滕州市解放大橋構(gòu)思與設(shè)計(jì)

徐治芹，朱南松，祁永利

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院，天津市 300074）

1 概述

解放大橋位于山東省滕州市東北側(cè)荊河與小清河交匯處，跨越荊河，是滕州市兩河治理關(guān)鍵景觀節(jié)點(diǎn)，是荊河兩岸生態(tài)休閑長(zhǎng)廊建設(shè)工程項(xiàng)目的重要組成部分，是解放路貫穿城市東西主干道的咽喉。

解放大橋全長(zhǎng)405 m，其中主橋采用跨徑為40 m+36 m+34 m+175 m=285 m的獨(dú)塔單索面混合梁斜拉橋，見(jiàn)圖1。引橋?yàn)?×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。橋面全寬34 m。

圖1 解放大橋

2 設(shè)計(jì)原則及構(gòu)思

2.1 橋型方案設(shè)計(jì)原則

由于地處兩河治理的關(guān)鍵景觀節(jié)點(diǎn)，解放大橋在滿足功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)與環(huán)境相融合，努力成為該區(qū)域景觀亮點(diǎn)。橋型方案設(shè)計(jì)遵循以下原則：

（1）結(jié)構(gòu)安全、耐久，技術(shù)先進(jìn)，既能滿足現(xiàn)狀交通，又能適應(yīng)遠(yuǎn)期交通快速發(fā)展的需要。

（2）造型美觀、新穎，既能與周圍環(huán)境有機(jī)融合，又能體現(xiàn)滕州市蓬勃發(fā)展的城市風(fēng)貌。

2.2 主橋橋型方案的確定

（1）橋跨確定

橋址位于兩河交匯處，河面較寬。根據(jù)規(guī)劃，在此兩河治理的關(guān)鍵景觀節(jié)點(diǎn)上，橋梁需要一跨跨越主河道，所以本橋不設(shè)水中墩，采用一跨跨越荊河。另外綜合考慮輔路、沿河路的通行空間，橋梁主跨跨徑最終確定為175 m。

（2）橋型選擇

跨度175 m的橋型有連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋、拱橋與斜拉橋等。

連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋造價(jià)低，技術(shù)成熟，但梁體高度大，造型平庸壓抑，景觀效果差。另外，由于梁體高度大，若要滿足行洪要求，必須抬高橋面，這對(duì)兩頭接線會(huì)產(chǎn)生很大影響，使擋土墻過(guò)高，這是橋址旁的五星酒店不能接受的。

系桿拱橋造型豐富，在城市橋梁中，為了達(dá)到良好的景觀效果，一般會(huì)采用鋼拱鋼梁，這樣造價(jià)會(huì)大幅攀升，拱肋為壓彎構(gòu)件，若采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，其耐久性受到質(zhì)疑。

斜拉橋氣勢(shì)磅礴，造型優(yōu)美，采用組合結(jié)構(gòu)橋塔，可以有效控制投資，混合梁相比鋼梁更經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)剛度更好，因此是本橋首選橋型。

新一輪食品藥品監(jiān)管體制改革以來(lái)，甘肅省永登縣食品藥品監(jiān)督管理局不等不靠、攻堅(jiān)克難，優(yōu)化頂層設(shè)計(jì)、創(chuàng)新監(jiān)管舉措，探索建立了縣鄉(xiāng)兩級(jí)機(jī)構(gòu)高效運(yùn)轉(zhuǎn)、監(jiān)管責(zé)任有效落實(shí)的監(jiān)管機(jī)制，初步形成了能夠適應(yīng)新形勢(shì)、新體制的食品藥品安全治理體系，各項(xiàng)工作成效明顯，轄區(qū)連續(xù)5年未發(fā)生較大食品藥品安全事故。

（3）橋型布置

對(duì)于175 m跨度，單塔斜拉橋優(yōu)于雙塔，且處于經(jīng)濟(jì)跨徑之內(nèi)，氣勢(shì)更加雄偉。

本橋軸線與荊河呈斜交，拉索若采用雙索面布置，在視覺(jué)上會(huì)顯得凌亂，索面布置則讓人感覺(jué)簡(jiǎn)潔、明快。

獨(dú)柱式主塔有效減少了占用橋面的空間，塔尖的特殊處理增加了主塔的力度與動(dòng)感。橋塔采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。相比混凝土橋塔，節(jié)省了支模及模板費(fèi)用，減小了結(jié)構(gòu)尺寸；相比于鋼箱橋塔，充分發(fā)揮了混凝土的受壓性能，降低了造價(jià)，且具有良好的穩(wěn)定性。

整個(gè)主塔外觀挺拔、纖細(xì)，形式新穎、別致，結(jié)構(gòu)受力合理。

綜上，本橋采用鋼管混凝土獨(dú)塔單索面混合梁斜拉橋，符合橋梁的景觀定位，滿足各項(xiàng)要求。

3 橋梁總體設(shè)計(jì)

解放大橋全長(zhǎng)405 m,其中主橋長(zhǎng)285 m，兩側(cè)引橋分別長(zhǎng)60 m。主橋采用塔墩梁固結(jié)的獨(dú)塔單索面混合梁斜拉橋，主跨采用正交異性橋面板鋼箱梁，邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，鋼混結(jié)合段設(shè)置在主跨距主塔中線10.5 m位置。引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。立面布置見(jiàn)圖2。

斜拉橋在邊跨設(shè)置兩個(gè)輔助墩，主梁在的邊墩和輔助墩設(shè)置盆式支座，形成多跨連續(xù)梁體系。拉索與鋼箱梁在中央錨固區(qū)采用鋼錨箱連接；拉索與混凝土梁在中央錨固區(qū)采用混凝土楔形錨塊連接；拉索上端穿過(guò)鋼管混凝土橋塔后，錨固于中塔拉索錨固段。

橋梁橫斷面布置為：3.0 m人行道+3.5 m非機(jī)動(dòng)車道+8.5 m機(jī)動(dòng)車道+4 m中央分隔帶（布置橋塔和斜拉索）+8.5 m機(jī)動(dòng)車道+3.5 m非機(jī)動(dòng)車道+3.0 m人行道，全寬34 m。

橋面采用雙向1.5%橫坡，坡度由主梁頂面設(shè)置橫坡形成。橋面鋪裝采用澆筑式瀝青混凝土。

4 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 主塔結(jié)構(gòu)

主橋塔高90 m，采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。橋塔分下塔、中塔、上塔三部分，高度分別30 m、40 m、20 m。

下塔采用分離式雙鋼管混凝土塔柱形式。鋼管外徑3.6 m，壁厚50 mm，內(nèi)填C50微膨脹混凝土。兩鋼管中距5.6 m。

中塔為斜拉索錨固段。兩塔柱之間通過(guò)50 mm腹板連接成整體。同時(shí)用鋼板將兩中塔柱包裹成橢圓型，以達(dá)到良好的景觀效果。斜拉索錨槽鋼板均焊接在腹板上，錨槽鋼板依斜拉索角度的不同而不同，厚度為20 mm。由錨槽鋼板和鋼管構(gòu)成的空間澆筑微膨脹混凝土；由錨槽鋼板和腹板構(gòu)成的空間不澆筑混凝土，形成拉索安裝空間。

上塔為裝飾性橋塔，采用分離的兩鋼管結(jié)構(gòu)，鋼管外徑為3.6 m，管壁厚度為20 mm。塔頂安裝避雷裝置。

4.2 鋼箱梁結(jié)構(gòu)

鋼箱梁采用正交異性板的大懸臂扁平鋼箱梁結(jié)構(gòu)。鋼箱梁全長(zhǎng)164.5 m，懸臂翼緣至鋼梁底高度為2.8 m，橋梁中心線處梁高為3.055 m。鋼箱梁頂寬34m，梁底寬23.6m，兩側(cè)懸臂各3.0m。梁頂板設(shè)置1.5%的雙向橫坡，梁底水平。梁體斷面為單箱五室截面，通長(zhǎng)設(shè)兩道邊腹板、兩道中腹板及兩道錨腹板，邊腹板為向橋梁外側(cè)傾斜37.7°，見(jiàn)圖4。

箱梁頂板標(biāo)準(zhǔn)段厚度16 mm，斜拉索錨點(diǎn)附近加厚到24 mm；底板厚度14 mm，斜拉索錨點(diǎn)附近加厚到24 mm；箱梁錨腹板厚度30 mm，中腹板厚度20 mm，邊腹板厚度20 mm。

4.3 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁

全部邊跨以及主跨靠近主塔10.5 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁。預(yù)應(yīng)力混凝土梁梁高與鋼箱梁相同為2.8 m，全寬亦為34 m。箱梁為單箱五室截面，箱梁底寬23.6 m，箱頂寬34 m。箱梁頂板厚度30 cm，底板厚度30 cm，錨固箱室頂板厚度為80 cm，邊腹板和中腹板厚度70 cm，錨腹板厚度為100 cm，見(jiàn)圖5。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁內(nèi)布置高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線一端錨固于鋼混結(jié)合段的封頭板上。

4.4 鋼箱梁與預(yù)應(yīng)力混凝土梁結(jié)合段

圖2 解放大橋立面圖（單位：cm）

圖3 主塔斷面圖（單位：mm）

鋼混結(jié)合段設(shè)置在主梁彎矩和剪力均較小、主跨距主塔中心10.5 m處，結(jié)合段長(zhǎng)2.5 m。鋼箱梁端部設(shè)置多格室結(jié)構(gòu)，并在格室內(nèi)填充無(wú)收縮混凝土，通過(guò)剪力鍵傳遞軸力、剪力和彎矩。鋼混結(jié)合段增加π形加勁，以使剛度過(guò)渡平穩(wěn)。為了使鋼箱梁與混凝土箱梁緊密結(jié)合，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的預(yù)應(yīng)力束均錨固在結(jié)合段鋼梁的封頭鋼板上，在頂?shù)装逡苍O(shè)置了48根Ф25長(zhǎng)精軋螺紋鋼筋。

4.5 斜拉索

斜拉索采用扇形布置,單側(cè)分布13對(duì)，全橋共計(jì)斜拉索52根。斜拉索上端錨固于中塔內(nèi)部的斜拉索錨槽內(nèi)，下端錨固于中央分隔帶。塔上拉索錨固點(diǎn)豎直間距由下到上依次為4×3 m+8×2 m。主梁主跨側(cè)錨固點(diǎn)水平間距為12m；主梁邊跨側(cè)錨固點(diǎn)水平間距由橋塔起依次為5×9 m+7×4.5 m。橫橋方向斜拉索錨點(diǎn)距橋中心線0.5 m。

斜拉索采用直徑7 mm的低松弛高強(qiáng)度環(huán)氧噴涂平行鋼絲成品索,外層防護(hù)采用熱擠雙層高密度PE防護(hù)套,斜拉索兩端采用冷鑄鐓頭錨具。拉索張拉端設(shè)置在塔上。

4.6 阻尼裝置

拉索是斜拉橋上部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件，是一種柔性大、質(zhì)量小、阻尼小的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)，易發(fā)生各種類型的橫向振動(dòng)，包括風(fēng)雨振、渦振、交通荷載引起的振動(dòng)等。拉索的振動(dòng)會(huì)引起過(guò)往人員的不舒適感，對(duì)橋梁的安全性產(chǎn)生懷疑。拉索的經(jīng)常性大幅振動(dòng)容易引起錨固端的疲勞，或者損害拉索端部的腐蝕保護(hù)系統(tǒng)，縮短拉索的使用壽命，造成拉索失效，影響橋梁安全。同時(shí)，根據(jù)抗震計(jì)算結(jié)果，全橋68對(duì)拉索均在底部設(shè)置永磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器。

本橋選用的永磁調(diào)節(jié)式磁流變阻尼器，具有全振幅，提供的最大阻尼力可達(dá)3 kN，疲勞壽命200萬(wàn)次以上，在控制拉索微幅振動(dòng)下，使用壽命可達(dá)10 a以上，其運(yùn)營(yíng)期間基本不需要維護(hù)。

4.7 微膨脹混凝土配比設(shè)計(jì)

鋼管混凝土要求具有一定的膨脹性能，混凝土膨脹率影響混凝土與鋼管之間的密實(shí)程度，進(jìn)而影響鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，而膨脹率大小取決于混凝土中所用膨脹劑種類和摻量。因此，必須選用合適的膨脹劑和摻量，以保證混凝土的膨脹與強(qiáng)度增長(zhǎng)能匹配協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖4 鋼箱梁斷面圖（單位：mm）

圖5 混凝土箱梁斷面圖（單位：mm）

另外，為便于鋼管混凝土澆注，滿足施工工藝，要求混凝土早期強(qiáng)度高、坍落度大、緩凝、低熱、自密實(shí)及可泵性好等性能。

本橋主塔鋼管和鋼混結(jié)合段格室結(jié)構(gòu)內(nèi)，均需填筑微膨脹混凝土，本橋?qū)ξ⑴蛎浕炷恋呐浜媳群拖拗婆蛎浡蔬M(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果見(jiàn)表1所列。

表1 微膨脹混凝土配合比和限制膨脹率試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

（1）鋼管混凝土橋塔為軸壓構(gòu)件，充分發(fā)揮了鋼管對(duì)混凝土的套箍作用，承載能力高、穩(wěn)定性好。鋼管兼做混凝土澆筑時(shí)的模板，施工便捷、能有效節(jié)省投資，同時(shí)其外觀纖細(xì)優(yōu)美，可在斜拉橋橋塔的設(shè)計(jì)中推廣使用。

（2）本橋主跨采用鋼箱梁，自重小、強(qiáng)度高、跨越能力大，且外觀流暢輕盈。邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁，既為平衡主跨提供了所需的重量，又節(jié)省了工程造價(jià)。同時(shí)明顯提高了結(jié)構(gòu)剛度。鋼箱梁與混凝土梁通過(guò)鋼混結(jié)合段實(shí)現(xiàn)受力過(guò)度連接。

（3）拉索采用低松弛高強(qiáng)度環(huán)氧噴涂平行鋼絲成品索，承載能力高，防腐性能好。單索面扇形的布置方式，外觀簡(jiǎn)潔、明快，且韻律十足。

該橋現(xiàn)已投入運(yùn)營(yíng)，不僅大大緩解了滕州市的交通壓力，促進(jìn)東西城區(qū)經(jīng)濟(jì)互動(dòng)發(fā)展，而且對(duì)城市環(huán)境的美化、城市品位和檔次的提升具有重要意義，已成為滕州市地標(biāo)性景觀建筑。

[1]中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院.滕州市橋梁工程解放路大橋施工圖設(shè)計(jì)[Z].2009.

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