張洪金

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

1 概述

鋼桁梁橋是鋼結(jié)構(gòu)橋梁比較常用的橋型之一，具有外形雄偉壯觀、跨越能力大、結(jié)構(gòu)剛度大、承載能力高等優(yōu)點(diǎn)，世界上已建成鋼桁梁橋的最大跨徑超過了500 m[1]。國(guó)外的早期鐵路橋大多采用鋼桁梁橋，建成于1890年的英國(guó)福斯鐵路橋是一座兩跨懸臂鋼桁架橋，至今仍處于營(yíng)運(yùn)狀態(tài)，這座大橋也代表了當(dāng)時(shí)世界橋梁建設(shè)的領(lǐng)先水平。

新中國(guó)成立后，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國(guó)的鋼桁梁橋技術(shù)水平有了長(zhǎng)足的發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)形式多樣化、橋梁規(guī)模大型化、連接方式焊接化。1957年建成通車的武漢長(zhǎng)江大橋，主橋?yàn)? 聯(lián)3×128 m連續(xù)米字型連續(xù)鋼桁梁橋，是第一座跨越長(zhǎng)江的現(xiàn)代化大橋。1995年4月建成的孫口黃河大橋是我國(guó)第一次應(yīng)用整體節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)外拼接技術(shù)[1-2]的大橋。整體節(jié)點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用，提高了鋼梁工廠化制造程度，方便工地安裝，改善了工地工作條件。

寧波三官堂大橋工程南起江南路與院士路平交路口，路線向北跨越臘梅路、盎孟港路、甬江、寧鎮(zhèn)路后落地與中官西路平交。工程全長(zhǎng)約3300 m，主線跨甬江采用橋梁方案，一跨過江，主橋采用連續(xù)鋼桁梁橋，跨徑布置為160+465+160=785 m，主線橋梁全長(zhǎng)約2203 m，地面輔道全長(zhǎng)約2680 m，主橋立面布置見圖1。

圖1 主橋立面布置（單位：m）

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及建設(shè)條件

2.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）道路等級(jí)：城市主干路。

（2）設(shè)計(jì)速度：60 km/h。

（3）橋面規(guī)模：雙向8 車道+兩側(cè)人非通道。

（4）設(shè)計(jì)荷載：城-A 級(jí)。

（5）通航標(biāo)準(zhǔn)：海運(yùn)Ⅲ級(jí)航道，凈寬140 m，凈高20 m，最高通航水位為3.27 m；跨甬江主橋一跨過江，江內(nèi)不可設(shè)墩。

（6）設(shè)計(jì)基本風(fēng)速：31.3 m/s。

（7）地震動(dòng)峰值加速度：E1 為0.098g，E2 為0.162g。

2.2 建設(shè)條件

（1）地形、地貌

本項(xiàng)目所屬地貌類型在甬江大堤兩側(cè)均為濱海沖湖積平原地貌，地貌類型單一，地勢(shì)平坦，在甬江南岸大堤向北150 m 左右為灘涂地貌，現(xiàn)狀蘆葦茂密。跨越甬江處河槽寬度約450 m，航道繁忙，北岸碼頭林立，橋梁需考慮通航凈空要求，并應(yīng)考慮航道偏向北岸的實(shí)際情況。

（2）工程地質(zhì)

主橋主墩及邊墩上部軟土地層以淤泥質(zhì)黏土為主，主墩選擇10-2 層礫砂作為樁基持力層，邊墩采用9-1 層粉質(zhì)黏土作為樁基持力層，樁基均按摩擦樁計(jì)算，根據(jù)實(shí)際計(jì)算樁長(zhǎng)。

（3）航空限高

本工程擬建場(chǎng)地西北方向有一座機(jī)場(chǎng)，即莊橋機(jī)場(chǎng)。本工程主橋基本正對(duì)現(xiàn)狀莊橋機(jī)場(chǎng)跑道，位于航線位置上，主橋主墩距現(xiàn)狀莊橋機(jī)場(chǎng)直線距離約3.3 km，橋梁方案需滿足機(jī)場(chǎng)限高的要求，結(jié)構(gòu)高度不得超限。

3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋上部結(jié)構(gòu)為三跨連續(xù)鋼桁梁，跨徑布置為160+465+160=785 m。桁架采用變高桁，桁式采用“N”形桁，跨中桁高14.5 m，邊墩頂桁高15.0 m，中墩墩頂桁高42.0 m。桁架基本節(jié)間距15.0 m，在中墩頂附近為18.75 m，主墩處橋面下設(shè)置V 撐。橋面系采用正交異性鋼橋面板，板桁結(jié)合，主桁橫斷面見圖2。

圖2 主梁橫斷面（單位：m）

3.1 主桁結(jié)構(gòu)

主桁由兩片桁架組成，單片桁架包括上弦桿、下弦桿、V 撐、豎腹桿和斜腹桿。桁架節(jié)點(diǎn)采用焊接整體式節(jié)點(diǎn)，節(jié)段之間采用焊接連接。桁梁采用Q345qD、Q420qE 兩種鋼材。

上、下弦桿及V 撐均采用箱型斷面，上弦桿外寬2200 mm，外高1800～2800 mm，板厚12～55 mm；下弦桿外寬2200 mm，外高2000 mm，板厚16～50 mm；V 腿外寬2200 mm，外高3000 mm，板厚45～50 mm。弦桿頂、底、腹板均設(shè)板式縱向加勁肋，對(duì)于上、下弦桿一般斷面，頂、底、腹板各設(shè)兩道縱向加勁肋。

豎腹桿及斜腹桿斷面均為箱型，標(biāo)準(zhǔn)豎腹桿順橋向外寬1200 mm，橫橋向外寬2200 mm，板厚16～28 mm；斜腹桿順橋向外寬1200 mm，橫橋向外寬2200 mm，板厚12～36 mm。腹桿頂、底、腹板均設(shè)板式縱向加勁肋，其中腹板（橫橋向）設(shè)一道，頂、底板（順橋向）各設(shè)一道。

上、下弦桿及腹桿的斷面見圖3。

圖3 弦桿及腹桿斷面（單位：mm）

3.2 聯(lián)接系

在上弦桿平面內(nèi)設(shè)置菱形上平聯(lián)，上平聯(lián)由斜桿以及撐桿組成。上平聯(lián)斜桿采用箱形斷面，外寬600 mm，外高600 mm，板厚16～20 mm。標(biāo)準(zhǔn)上平聯(lián)撐桿采用焊接工字型斷面，外寬600 mm，外高600 mm，翼緣厚20 mm，腹板厚16 mm；墩頂處上平聯(lián)撐桿受力較大，采用箱形斷面，外寬800 mm，外高600 mm，板厚20～30m m。為減小上弦桿面外力，在主墩菱形平聯(lián)中間增設(shè)箱形撐桿，撐桿外寬800 mm，外高800 mm，板厚24 mm。上平聯(lián)及橫聯(lián)總體布置圖見圖4。

圖4 上平聯(lián)及橫聯(lián)總體布置圖（單位：mm）

在V 撐下弦桿平面內(nèi)設(shè)置K 形下平聯(lián)，因受力較大，其斜桿及撐桿均采用箱形斷面。標(biāo)準(zhǔn)斜桿及撐桿外寬1500 mm，外高1200 mm，板厚16～24 mm。

主桁每?jī)蓚€(gè)節(jié)間設(shè)置一道桁架式橫聯(lián)，位于菱形平聯(lián)交點(diǎn)處。橫聯(lián)有3.0 m 高、3.5 m 高及4.0 m 高三種類型。標(biāo)準(zhǔn)橫聯(lián)腹桿采用雙槽鋼構(gòu)造，槽鋼規(guī)格為36 a；下弦桿采用焊接工字鋼，外寬600 mm，外高800 mm，翼緣厚24 mm，腹板厚16 mm。

在中支點(diǎn)處設(shè)桁架式橋門架，高8 m，腹桿及下弦桿均采用箱形截面，腹桿高660 mm，寬640 mm，下弦桿外寬800 mm，外高600 mm，板厚20～30 mm。

平聯(lián)及橫聯(lián)采用Q345qD 鋼材，槽鋼采用Q345D鋼材。

3.3 橋面系

橋面系采用正交異性鋼橋面板，板桁結(jié)合，橋面板厚16 mm，下設(shè)8 mm 厚U 形閉口加勁。桁架節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置箱形主橫梁，標(biāo)準(zhǔn)間距15.0m，主橫梁外高2000～2700 mm，外寬1200 m，板厚14～28 mm。主橫梁之間設(shè)置工字形副橫梁，副橫梁標(biāo)準(zhǔn)段間距為3.45 m，梁高800 mm，寬300 mm，腹板厚12 mm，底板厚16 mm。橋面橫向設(shè)置8 道工字形小縱梁，靠近主桁側(cè)小縱梁高2000 mm，其余小縱梁高1200 mm，底板寬400 mm，小縱梁腹板厚14～16 mm，底板厚16 mm。橋面系采用Q345qD 鋼材。

為了平衡邊墩支座處出現(xiàn)的負(fù)反力，邊跨邊墩頂17.1m 范圍橋面采用整箱結(jié)構(gòu)，在箱形斷面內(nèi)采用容重為31 kN/m3的鐵砂混凝土集中壓重。箱形斷面梁高2400～2700 m，頂板厚16 mm，底板厚16～24 mm，每3.45 m 設(shè)置一道橫隔板，標(biāo)準(zhǔn)隔板板厚14～20 mm。

4 下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

4.1 主墩基礎(chǔ)

主墩承臺(tái)采用整體式承臺(tái)，平面上呈啞鈴形。承臺(tái)橫橋向尺寸為52.7 m，順橋向尺寸為19.0 m，中間系梁尺寸為10 m，承臺(tái)通厚6 m。主墩承臺(tái)下部采用30 根φ2.0 m 鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為84-86 m，樁端持力層為10-2 層礫砂層。主墩基礎(chǔ)構(gòu)造圖見圖5。

圖5 主墩基礎(chǔ)構(gòu)造圖（單位：mm）

4.2 邊墩及基礎(chǔ)

邊墩采用框架式雙柱墩，兩根立柱中心線間為30.4 m，關(guān)于道路中心線對(duì)稱布置。墩柱采用箱形斷面，外觀呈矩形，斷面尺寸為5 m（橫橋向）×4.5 m（順橋向），壁厚0.7～1 m。邊墩蓋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，空心矩形截面，斷面尺寸為6 m（順橋向）×3 m（橫橋向），頂、底、腹板厚0.5～1 m。

與主墩承臺(tái)類似，邊墩亦采用啞鈴形承臺(tái)，承臺(tái)平面尺寸為8.4 m（順橋向）×38.8 m（橫橋向），厚度3.0 m，中間系梁寬4.5 m。每個(gè)邊墩基礎(chǔ)下采用21根φ1.2 m 鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)69 m，樁端持力層為9-1 層粉質(zhì)粘土層。邊墩及基礎(chǔ)構(gòu)造圖見圖6。

圖6 邊墩及基礎(chǔ)構(gòu)造圖（單位：mm）

5 橋梁主要附屬設(shè)施

5.1 支座

主橋主墩采用140000 kN 級(jí)球形鋼支座，邊墩采用15000 kN 級(jí)球形鋼支座。主墩支座并聯(lián)疊層橡膠支座，在E2 地震作用下，允許縱向固定支座連接件順橋向破壞，通過疊層橡膠支座耗能，這種新型組合抗震體系不但有效地解決了本橋的抗震問題，同時(shí)也節(jié)約了工程造價(jià)。

5.2 伸縮縫

主橋兩端采用單元式多向變位梳形板橋梁伸縮縫，滿足橋梁的縱向位移以及梁端轉(zhuǎn)角需要。

5.3 檢修車

主橋設(shè)橋梁檢修車，檢修車分橋上檢修車與橋下檢修車兩種，各一部，全橋共兩部，均為桁式檢修車，檢修范圍覆蓋全橋。橋上檢修車軌道位于主橋上弦桿頂部，用于檢修上弦桿、腹桿、上平聯(lián)等橋面以上的結(jié)構(gòu)；橋下檢修車懸掛于橋面系下方，用于檢修梁底。

6 施工方案

主橋施工比選了懸臂拼裝、中跨大節(jié)段吊裝及轉(zhuǎn)體施工方案，綜合主墩基礎(chǔ)規(guī)模、對(duì)兩岸大堤的影響、對(duì)航道的影響、施工風(fēng)險(xiǎn)及費(fèi)用等因素，最終采取中跨節(jié)段懸臂拼裝、邊跨散拼的施工方案。

下部結(jié)構(gòu)采用先鉆孔灌注樁后澆筑承臺(tái)及墩柱的陸上橋梁下部結(jié)構(gòu)常規(guī)施工方案，上部結(jié)構(gòu)施工先從主墩墩頂處及邊跨施工開始。邊跨橋面系采用支架施工，橋面系及主桁桿件在工廠分段加工制造，船運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，利用運(yùn)梁小車將橋面系逐段滑移至安裝位置。橋面系安裝完畢后自墩頂位置逐段焊接拼裝桁梁桿件，邊跨安裝完畢后分批次澆筑壓重混凝土，中跨鋼桁梁由橋面吊機(jī)按每15 m 一個(gè)節(jié)段逐段安裝直至中跨合龍。為改善體系受力，在安裝前預(yù)先將邊墩支點(diǎn)下壓0.8 m，待中跨合龍后頂升至原位。主橋施工步驟示意圖見圖7。

圖7 主橋施工步驟示意圖

7 結(jié)語(yǔ)

三官堂大橋主橋采用大跨徑三跨連續(xù)鋼桁梁橋橋型，整個(gè)橋梁外觀簡(jiǎn)潔舒展，大橋猶如金龍騰飛，以獨(dú)特的結(jié)構(gòu)體系、精致的構(gòu)造細(xì)節(jié)、優(yōu)美的景觀造型、創(chuàng)記錄的全焊接制造工藝，為同類型橋梁在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工廠制造、施工架設(shè)等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本橋目前已建成通車，其優(yōu)美的造型使該橋成為寧波市新的地標(biāo)性橋梁之一。