支燕武

（中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司，天津市 300251）

1 工程概括

丹河大橋為國內(nèi)某一級公路工程上跨丹河的一座特大橋，道路等級為一級公路，橋梁全長1738 m，其中主橋結(jié)構(gòu)形式為（130+130）m 獨塔組合梁斜拉橋，支撐體系為塔墩固結(jié)、塔梁分離的半漂浮體系，采用支架拼裝施工。橋長260 m，寬28.4 m。橋梁橫斷面為一塊板設(shè)計，橫斷面布置形式為：1.45 m 拉索錨固區(qū)+0.5 m 護(hù)欄+11.5 m 機(jī)動車道+1.5 m 中央分隔帶+11.5 m 機(jī)動車道+0.5 m 護(hù)欄+1.45 m拉索錨固區(qū)。主橋立面及橫斷面布置分別見圖1～圖3 所示。

圖1 主橋立面布置圖

圖2 主橋橫斷面布置圖（索塔位置）

圖3 主橋橫斷面圖（主跨跨中）

2 設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：雙向四車道一級公路；設(shè)計車速：V=80 km/h；

（2）荷載標(biāo)準(zhǔn)：車輛荷載：公路—I 級；

（3）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期：100 a；橋梁安全等級：一級；

（4）環(huán)境類別：IV-C 類，除冰鹽等其他氯化物環(huán)境；

（5）地震基本烈度：6 度區(qū)，地震動峰值加速度0.05g[1]。

3 方案設(shè)計

城市橋梁在設(shè)計中要體現(xiàn)城市建設(shè)高起點、工程建設(shè)高質(zhì)量的特點，實現(xiàn)整體協(xié)調(diào)的優(yōu)美景觀。該項目作為公路工程穿越景觀濕地公園橋梁，除滿足使用功能以外，還應(yīng)體現(xiàn)該工程的獨特風(fēng)格，重視景觀效果。在選用結(jié)構(gòu)型式時，考慮橋型要與周圍地區(qū)環(huán)境、地形，和諧統(tǒng)一。該項目橋梁上跨丹河國家濕地公園，橋梁方案要與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，橋梁造型元素的美學(xué)設(shè)計與研究要納入橋梁設(shè)計之中。主橋結(jié)構(gòu)形式采用了獨塔雙索面組合梁斜拉橋，索塔造型設(shè)計時刻意規(guī)避了常規(guī)斜拉橋橋塔一字型、H 型或A 字型索塔的呆板、生硬感受，創(chuàng)新地采用“水滴”形造型，如圖4 所示。

圖4 橋梁效果圖

4 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 上部結(jié)構(gòu)

橋梁橫斷面采用鋼邊主梁上搭設(shè)混凝土橋面板的整體斷面，中心線處梁高2.6 m（含橋面板）。斷面上共兩片邊主梁，兩主梁橫向中距26.5 m，橋面板全寬28.4 m，橫向分兩塊，縱向按橫梁間距劃分。斜拉索梁上錨點采用錨拉板錨固在鋼邊主梁上，梁上錨點縱向間距10.5 m。鋼邊主梁在預(yù)制廠內(nèi)完成拼裝，單側(cè)鋼邊主梁共25 段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長10.5 m。橫梁標(biāo)準(zhǔn)間距為3.5 m，單個橫梁橫向分7.88 m、9.7 m、7.88 m 三個節(jié)段拼接，采用工字形鋼梁加預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板的斷面形式。

4.1.1 橋面板結(jié)構(gòu)尺寸

橋面板總寬28.4 m，厚度為28 cm，包括預(yù)制橋面板部分和濕接縫部分。預(yù)制橋面板部分采用C50鋼筋混凝土，濕接縫采用C50 微膨脹混凝土。預(yù)制橋面板全橋共四種類型：預(yù)制板Y1 長寬數(shù)據(jù)為1267 cm×190 cm，預(yù)制板Y1a 長寬數(shù)據(jù)為1267 cm×212 cm，預(yù)制板Y2（Y2a）長寬數(shù)據(jù)為1267 cm×240 cm，預(yù)制板Y3（Y3a、Y3’、Y3a’）長寬數(shù)據(jù)為1267 cm×290 cm。

4.1.2 橋面板預(yù)應(yīng)力布置

橋面板根據(jù)受力需要布置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束規(guī)格為15-4，采用扁錨和扁錨配套的扁波紋管，預(yù)應(yīng)力布置在260 m 縱向全長范圍內(nèi)，橫向橋?qū)?8.4 m 范圍內(nèi)共布置32 根預(yù)應(yīng)力鋼束。沿順橋向預(yù)制橋面板完成吊裝鋪設(shè)后，根據(jù)分節(jié)段澆筑濕接縫的順序，按照對稱原則對橋面板預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行張拉，并采用扁形連接器張拉接長，最終完成全橋的預(yù)應(yīng)力張拉。

4.1.3 橋面板鋼筋布置

橋面板順橋向主筋采用φ22 鋼筋，鋼筋間距為11 cm；橫橋向主筋采用φ16 鋼筋，鋼筋間距為15 cm。

4.1.4 鋼邊主梁構(gòu)造

單側(cè)鋼邊主梁截面形式為工字形，底板水平，頂板橫坡為2%的單向橫坡，腹板為豎腹板。鋼邊主梁截面頂板頂至底板底中線高2400 mm。根據(jù)底板厚度不同，縱橋向分兩個截面，其中主塔兩側(cè)各18.25 m 范圍內(nèi)截面底板厚80 mm，其余范圍內(nèi)截面底板厚度60 mm。兩個截面頂板寬均為1000 mm、厚40 mm，腹板高2300 mm，厚32 mm，其中底板加厚截面腹板高2280 mm。

4.1.5 鋼橫梁、小縱梁構(gòu)造

鋼橫梁截面形式為“工”字形，考慮橫向預(yù)拱度工廠制造時頂板采用雙向2.15%的橫坡，底板水平，橫梁跨中梁高2320 mm。在橫梁中部設(shè)置一道小縱梁，作為現(xiàn)澆縫的底模，可便于順橋向濕接縫的澆筑。小縱梁高500 mm，其截面形式為“工”字形。

4.1.6 上部結(jié)構(gòu)簡要施工方案

上部結(jié)構(gòu)縱、橫梁、預(yù)制混凝土橋面板均在預(yù)制廠內(nèi)完成拼裝、預(yù)制，運輸至橋梁現(xiàn)場，再采用吊車吊裝至支架，最終完成整體拼裝。

4.2 索塔

斜拉橋索塔是橋梁的主要承重構(gòu)件，借助斜拉索組成整體受力體系。主梁橋面系承受的部分恒載及汽車荷載通過斜拉索傳遞到索塔。橋塔高度為94.5 m，塔身材質(zhì)為普通鋼筋混凝土，索塔采用“水滴”型造型，美觀大方，與周圍環(huán)境融為一體[2]。

索塔形式為獨塔，塔身混凝土強(qiáng)度等級采用C50。索塔外形由多段曲線擬合而成。塔柱為空心箱型斷面，橫橋向尺寸為3.5 m，順橋向尺寸為6 m，壁厚80～200 cm，塔柱在索塔頂端聯(lián)成一體。主梁下方索塔設(shè)有預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁，橫梁高3 m，寬5.5 m。

4.3 斜拉索及錨固體系

采用高強(qiáng)平行鋼絲成品索，鋼絲抗拉強(qiáng)度≥1670 MPa，設(shè)計壽命大于30 a。索體采用多層防腐系統(tǒng)，以保證斜拉索的設(shè)計壽命。全橋設(shè)置44 根斜拉索，索距布置：12+10×10.5+2×13+10×10.5+12（m）。斜拉索分別由127 根、151 根、187 根、211 根、223 根直徑為7 mm 的環(huán)氧鋼絲組成，斜拉索兩端配冷鑄墩頭錨。拉索外表面防腐部分為HDPE 護(hù)套，護(hù)套采用高耐久性的HDPE 材料制作加工。風(fēng)雨激振是橋梁拉索振動的一種，對橋梁產(chǎn)生的危害也較嚴(yán)重。為有效降低或阻止因風(fēng)雨激振對拉索造成的不良振動，拉索外側(cè)設(shè)置雙螺旋線。

斜拉索的下錨點構(gòu)造形式為錨拉板式。錨拉板焊接于邊主梁上翼緣板中心位置頂側(cè)，并與邊主梁腹板位置相對應(yīng)。錨管兩側(cè)通過融透焊縫與錨拉板連接，錨拉板下部亦通過焊縫與橋面板連接。錨拉板的兩側(cè)焊接加勁板形成“豐”字形與橋面板焊連，并通過設(shè)置加勁肋板補(bǔ)償為設(shè)置錨管開孔部分對錨拉板截面的消弱。同時在加勁板對應(yīng)位置，邊主梁腹板設(shè)置豎向加勁肋。

索與主塔的錨固采用混凝土牛腿結(jié)構(gòu)形式，采用塔上張拉方式。

5 創(chuàng)新點

（1）隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁的建造除了滿足使用功能以外，尤其是在上跨景觀河道、濕地公園等對環(huán)境有獨特要求的項目中，橋梁的景觀設(shè)計要與周邊建筑和環(huán)境相映成趣、渾然一體。優(yōu)秀的設(shè)計方案勢必成為一道靚麗的風(fēng)景線，把自然、歷史、人文、藝術(shù)融為一體，交相輝映。該項目主橋結(jié)構(gòu)形式采用獨塔雙索面組合梁斜拉橋，索塔方案擯棄常規(guī)柱式索塔，大膽采用“水滴”形造型，美觀大方，不但能與濕地環(huán)境融為一體，還能喚起人們的環(huán)境保護(hù)意識、水資源保護(hù)意識。

（2）上部結(jié)構(gòu)主梁斷面采用鋼邊主梁結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板的組合結(jié)構(gòu)形式，施工時采用預(yù)制、拼裝理念，能有效縮短現(xiàn)場施工工期、控制工程質(zhì)量，加強(qiáng)周圍環(huán)境保護(hù)，提升橋梁工程的技術(shù)水平，響應(yīng)了我國節(jié)能、環(huán)保、低碳的經(jīng)濟(jì)發(fā)展主題。

（3）索塔錨固形式采用混凝土牛腿結(jié)構(gòu)形式，并將井字形低回縮預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)用于索塔斜拉索錨固區(qū)。該設(shè)計方法與傳統(tǒng)索塔拉索上錨點錨固區(qū)采用U 形預(yù)應(yīng)力鋼絞線法相比，完美地解決了由于U形預(yù)應(yīng)力鋼絞線平曲線半徑較小及夾片錨固端回縮產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失較大的問題。通過對橋梁施工建造過程及后期運營過程中對該區(qū)域進(jìn)行數(shù)值建模分析，該分析區(qū)域有限元計算模型如圖5 所示。

圖5 索塔錨固區(qū)有限元模型渲染圖

通過有限元計算模型分析結(jié)果可以得出結(jié)論：索塔拉索錨固區(qū)范圍內(nèi)混凝土塔壁及錨塊各向應(yīng)力分布較為均勻，應(yīng)力值均在設(shè)計范圍之內(nèi)，滿足結(jié)構(gòu)安全及規(guī)范要求，為該結(jié)構(gòu)形式理論提供了支撐。

（4）橋梁上跨丹河濕地，汽車車輪反復(fù)作用下瀝青類橋面物質(zhì)懸浮物會污染橋梁上跨河道，裝載有毒有害化學(xué)物品的車輛在橋上發(fā)生事故時有毒物品泄露會對橋下水體造成嚴(yán)重污染。因此，在濕地指定位置設(shè)置蒸發(fā)池，橋梁外側(cè)橋面下設(shè)置順橋向排水管，橋面雨污水經(jīng)泄水口流入順橋向排水管，并在指定位置將雨污水排入蒸發(fā)池。

6 結(jié)語

伴隨國內(nèi)公路、交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展，上跨景觀河道、濕地公園的橋梁數(shù)量將會持續(xù)增多。以景觀、環(huán)保為主線貫穿設(shè)計全過程將會成為新的設(shè)計要求，以人為本、人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展將會成為設(shè)計思路。