楊虎根,李顯潮

（中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司,貴州貴陽 550003）

0 前言

隨著城市交通建設(shè)的飛速發(fā)展，城市橋梁不但要滿足基本使用功能，而且要具有較好的景觀效果，成為城市的地標(biāo)性建筑。藝術(shù)價值較高的橋梁結(jié)構(gòu)比例協(xié)調(diào)、均衡穩(wěn)定，具有獨(dú)特的魅力,橋梁與環(huán)境和諧同一，并具有一定的文化內(nèi)涵[1]。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在設(shè)計中將力與景觀完美地結(jié)合，以合理的力學(xué)形態(tài)為造型設(shè)計提供空間，將建筑藝術(shù)融入于結(jié)構(gòu)的設(shè)計當(dāng)中[5]。斜拉橋結(jié)構(gòu)由索塔、主梁及拉索組成，具有結(jié)構(gòu)簡潔、穩(wěn)定的視覺形態(tài)，得到廣泛應(yīng)用。近年來，工程界在斜拉橋造型及景觀設(shè)計方面開展了大量工作，一批形態(tài)優(yōu)美、技術(shù)先進(jìn)的橋梁，成為極具觀賞價值的城市地標(biāo)。本文結(jié)合貴州省荔波縣官塘大橋，就此橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算、施工方案等主要方面進(jìn)行闡述。

1 工程概況

荔波縣官塘大橋位于貴州省荔波縣城區(qū)東面，跨越漳江，在原樟江大橋下游800 m官塘大道上，是連接荔波縣城時來壩片區(qū)與老城區(qū)的重要橋梁。道路全長407.071 m，其中引道長227.071 m，橋長180 m。主橋跨徑布置為85 m+85 m雙拱式獨(dú)塔斜拉橋，橋面全寬32 m。該橋為貴州省第一座拱式索塔斜拉橋，同時也是國內(nèi)第一座采用原位拼裝鋼拱塔技術(shù)的橋梁。于2012年7月建成通車，目前該橋已成為荔波縣城的標(biāo)志性建筑（見圖1、圖2）。

圖1 官塘大橋橋型布置圖（單位：cm）

圖2 官塘大橋成橋?qū)嵕?/p>

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：城市主干道，設(shè)計速度30 km/h。

（2）設(shè)計荷載：汽車荷載：公路-I級；人群荷載：3.5 kN/m2。

（3）橋面寬度：5 m（人行道）+9 m（車行道）+2 m（花壇）+9 m（車行道）+5 m（人行道）=30 m，包括拉索錨固區(qū)域，橋面總寬32 m，雙向4車道。

（4）設(shè)計洪水頻率：1/100。

（5）抗震設(shè)防烈度：6度，抗震設(shè)防措施等級為7級。

（6）設(shè)計使用年限：100 a。

2.2 主梁（見圖3、圖4）

圖3 官塘大橋橫斷面圖（單位:cm）

圖4 主梁斷面圖（單位:cm）

官塘大橋跨越樟江，樟江河屬珠江流域二級支流，其水位及流量受季節(jié)影響較大，屬山區(qū)雨源型河流。荔波縣城海拔較低，兩岸引道設(shè)計高程為427.621 m，百年一遇計算洪水位為426.02 m。出現(xiàn)設(shè)計洪水位時，一部分主梁被洪水淹沒。設(shè)計時，將箱型斷面和雙主梁實體斷面進(jìn)行了比較，考慮了以下主要因素：（1）減小洪水對主梁的不良影響，減小水浮力、提高抵抗漂流物撞擊的能力；（2）該橋為雙索面，對主梁的抗扭要求較低；（3）方便施工。最后確定采用雙主梁實體斷面。這種斷面系在常規(guī)雙主梁實體斷面的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，兩側(cè)滴水翼緣又兼拉索錨固塊擋板的功能。

采用密索體系，主梁高度除按經(jīng)驗取值外，還與橋?qū)?、橫向索距及橫梁厚度密切相關(guān)，當(dāng)橋面較寬時，往往以橫向受力控制截面高度。該橋縱向索距為8 m，橫向索距為30.8 m，橫梁厚度為50 cm，根據(jù)橫向分析，主梁高度采用2.24 m，約為主跨跨徑的1/38。雙主梁實體斷面高度按照常規(guī)的經(jīng)驗值為L/50～L/100(L為主跨跨徑)，這也說明擬定主梁截面高度時，橫向索距、橫梁厚度也是一個重要因素。主梁采用C55混凝土，滿堂支架施工。

2.3 鋼拱塔及塔座

塔座采用C40混凝土，中心高度為6 m，輪廓尺寸為4.2 m×3.5 m（橫橋向×順橋向），塔座頂高出設(shè)計洪水位，避開了鋼結(jié)構(gòu)被水浸泡和漂浮物直接撞擊的風(fēng)險，同時因塔座剛度大，能更好的抵抗主塔傳來的內(nèi)力。

鋼拱塔采用Q345D級鋼，截面輪廓尺寸為3200 mm×2500 mm（橫橋向×順橋向），如圖5所示，鋼箱壁厚J0～J2段為40 mm，其余段均為30 mm。鋼拱塔采用原位拼裝，各節(jié)段之間先通過拼接板高強(qiáng)螺栓連接，拼裝成拱后再進(jìn)行焊接。鋼拱塔斷面如圖6所示。

2.4 防腐涂裝

圖5 鋼拱塔立面圖

圖6 鋼拱塔斷面圖（單位:cm）

根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件，結(jié)合鐵道部部頒標(biāo)準(zhǔn)《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝》，該橋鋼拱塔采用《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝》（TB/T 1527-2004）的第7套涂裝體系（為最高級別，用于酸雨、沿海等腐蝕環(huán)境嚴(yán)重、紫外線輻射強(qiáng)、有景觀要求地區(qū)的鋼梁主體），具體防腐體系為：（1）構(gòu)件外表面噴砂除銹處理達(dá)到Sa2.5級；涂特制環(huán)氧富鋅防銹底漆二道，干膜最小厚度為40μm；涂棕紅云鐵環(huán)氧中間漆一道，干膜最小厚度為40μm；涂氟碳面漆二道，干膜最小厚度為30μm；（2）構(gòu)件內(nèi)表面噴砂除銹處理達(dá)到Sa2.5級；涂特制環(huán)氧富鋅防銹底漆二道，干膜最小厚度為40μm；涂棕紅云鐵環(huán)氧中間漆一道，干膜最小厚度為40μm。

2.5 斜拉索

斜拉索采用VSL SSI 2000型平行鋼絞線拉索。拉索由多根無粘結(jié)高強(qiáng)度平行鋼絞線組成，外層由HDPE護(hù)套防護(hù)。在錨固區(qū)，鋼絞線有PE導(dǎo)管組件防護(hù)，其端部浸泡在油脂中。鋼絞線拉索可以單根穿索、單根張拉、單根測試檢查，并可以單根鋼絞線調(diào)索和換索。索塔上的斜拉索錨具預(yù)埋管附有角度偏差修正裝置，用以消除索塔預(yù)埋管在索塔建造時可能發(fā)生的斜拉索預(yù)埋管角度誤差。錨具夾片為了確保其錨固性和后期長期營運(yùn)要求，推薦采用進(jìn)口產(chǎn)品。錨具的密封圈為確保錨固的防水性能和長期營運(yùn)要求，亦推薦采用進(jìn)口產(chǎn)品。

減震器減震橡膠技術(shù)要求：減震裝置中橡膠硬度必須符合GB/T6031規(guī)定，拉伸強(qiáng)度和延伸率應(yīng)符合GB/T528的規(guī)定；其中減震橡膠內(nèi)圈硬度為shoreA45±5；減震器橡膠外圈及其它減震橡膠硬度為shoreA45±5。

3 結(jié)構(gòu)計算

采用最小彎曲能量法計算成橋索力，簡圖如圖7所示。將主梁、索塔單元抗彎剛度取為EI/1000，做一次落架計算，將此狀態(tài)定義為成橋最優(yōu)狀態(tài)。最優(yōu)狀態(tài)下主梁、鋼拱塔彎矩圖如圖8、圖9所示。

圖7 計算模型簡圖

圖8 主梁彎矩圖（單位:kN·m）

圖9 鋼拱塔彎矩圖（單位:kN·m）

主梁絕對值最大彎矩在B7號索處，為-6823 kN·m，絕對值最小彎矩在B0號索靠近中墩處，為2753 kN·m；在鋼拱塔上絕對值最大彎矩位于拱腳處，為33096 kN·m，絕對值最小彎矩位于直線段與曲線段交匯處，為25014 kN·m。優(yōu)化索力見表1所列，斜拉索B0～B8由中墩向邊跨編排；水平索Z0～Z8由下往上編排,如圖9所示。

表1 成橋狀態(tài)優(yōu)化索力一覽表（單位：kN）

4 施工方案

施工流程簡述如下：

（1）施工機(jī)具進(jìn)場，平整場地，放樣，完成施工前期準(zhǔn)備。在一個枯水期內(nèi)，筑島圍堰施工1號橋墩樁基、承臺及墩身。進(jìn)行0號橋臺、部分塔座、2號橋臺施工。

（2）采用SCC3200型履帶式起重機(jī)（額定吊裝能力320 t）吊裝并定位鋼拱塔，原位拼裝。首先吊裝J0段并定位，澆筑剩余部分塔座，并振搗密實。安裝J1～J14段，每就位一段，采用拼接板高強(qiáng)螺栓連接，拱塔橫向采用臨時拉桿定位。鋼拱塔合龍后，對各接頭進(jìn)行焊接。焊接質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格按GB50017-2003、JGJ81-2002等規(guī)范執(zhí)行，焊縫質(zhì)量應(yīng)滿足I級焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（3）同步搭設(shè)主梁支架（滿堂支架與臨時支墩+貝雷梁配合）。

（4）安裝主梁模板、綁扎鋼筋，調(diào)整至立模高程，澆筑梁段混凝土，并養(yǎng)護(hù)。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的90%且不小于7 d后，對稱張拉一半橫隔板預(yù)應(yīng)力鋼束至設(shè)計噸位并灌漿；對稱張拉縱向預(yù)應(yīng)力鋼束至設(shè)計噸位并灌漿。

（5）對稱、同步張拉0號拉索橫梁剩余鋼束至設(shè)計噸位，對橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束按照設(shè)計要求灌漿及封錨。對稱、同步、均衡張拉Z0、B0拉索至施工一次張拉力。

（6）對稱、同步張拉i號拉索橫梁剩余鋼束至設(shè)計噸位，對橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束按照設(shè)計要求灌漿及封錨。對稱、同步、均衡張拉Zi、Bi拉索至施工一次張拉力。

…如此循環(huán)進(jìn)行，直至對稱、同步張拉8號拉索橫梁剩余鋼束至設(shè)計噸位，對橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束按照設(shè)計要求灌漿及封錨。對稱、同步、均衡張拉Z8、B8拉索至施工一次張拉力。

（7）緩慢、多次、對稱拆除支架。

（8）按照縱橫對稱、均衡的原則施工橋面系，施工完成后，根據(jù)監(jiān)控單位提供的實測索力調(diào)整全橋索力至設(shè)計成橋索力。

（9）全橋竣工。

5 結(jié)語

隨著我國城市化建設(shè)的快速發(fā)展，城市橋梁的設(shè)計越來越追求美觀，本文介紹的橋型在一些城市都有類似結(jié)構(gòu)，但相關(guān)的經(jīng)驗資料較少。筆者認(rèn)為此類橋型的適宜地形如下：（1）跨越河流的橋梁，且河水不宜太深（河床內(nèi)適宜筑島或滿堂支架）；（2）橋梁兩岸的建筑物不宜太低；（3）主橋兩側(cè)有條件至少配置一邊跨為宜。

修建此類橋梁的關(guān)鍵在于鋼拱塔的安裝、主梁的施工，以及拉索的張拉。（1）鋼拱塔安裝方案：鋼拱塔可考慮采用轉(zhuǎn)體施工或原位拼裝。該橋采用了原位拼裝方案，并在拱塔節(jié)段吊裝過程中增加了橫向臨時拉桿，最后合龍精度較高。同時從經(jīng)濟(jì)角度考慮，此方案與轉(zhuǎn)體施工比較，技術(shù)難度低，節(jié)約了拱腳鉸、兩拱塔之間的臨時鋼塔架，以及轉(zhuǎn)體過程的費(fèi)用，同時也避開了轉(zhuǎn)體可能帶來的風(fēng)險。（2）主梁的施工工藝：此類橋梁主梁的最佳施工方式為支架施工，如采用掛籃施工，要調(diào)整水平索和斜拉索索力，設(shè)計、施工很復(fù)雜，而且施工過程中，對拱塔的受力很不利。（3）拉索的張拉方式：與常規(guī)斜拉橋相比，此類斜拉橋受水平索和斜拉索的共同影響，對拉索的施工工藝要求較高，同時對索力張拉精度及施工監(jiān)控技術(shù)水平也提出了相當(dāng)高的要求。

[1]TB/T 1527-2004,鐵路鋼橋保護(hù)涂裝[S].

[2]王伯惠編著.斜拉橋結(jié)構(gòu)發(fā)展和中國經(jīng)驗 (下冊)[M].北京：人民交通出版社出版.

[3]中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司.荔波縣官塘大橋施工圖設(shè)計[Z].2009.

[4]楊士金，唐虎翔.橋梁景觀設(shè)計[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2002.

[5]孫宇，楊立新.探討橋梁建筑的力與美[J].建筑與環(huán)境,2007，(1):122-126.