝上塔柱鋼錨箱。然后澆注順橋向靠近拉索的鋼錨箱外壁混凝土，待主梁施工至最大懸臂時，澆注鋼錨箱外側(cè)剩余部分混凝土。

主梁2～15號節(jié)段混凝土箱梁采取掛籃懸臂全斷面澆筑混凝土。其中在主梁有索區(qū)（5～13號節(jié)段）每施工兩個節(jié)段安裝一對斜拉索。

先邊跨合攏。邊跨的合攏是先在支架上現(xiàn)澆尾端混凝土，再澆筑尾端合攏段混凝土。最后中跨合攏，完成全橋的合攏。

施工期間不中斷京杭大運河的通航，對通航的影響很小。

8 結(jié)語

本文從安全性、技術(shù)經(jīng)濟、施工難度、工期等多方面對無錫市清寧大橋主橋矮塔斜拉橋的主梁、主塔、拉索、橋墩及基礎各部分的設計進行了論述，介紹所采取的措施和其技術(shù)特點，為其它類似工程的建設提供了借鑒價值。

[1]余永強,李敏,陳享錦.漳州戰(zhàn)備大橋主橋設計[J].橋梁建設,2002(1):5-7.

[2]陳亨錦,王凱,李承根.淺談部分斜拉橋[J].橋梁建設,2002(1):44-47.

[3]嚴國敏.試談“部分斜拉橋”——日本屋代南橋、屋代北橋、小田原港橋[J].國外橋梁,1996(1):47-50.