藤縣西江二橋南主橋總體設(shè)計(jì)分析

陳鑫　歐陽(yáng)平　劉夢(mèng)麟

摘要：藤縣西江二橋南主橋?yàn)椋?0+100+450+100+50） m雙塔雙索面混合梁飄浮體系斜拉橋，整體造型美觀，受力合理，主梁采用混合梁設(shè)計(jì)，中跨主梁采用創(chuàng)新的鋼-HUPC輕型組合梁，邊跨主梁采用混凝土梁。文章介紹了該橋的總體設(shè)計(jì)思路、橋型方案和主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)和決策提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：混合梁斜拉橋;總體設(shè)計(jì);型鋼-UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：U442文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

藤縣西江二橋南主橋?yàn)橹骺?50 m雙塔雙索面斜拉橋，斜拉橋主梁采用混合梁設(shè)計(jì)，中跨主梁采用鋼-HUPC輕型組合梁，邊跨主梁采用π形混凝土梁。中跨組合梁橋面板采用創(chuàng)新的型鋼-UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)，是國(guó)內(nèi)采用該類(lèi)型橋面結(jié)構(gòu)最大跨度的斜拉橋，與傳統(tǒng)組合梁相比大大減輕了主梁自重，節(jié)約了工程造價(jià)。本文將結(jié)合大橋的總體設(shè)計(jì)特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹其在橋型方案選擇、主要結(jié)構(gòu)方案方面的設(shè)計(jì)思路，以便為類(lèi)似斜拉橋的設(shè)計(jì)和決策提供有益的參考。

1 工程概況

藤縣西江二橋位于梧州市藤縣藤州鎮(zhèn)境內(nèi)，距現(xiàn)有藤縣西江大橋約6 km，由南橋、北橋組成。其中，南主橋的跨徑布置為（50+100+450+100+50） m，全長(zhǎng)750 m，為雙塔雙索面半漂浮體系混合梁斜拉橋。橋梁采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并兼顧市政橋梁的功能，設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)，通航標(biāo)準(zhǔn)滿足內(nèi)河Ⅰ級(jí)航道單孔雙向通航的要求。

2 主要建設(shè)條件

2.1 地形地貌

西江二橋橋位處屬剝蝕丘陵及河谷地貌，地形起伏較大，地面高程為18～140 m，相對(duì)高差約為122 m。河床呈開(kāi)闊的U字形，橋梁橫跨西江（潯江段）及洲島。洲島島長(zhǎng)約4.0 km，寬約800 m，島上地面高程約22～36 m。洲島將潯江分為南、北兩條河道。南、北兩岸岸坡均較陡，南岸坡角為45°～70°，北岸坡角為50°～90°。

2.2 通航條件

洲島將天然河道分為南、北兩汊。其中，規(guī)劃航道由南汊通過(guò)，南汊江面寬約680 m，水深約9～12 m，天然河槽較寬，整個(gè)河槽均是優(yōu)良的通航水域。目前，南橋所在的南汊航道規(guī)劃為Ⅰ級(jí)航道，通航3 000噸級(jí)船舶，單孔雙向通航凈寬為400 m，凈高為13 m。

2.3 工程地質(zhì)

橋址南岸的覆蓋層以粉質(zhì)黏土為主，厚約3 m;洲島岸覆蓋層以粉質(zhì)黏土和粉土為主，厚約16 m;江中覆蓋層較薄，局部沒(méi)有覆蓋層。南橋基巖為砂巖，強(qiáng)風(fēng)化層最大揭示厚度為39 m。中風(fēng)化層風(fēng)化不均勻，局部夾強(qiáng)風(fēng)化，巖石裂隙發(fā)育-稍發(fā)育，裂隙面鐵質(zhì)浸染，局部可見(jiàn)方解石脈穿插，巖體較破碎-完整，巖芯多呈短-中柱狀，少量碎塊狀，采取率中等-高。

2.4 地震烈度

橋梁建設(shè)區(qū)域的地震基本烈度為Ⅵ度，基本地震動(dòng)峰值加速度0.05 g，地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

2.5 基本風(fēng)速

廣西壯族自治區(qū)梧州市的基本風(fēng)速為26.3 m/s。根據(jù)橋位地表類(lèi)別（C類(lèi)）得到橋位處設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為20.65 m/s。

2.6 其他

項(xiàng)目水上運(yùn)輸條件較好，橋址位于西江上游，目前可通航2 000噸級(jí)船舶，水運(yùn)便利。項(xiàng)目陸運(yùn)條件一般，項(xiàng)目南岸有機(jī)耕路可到達(dá)橋址。

3 橋位方案設(shè)計(jì)

根據(jù)城市規(guī)劃，藤縣西江二橋在洲島島頭附近跨越潯江，橋位正好位于潯江分流口處。根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，水上過(guò)河建筑選址應(yīng)避開(kāi)分流口，且避開(kāi)距離不得小于頂推船隊(duì)長(zhǎng)度的4倍，當(dāng)橋梁選址不滿足避開(kāi)距離時(shí)，應(yīng)加大水上過(guò)河建筑物通航孔跨度或采取一孔跨過(guò)通航水域的方案?？紤]到如果在原規(guī)劃橋位建設(shè)橋梁，不但項(xiàng)目難以連接洲島地面道路，主橋跨徑和建設(shè)投資也將大幅增加。因此，藤縣西江二橋橋位調(diào)整至島頭下游約900 m處，在滿足規(guī)范要求避讓距離的前提下，盡量貼近原規(guī)劃橋位，更好地與規(guī)劃引道相銜接。選位示意圖見(jiàn)圖1。

4 橋型方案設(shè)計(jì)

4.1 總體思路

藤縣西江二橋南主橋總體設(shè)計(jì)需要綜合考慮橋位處通航、行洪、防撞、地質(zhì)等條件。橋梁主跨跨度主要由橋區(qū)航道的通航要求決定，大橋需要跨越洲島南汊主航道。洲島南汊天然河槽較寬闊，整個(gè)河槽均是優(yōu)良的通航水域。根據(jù)通航要求，南橋的凈空尺度按Ⅰ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)控制，橋梁通航凈寬為400 m，凈高為13 m。結(jié)合上述通航要求，并綜合考慮預(yù)留橋墩承臺(tái)及防撞設(shè)施等寬度后，通航孔跨跨徑≥450 m。該跨度下的適用橋型有懸索橋、斜拉橋和拱橋[1]。就拱橋而言，由于江面寬約680 m，拱橋的拱座基礎(chǔ)均落在水中，河槽水深較深，有推力拱橋的拱座基礎(chǔ)造價(jià)較高，施工難度大;無(wú)推力系桿拱橋方案的跨徑也已超過(guò)其經(jīng)濟(jì)跨徑。因此，拱橋方案在本橋建設(shè)條件下并不合理。就懸索橋而言，450 m跨徑較小，不是其經(jīng)濟(jì)跨徑，且兩岸中風(fēng)化巖層的巖面較深，不利于兩岸錨碇的設(shè)計(jì)和施工。因此，懸索橋方案在本橋建設(shè)條件下也不合理。對(duì)于斜拉橋方案，450 m是雙塔斜拉橋的常規(guī)跨徑，也是經(jīng)濟(jì)跨徑。斜拉橋450 m主跨基本跨越了洲島南汊主要的河槽水域。

對(duì)于邊跨和主跨采用同一種梁型的常規(guī)斜拉橋，其邊中跨比在0.4～0.5之間，岸上邊跨長(zhǎng)度較長(zhǎng)，主橋規(guī)模相對(duì)較大;而邊跨和主跨采用不同梁型的混合梁斜拉橋，其邊中跨比在0.3～0.45之間，可以縮減邊跨長(zhǎng)度，降低主橋規(guī)模和工程造價(jià)。

4.2 主梁方案及邊跨布置

就斜拉橋主梁形式而言，目前跨度在400 m以下的斜拉橋主要以預(yù)應(yīng)力混凝土梁為主，跨度400～500 m之間以預(yù)應(yīng)力混凝土梁和鋼-混組合梁兩種主梁形式為主，跨度>500 m以鋼-混組合梁和鋼箱梁為主。450～590 m為鋼-混組合梁斜拉橋的經(jīng)濟(jì)跨徑，和鋼箱梁相比，組合梁形式在一定程度上會(huì)增加主梁自重，但混凝土橋面板是優(yōu)秀的承壓結(jié)構(gòu)，可以和鋼梁共同承擔(dān)主梁軸力，且其增加了主梁的整體剛度及橋面板局部剛度，同時(shí)避免了鋼橋面鋪裝帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn);而和混凝土梁相比，雖然采用鋼-混組合梁方案比預(yù)應(yīng)力混凝土梁方案略貴，但鋼-混組合梁具有利于控制施工質(zhì)量、施工工期較短、施工風(fēng)險(xiǎn)較低等優(yōu)點(diǎn)。