江西吉水贛江二橋工程總體設(shè)計(jì)

李永君，戴建國(guó)，盧永成

（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）

江西吉水贛江二橋工程總體設(shè)計(jì)

李永君，戴建國(guó)，盧永成

（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）

吉水贛江二橋工程橋梁全長(zhǎng)1 310 m，主橋采用跨徑為2×110 m的獨(dú)塔斜拉橋，江中引橋采用40 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制小箱梁橋，陸上引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土大箱梁橋。斜拉橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙肋式主梁、雙索面斜拉索，主塔上塔柱采用鋼結(jié)構(gòu)，下塔柱采用混凝土結(jié)構(gòu)，中間設(shè)置鋼混結(jié)合段。鋼混結(jié)合段采用有格室后承壓板形式，鋼與混凝土間通過焊釘和開孔板連接件結(jié)合。為研究其受力性能，進(jìn)行了縮尺比為1∶3的模型加載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該橋結(jié)合段受力合理。重點(diǎn)介紹該工程總體設(shè)計(jì)、科研試驗(yàn)及主塔技術(shù)特色。

總體設(shè)計(jì)；獨(dú)塔斜拉橋；鋼混組合塔；鋼混結(jié)合段

1　工程概況

該工程位于江西省吉水縣城，起于贛江西岸的光彩西大道，沿金灘大道，跨越贛江，東接吉陽路，終于萬里大道，全長(zhǎng)1 750 m，其中橋梁全長(zhǎng)1 310 m，東、西兩岸引道長(zhǎng)440 m［1］。

1.1自然條件

贛江是江西省內(nèi)第一大河流，橋位距上游石虎塘樞紐約38 km，距下游峽江樞紐約52 km。場(chǎng)區(qū)地貌為沖洪積河谷，西岸為一級(jí)階地，東岸為河漫灘，江中水流段為U型河谷。樁基礎(chǔ)按嵌巖樁設(shè)計(jì)，持力層為⑨-2層中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值4.2 MPa，屬極軟巖，覆蓋層厚度約6 m。

1.2建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：一級(jí)公路兼城市主干路；

（2）設(shè)計(jì)行車速度：60 km/h；

（3）汽車荷載：汽車按公路-I級(jí)設(shè)計(jì)，按城-A級(jí)驗(yàn)算；

（4）橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a；

（5）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/300，設(shè)計(jì)水位：52.88 m（黃海高程）；

（6）設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；

（7）結(jié)構(gòu)環(huán)境類別：Ⅰ類；

（8）設(shè)計(jì)風(fēng)速：100 a一遇V10=24.0 m/s；

（9）場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6度，抗震設(shè)防措施等級(jí)按7度，水平地震動(dòng)峰值加速度0.05g，抗震設(shè)防分類為甲類；

（10）通航標(biāo)準(zhǔn)：Ⅲ（3）級(jí)航道，雙孔單向通航，通航凈高10 m，凈寬55 m，最高通航水位49.97 m（峽江水庫(kù)建成后，黃海高程）。

1.3總體布置

該工程全橋分為主橋、西引橋和東引橋。西引橋采用40 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁，跨徑布置4×40 m+3×40 m+3×40 m+3×40 m=520 m。東引橋水中段采用40 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁，跨徑布置3×40 m+3×40 m=240 m。東引橋陸上段采用預(yù)應(yīng)力混凝土大箱梁，右幅跨徑布置（45+60+45）m+3×30 m+3×30 m=330 m，左幅跨徑布置（45+60+43）m+3×30 m+3×30 m=328 m。東岸設(shè)置梯、坡道方便行人和非機(jī)動(dòng)車上下橋。圖1為吉水贛江二橋工程效果圖，圖2為標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖。

圖1　吉水贛江二橋工程效果圖

圖2　標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：cm）

2　主橋

2.1橋型方案

該工程位于峽江水利樞紐庫(kù)區(qū)，景觀要求高，在綜合考慮功能、景觀、通航［2］、造價(jià)等因素后，經(jīng)過多輪方案比選，最終確定了主橋采用魚形塔斜拉橋?yàn)樵摴こ痰膶?shí)施方案［3］。主橋采用獨(dú)塔雙索面斜拉橋，跨徑布置110 m+110 m=220 m。斜拉橋采用整幅布置，預(yù)應(yīng)力混凝土主梁，平行鋼絲斜拉索。支撐體系為塔、梁固結(jié)，邊墩墩頂設(shè)滑動(dòng)支座。

根據(jù)受力特點(diǎn)和制造要求，合理應(yīng)用鋼與混凝土兩種材料于斜拉橋主塔設(shè)計(jì)，可以降低工程費(fèi)用并方便施工［4］，選擇不同的外形和材料可以組合成多姿多彩、新穎別致的各種形式［5］。2005年建成的南京長(zhǎng)江第三大橋在國(guó)內(nèi)首次采用鋼混組合索塔［6］。2013年建成的寧波大榭二橋鋼混組合索塔采用有格室前承壓板的方式［7］。該工程由于主塔造型特殊，受力復(fù)雜，因此采用鋼混組合索塔，并根據(jù)該工程特點(diǎn)采用有格室后承壓板的鋼混結(jié)合段。圖3為主橋總體布置圖。

2.2主梁

斜拉橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心雙縱梁斷面，縱梁中心橫向距離28 m。主梁標(biāo)準(zhǔn)寬度36 m，道路中心線處梁高3 m，采用C55混凝土，標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)度5.5 m，節(jié)段重量約452 t，17個(gè)節(jié)段。主梁采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力體系，真空輔助壓漿工藝，縱、橫向均按部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計(jì)，橋面板按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。為控制施工過程中主梁應(yīng)力，懸臂施工階段配置直徑32 mm精軋螺紋鋼筋作為施工預(yù)應(yīng)力，逐段張拉，并設(shè)連接器接長(zhǎng)。圖4為主梁構(gòu)造圖。

圖3　主橋總體布置圖（單位：m）

圖4　主梁構(gòu)造圖（單位：cm）

主梁懸臂澆筑采用長(zhǎng)平臺(tái)牽索掛籃，主要由承重系統(tǒng)、牽索系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、定位錨固系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等組成。掛籃長(zhǎng)15.5 m，寬39.9 m，單個(gè)掛籃重約205 t，其中掛籃主體結(jié)構(gòu)重約129 t，模板系統(tǒng)重約56 t，操作平臺(tái)重約20 t。圖5為掛籃系統(tǒng)布置圖。

2.3主塔

圖6為主塔構(gòu)造圖。塔柱橫向中心距離28 m，全高90 m，采用混合塔結(jié)構(gòu)，即錨固區(qū)及以上部分塔柱采用鋼結(jié)構(gòu)（高度45.8 m），錨固區(qū)以下部分塔柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（高度39.5 m），二者之間設(shè)置鋼混結(jié)合段（高度4.7 m）。塔頂設(shè)除濕設(shè)備，橋面處設(shè)主塔檢修人孔，塔內(nèi)設(shè)置爬梯。

塔柱橫橋向外輪廓線：塔底以上19 m范圍內(nèi)為圓弧線（塔底橫橋向?qū)? m），其余部分為直線（橫橋向?qū)?.5 m）。塔柱順橋向外輪廓線分為3段，均為相切的圓弧線，塔底順橋向?qū)挾?2 m，橋面處順橋向?qū)挾? m，上塔柱最寬處寬度9.6 m，塔頂處寬度3 m。

上塔柱共有19個(gè)節(jié)段，其中塔冠部分有2個(gè)節(jié)段，其余17個(gè)節(jié)段分別錨固17對(duì)斜拉索，每個(gè)節(jié)段設(shè)計(jì)為兩個(gè)獨(dú)立的箱形結(jié)構(gòu)，通過順橋向拉板連接，單個(gè)節(jié)段高度為2.2～2.5 m。塔壁鋼板厚度30 mm，拉板厚度40 mm，豎向加勁采用一字肋，尺寸為220 mm×22 mm，橫斷面外輪廓線為橢圓線接直線，橢圓短軸均為3.5 m，長(zhǎng)軸均為4.5 m。單個(gè)節(jié)段最大起吊重量 30 t。塔柱鋼材采用Q345qD。下塔柱鋼筋混凝土段采用單箱雙室空心薄壁結(jié)構(gòu)，壁厚0.95～2.2 m。橫斷面外輪廓線為橢圓線接直線。塔柱采用C55混凝土。

2.4主塔鋼混結(jié)合段

鋼混結(jié)合段3.5 m范圍內(nèi)填充C55低收縮混凝土，按有格室PBL剪力鍵（鋼筋混凝土棒剪力鍵群，以下簡(jiǎn)稱開孔板）結(jié)合焊釘方式布置。開孔板孔徑75 mm，內(nèi)穿鋼筋直徑25 mm；焊釘規(guī)格為D22×150 mm，開孔板和焊釘沿塔高方向交錯(cuò)布置16層。設(shè)計(jì)階段，開孔板抗剪承載力計(jì)算按照。在結(jié)合段混凝土澆筑頂面設(shè)置厚度為60 mm的承壓板，通過開孔板和焊釘將軸力從鋼塔柱均勻傳至混凝土塔柱。圖7、圖8分別為結(jié)合段鋼結(jié)構(gòu)、混凝土應(yīng)力分布。

設(shè)計(jì)分析比較了有無承壓板情況下的應(yīng)力情況。分析表明：增加承壓板使鋼混頂部混凝土能夠通過接觸承壓的方式傳遞軸力，增加了傳力面積，頂部混凝土承擔(dān)了更多的壓力，減小了頂部混凝土的主拉應(yīng)力。同時(shí)，增加承壓板使頂端連接件最大剪力大大減小，連接件最大剪力不再發(fā)生在頂端，而是在鋼混結(jié)合段底部。進(jìn)行了縮尺比為1∶3的單肢鋼混結(jié)合段模型加載試驗(yàn)［9］（見圖9），主要結(jié)論如下：

圖5　掛籃系統(tǒng)布置圖（單位：cm）

圖6　主塔構(gòu)造圖（單位：cm）

圖7　結(jié)合段鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布

圖8　結(jié)合段混凝土應(yīng)力分布

圖9　結(jié)合段加載試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

（1）鋼結(jié)構(gòu)板件應(yīng)力從上至下逐漸降低，混凝土應(yīng)力逐漸增加。鋼結(jié)構(gòu)板件Mises應(yīng)力在120 MPa以下，承壓板Mises應(yīng)力在45 MPa以下，混凝土主壓應(yīng)力大部分在16.0 MPa以下，應(yīng)力最大位置在結(jié)合段底部加勁肋周圍。

（2）主塔軸力分擔(dān)比例：承壓板約為40%，連接件約為60%，單個(gè)開孔板最大剪力約為160 kN，單個(gè)焊釘最大剪力約為50 kN。

（3）在2.5倍最不利工況荷載作用下，未發(fā)現(xiàn)鋼板件屈曲變形現(xiàn)象。

圖10為結(jié)合段加載試驗(yàn)。

圖10　結(jié)合段加載試驗(yàn)

2.5斜拉索

拉索按雙索面布置，采用環(huán)氧涂層平行鋼絲，塔上索距2.2～2.5 m，梁上索距5.5 m，全橋共設(shè)2× 17對(duì)斜拉索，合計(jì)68根。斜拉索規(guī)格有PES7-151、PES7-187、PES7-223、PES7-283、PES7-379；單根拉索最大噸位約932 t，安全系數(shù)k≥2.5。拉索高強(qiáng)鋼絲強(qiáng)度為1 670 MPa，錨具采用冷鑄錨，塔上張拉。

2.6基礎(chǔ)

斜拉橋主塔和邊墩承臺(tái)均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承臺(tái)兩端設(shè)置圓端形，以減少水流阻力。主塔承臺(tái)設(shè)置20根Φ2.5 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，邊墩承臺(tái)設(shè)置12根Φ2.0 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

3　引橋

3.1上部結(jié)構(gòu)

西引橋和東引橋水中段均采用40 m簡(jiǎn)支變連續(xù)預(yù)制小箱梁，梁高2.2 m。西引橋跨徑布置4× 40 m+3×40 m+3×40 m+3×40 m=520 m，采用整幅布置，橋?qū)?0 m。東引橋水中段跨徑布置3× 40 m+3×40 m=240 m，采用分幅布置，單幅橋?qū)?5.25 m。全橋共有190片小箱梁，采用架橋機(jī)通過梁上運(yùn)梁方式架設(shè)。

在東引橋登岸處，采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越新建城防堤以及濱江路，梁高2.0～3.5 m，滿堂支架分段澆筑施工。橋梁橫向分幅布置，單幅標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?5.25 m。兩幅橋均處于半徑1 500 m的圓曲線上，為使橋墩橫向基本對(duì)齊，右幅跨徑布置為45 m+60 m+ 45 m=150 m，左幅跨徑為45 m+60 m+43 m=148 m。在邊墩（Py24、Pz24，下同）處，單幅橋?qū)捠照?2.5 m，與3×30 m連續(xù)梁順接。

3.2下部結(jié)構(gòu)

小箱梁橋墩采用鋼筋混凝土立柱，預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，矩形實(shí)心截面鋼筋混凝土立柱。陸上承臺(tái)設(shè)置4根Φ2.0 m的鉆孔灌注，水中承臺(tái)設(shè)置8根Φ1.6 m的鉆孔灌注。橋臺(tái)采用肋板式橋臺(tái)，填土高度約7 m，設(shè)置12根Φ1.2 m鉆孔灌注樁。

大箱梁橋墩采用樁柱墩，每個(gè)橋墩2根立柱，矩形倒圓角截面，柱頂設(shè)置橫系梁。大跨中墩承臺(tái)設(shè)置12根Φ1.6 m鉆孔灌注樁，邊墩承臺(tái)設(shè)置4根Φ2.0 m鉆孔灌注樁，其余承臺(tái)設(shè)置4根Φ1.6 m鉆孔灌注樁。

4　結(jié)　語

贛江二橋主橋?yàn)橹骺?×110 m鋼混組合塔獨(dú)塔斜拉橋，主塔采用“雙魚”造型，新穎獨(dú)特。主塔鋼混結(jié)合段采用開孔板結(jié)合焊釘?shù)倪B接方式，技術(shù)特色鮮明［10］。設(shè)計(jì)過程中針對(duì)鋼混結(jié)合段開展了專題科研工作，進(jìn)行了縮尺比為1∶3的單肢鋼混結(jié)合段模型加載試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)受力性能良好。該工程于2013年4月開工，2015年8月竣工，工期28個(gè)月。希望該橋的設(shè)計(jì)實(shí)踐能豐富國(guó)內(nèi)橋梁造型，并對(duì)組合橋梁的發(fā)展提供借鑒。

［1］上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司.吉水縣贛江二橋工程施工圖［Z］.上海：上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，2013.

［2］江西省航務(wù)勘察設(shè)計(jì)院.吉水縣贛江二橋通航凈空尺度和技術(shù)要求論證研究報(bào)告［R］.南昌：江西省航務(wù)勘察設(shè)計(jì)院，2011.

［3］上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司.吉水縣贛江二橋工程初步設(shè)計(jì)［Z］.上海：上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，2013.

［4］張喜剛，劉玉擎.組合索塔錨固結(jié)構(gòu)［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［5］劉玉擎.組合結(jié)構(gòu)橋梁［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］戴永寧.南京長(zhǎng)江第三大橋鋼索塔技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［7］常彥虎，章建，王歲利，等.大榭二橋鋼索塔制作難點(diǎn)分析及對(duì)策［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2013，176（9）：52-55.

［8］趙晨，劉玉擎.開孔板連接件抗剪承載力試驗(yàn)研究［J］.工程力學(xué)，2012，29（12）：349-354.

［9］同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系.吉水縣贛江二橋混合塔受力分析及模型試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.上海：同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系，2014.

［10］李永君，戴建國(guó)，盧永成.吉水贛江二橋主橋的創(chuàng)新設(shè)計(jì)［C］//第二十一屆全國(guó)橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.北京：人民交通出版社，2014.

U442.5

B

1009-7716（2016）01-0059-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.018

2015-09-01

李永君（1978-），男，吉林通化人，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。