晏樂(lè)群

中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津300074

1 工程概況

吉林市環(huán)山大橋（深圳東路-新城大路）工程，南起新城大路，樁號(hào)K7 ＋265.517，向北依次跨越松濱路、松花江，繼續(xù)向北以高架形式依次跨越濱江南路、吉豐東路、龍豐線鐵路、城南街后與現(xiàn)狀環(huán)山街順接，樁號(hào)K9 ＋841.517。環(huán)山大橋主橋長(zhǎng)度為375m，跨徑布置為（30 ＋155 ＋100 ＋70 ＋20）m，主橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置為：3.45m（吊索區(qū)，含吊索區(qū)欄桿）＋5.5m（人行道及非機(jī)動(dòng)車道）＋0.5m（防撞護(hù)欄）＋16.25m（行車道）＋0.6m（防撞護(hù)欄）＋16.25m（行車道）＋0.5m（防撞護(hù)欄）＋5.5m（人行道及非機(jī)動(dòng)車道）＋3.45m（吊索區(qū)，含吊索區(qū)欄桿），總寬為52.0m。河道按照Ⅳ級(jí)航道，航道凈寬要求不小于100m，航道凈高要求不小于8m，采用三跨過(guò)河，其中通航跨為155m。

主橋結(jié)構(gòu)形式采用新穎獨(dú)特的三連拱方案，為異形提籃式中承式拱橋，是同類橋型中跨度最大的景觀拱橋，效果圖及橋型總圖布置見(jiàn)圖1、圖2。該橋主梁采用正交異性橋面板整體鋼箱梁，拱肋采用矩形斷面；主跨吊桿采用斜向江中央布置，梁上標(biāo)準(zhǔn)間距為12m；下部結(jié)構(gòu)采用圓端形拱座，矩形承臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。其中155m主跨矢跨比為1／2.2、100m 跨為1／2.9、70m 跨為1／3.85。邊跨拱肋與中跨拱肋保持在一個(gè)平面內(nèi)，橫向傾斜度1∶3.732，傾角15°。主跨兩片拱肋之間設(shè)置“一”字撐使其連成整體，形成強(qiáng)大的側(cè)向抗彎剛度以抵抗橫橋向的風(fēng)荷載，增加整體穩(wěn)定性。加勁梁通過(guò)吊桿或拱間橫梁支承于拱肋之上，155m 主跨主梁與斜腿固結(jié)，令橋跨橋面梁形成系桿結(jié)構(gòu)，平衡部分拱腳產(chǎn)生的水平推力，其余均支撐在拱間牛腿上。加勁梁在牛腿上設(shè)置豎向支撐，在梁拱間設(shè)置橫向支座，以抵抗風(fēng)荷載及橋梁扭轉(zhuǎn)作用。按照造型需要，最大主拱拱軸線朝一側(cè)傾斜，為優(yōu)化主拱的受力狀況，主跨吊索斜置，可使拱軸線更接近壓力線，節(jié)省用鋼量［3］。

圖1 環(huán)山大橋效果圖Fig.1 Renderings of Huanshan bridge

圖2 主橋橋型布置Fig.2 Layout of main bridge type

2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

2.1 橋面系

主橋加勁梁采用正交異性橋面板全焊鋼箱梁。根據(jù)構(gòu)造及施工架設(shè)的需要，主梁沿縱向主要?jiǎng)澐钟?2 種梁段。標(biāo)準(zhǔn)鋼梁頂面寬52m，單箱八室截面，箱室頂板設(shè)1.5%的橋面橫坡，箱室底板水平，板寬42m，橋梁中線處梁高3.0m。吊索在鋼梁上橫向間距為49.4m。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段加勁梁頂板厚16mm，底板厚14mm；車行道部分橋面板采用U 型加勁肋，高300mm、鋼板厚8mm，錨腹板、中腹板均采用球扁鋼加勁肋，規(guī)格160 × 11 型，其中中腹板板厚采用14mm，錨腹板加厚至30mm；橫隔板間距4.0m，厚14mm。

2.2 拱肋及風(fēng)撐

主橋拱肋由橋面兩側(cè)拱肋組成，鋼箱拱肋采用三維曲線造型，其中兩側(cè)主拱肋向橋面內(nèi)側(cè)傾斜，并在拱頂設(shè)置三道風(fēng)撐，以增加主拱肋的穩(wěn)定性；兩個(gè)次拱肋也朝橋面內(nèi)側(cè)傾斜，傾斜角度比主拱肋稍小，且不需要設(shè)置風(fēng)撐即可滿足受力要求，有更好的景觀效果。拱肋選用全焊等寬矩形鋼箱型截面，截面寬度均為3m，其中除拱腳部分拱肋采用變高度外，其余拱肋均為等高段。155m主跨拱肋等高段截面高度4.5m，頂、底板厚度40mm，腹板厚度30mm；100m 跨拱肋截面高度3.5m，頂、底板厚度30mm，腹板厚度20mm；70m跨拱肋高度為2.5m，頂、底板厚度30mm，腹板厚度20mm；鋼箱拱內(nèi)部設(shè)置縱、橫向加勁鋼板。拱肋普通隔板厚度為20mm，吊點(diǎn)隔板厚度為30mm。主跨拱肋頂?shù)装逶O(shè)五道縱向加勁肋，加勁肋高度為360mm、厚度為30mm，加勁肋間距為500mm，腹板縱向加勁肋高度為360mm、厚度為30mm，加勁肋間距在750mm～500mm 間變化?？v向加勁板肋在吊桿隔板處與其焊接連接，在普通隔板處連續(xù)通過(guò)。節(jié)段內(nèi)吊桿錨墊板通過(guò)承壓板座在外徑為260mm 的錨管上。管與隔板間為部分熔透等強(qiáng)焊接。

155m主跨鋼箱拱肋間設(shè)置箱形“一”字型橫撐，“一”字橫撐截面寬度為2.5m，高度為3.0m，橫撐頂?shù)装灏搴?0mm，腹板厚20mm。拱肋在橋面以下均采用混凝土結(jié)構(gòu)，為保證景觀要求，鋼與混凝土段斷面采用平齊構(gòu)造，且考慮到鋼結(jié)構(gòu)的耐久性，鋼混結(jié)合段設(shè)置在洪水位以上。鋼混結(jié)合段分為鋼結(jié)構(gòu)剛度過(guò)渡段及鋼包混凝土段，兩段以60mm厚承壓板為界線，鋼包混凝土段設(shè)置PBL 剪力鍵及預(yù)應(yīng)力筋，使鋼拱內(nèi)力更好地傳入混凝土。為了便于施工，在節(jié)段間主拱箱板的連接采用熔透焊接，縱向加勁肋的連接采用高強(qiáng)度螺栓栓接。鋼拱肋標(biāo)準(zhǔn)斷面構(gòu)造如圖3 所示。

圖3 拱肋標(biāo)準(zhǔn)斷面Fig.3 Standard cross section of arch ribs

2.3 吊索布置

主跨共布置9 對(duì)吊索，梁上間距12m，吊索與主拱軸線在一個(gè)平面內(nèi)。為優(yōu)化主拱的受力狀況，吊索沿拱平面向河中傾斜，傾斜角度為39.3°～82.2°。吊索采用環(huán)氧涂層鋼絞線吊索體系，型號(hào)為?15.2 -37、?15.2 -31，鋼絞線抗拉強(qiáng)度采用1860MPa，其兩端均采用復(fù)合冷鑄錨，拱頂采用錨管式錨固，梁上設(shè)置錨拉板，吊索在橋面處張拉。

2.4 伸縮縫

主跨側(cè)主橋與引橋聯(lián)間墩處采用160 型單元式多向變位梳形板伸縮縫，主橋與北側(cè)引橋聯(lián)間墩處采用240 型單元式多向變位梳形板伸縮縫，155m主跨與100m中跨間伸縮縫采用480 型單元式多向變位梳形板伸縮縫。伸縮縫預(yù)留槽內(nèi)澆注補(bǔ)償收縮型混凝土，混凝土內(nèi)摻加鋼纖維，摻量與橋面鋪裝混凝土相同。

2.5 支座

Z17＃墩155m 跨拱梁結(jié)合處牛腿設(shè)置2 個(gè)550t球形鋼支座和2 個(gè)500t球形鋼支座，Z17＃墩主橋100m 跨拱梁結(jié)合處以及Z19＃墩牛腿設(shè)置2個(gè)900t 球形鋼支座，Z15＃聯(lián)間墩設(shè)置4 個(gè)500t球形鋼支座，Z20＃聯(lián)間墩設(shè)置4 個(gè)400t球形鋼支座。本橋抗震設(shè)計(jì)采用彈性設(shè)計(jì)，對(duì)支座的水平承載力要求較高，選用的是高水平承載力的鋼支座。在相應(yīng)的拱梁相交處設(shè)置橫向支座，支座選用四氟板板式橡膠支座。

2.6 拱座

拱座結(jié)構(gòu)是連接中跨拱肋、邊跨拱肋、斜撐的重要節(jié)點(diǎn)，同時(shí)又是上部鋼結(jié)構(gòu)與下部混凝土承臺(tái)和基礎(chǔ)的重要連接節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)眾多結(jié)構(gòu)、眾多力系交匯，結(jié)構(gòu)受力及結(jié)構(gòu)構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。拱座設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土拱座，分為上下兩個(gè)部分?？紤]主拱的立面景觀效果，上拱座外側(cè)與主拱平面平齊布設(shè)，其混凝土實(shí)體部分隱藏在拱肋內(nèi)側(cè)。下拱座順橋向下小上大、橫橋向上小下大，迎水面采用圓弧形。

2.7 承臺(tái)及樁基設(shè)計(jì)

每個(gè)拱腳下設(shè)置獨(dú)立承臺(tái)，同一個(gè)墩位上兩個(gè)承臺(tái)用系梁連接，以平衡拱腳的橫向水平推力以及面外彎矩。本工程主墩基礎(chǔ)采用?1800mm鉆孔灌注樁，選擇中風(fēng)化砂礫巖作為樁基持力層，樁基采用嵌巖樁設(shè)計(jì)。

3 指導(dǎo)施工方法

主橋墩位均處在河道及灘涂之中，考慮橋梁結(jié)構(gòu)安全要求，承臺(tái)均埋置較深，因此要求主橋各墩位灌注樁、承臺(tái)采用鋼圍堰施工方法。主橋下部結(jié)構(gòu)鉆孔樁采用沖擊鉆機(jī)成孔，垂直導(dǎo)管法灌注水下混凝土。承臺(tái)及拱座均按大體積混凝土要求施工。邊墩墩身采用整體鋼模板一次澆筑完成。

三角剛架區(qū)斜腿在支架上現(xiàn)場(chǎng)分段拼接，并在斜腿中設(shè)置勁性骨架以防止支架沉降對(duì)斜腿產(chǎn)生的不利影響；三角剛架區(qū)施工時(shí)，需設(shè)置臨時(shí)系桿［4］。

上部結(jié)構(gòu)采用先梁后拱的施工方案，鋼梁可采用少支架法架設(shè)安裝，若施工期間要求通航，梁體也可采用頂推施工方法。鋼梁施工完畢后，在梁上進(jìn)行鋼拱肋的安裝及吊桿的安裝張拉，最后進(jìn)行橋面鋪裝及欄桿的附屬設(shè)施施工。

4 結(jié)語(yǔ)

吉林市環(huán)山大橋采用了三連拱的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)采用精細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，使結(jié)構(gòu)方案受力合理，更貼近景觀方案，并提供了可行的施工方案。該橋設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可為同類橋梁提供參考。