三官堂大橋主橋設計要點

張洪金

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092]

1 概述

鋼桁梁橋是鋼結構橋梁比較常用的橋型之一，具有外形雄偉壯觀、跨越能力大、結構剛度大、承載能力高等優(yōu)點，世界上已建成鋼桁梁橋的最大跨徑超過了500 m[1]。國外的早期鐵路橋大多采用鋼桁梁橋，建成于1890年的英國福斯鐵路橋是一座兩跨懸臂鋼桁架橋，至今仍處于營運狀態(tài)，這座大橋也代表了當時世界橋梁建設的領先水平。

新中國成立后，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的鋼桁梁橋技術水平有了長足的發(fā)展，逐步實現(xiàn)了結構形式多樣化、橋梁規(guī)模大型化、連接方式焊接化。1957年建成通車的武漢長江大橋，主橋為3 聯(lián)3×128 m連續(xù)米字型連續(xù)鋼桁梁橋，是第一座跨越長江的現(xiàn)代化大橋。1995年4月建成的孫口黃河大橋是我國第一次應用整體節(jié)點和節(jié)點外拼接技術[1-2]的大橋。整體節(jié)點技術的應用，提高了鋼梁工廠化制造程度，方便工地安裝，改善了工地工作條件。

寧波三官堂大橋工程南起江南路與院士路平交路口，路線向北跨越臘梅路、盎孟港路、甬江、寧鎮(zhèn)路后落地與中官西路平交。工程全長約3300 m，主線跨甬江采用橋梁方案，一跨過江，主橋采用連續(xù)鋼桁梁橋，跨徑布置為160+465+160=785 m，主線橋梁全長約2203 m，地面輔道全長約2680 m，主橋立面布置見圖1。

圖1 主橋立面布置（單位：m）

2 主要設計參數(shù)及建設條件

2.1 主要設計參數(shù)

（1）道路等級：城市主干路。

（2）設計速度：60 km/h。

（3）橋面規(guī)模：雙向8 車道+兩側人非通道。

（4）設計荷載：城-A 級。

（5）通航標準：海運Ⅲ級航道，凈寬140 m，凈高20 m，最高通航水位為3.27 m；跨甬江主橋一跨過江，江內(nèi)不可設墩。

（6）設計基本風速：31.3 m/s。

（7）地震動峰值加速度：E1 為0.098g，E2 為0.162g。

2.2 建設條件

（1）地形、地貌

本項目所屬地貌類型在甬江大堤兩側均為濱海沖湖積平原地貌，地貌類型單一，地勢平坦，在甬江南岸大堤向北150 m 左右為灘涂地貌，現(xiàn)狀蘆葦茂密。跨越甬江處河槽寬度約450 m，航道繁忙，北岸碼頭林立，橋梁需考慮通航凈空要求，并應考慮航道偏向北岸的實際情況。

（2）工程地質(zhì)

主橋主墩及邊墩上部軟土地層以淤泥質(zhì)黏土為主，主墩選擇10-2 層礫砂作為樁基持力層，邊墩采用9-1 層粉質(zhì)黏土作為樁基持力層，樁基均按摩擦樁計算，根據(jù)實際計算樁長。

（3）航空限高

本工程擬建場地西北方向有一座機場，即莊橋機場。本工程主橋基本正對現(xiàn)狀莊橋機場跑道，位于航線位置上，主橋主墩距現(xiàn)狀莊橋機場直線距離約3.3 km，橋梁方案需滿足機場限高的要求，結構高度不得超限。

3 上部結構設計

主橋上部結構為三跨連續(xù)鋼桁梁，跨徑布置為160+465+160=785 m。桁架采用變高桁，桁式采用“N”形桁，跨中桁高14.5 m，邊墩頂桁高15.0 m，中墩墩頂桁高42.0 m。桁架基本節(jié)間距15.0 m，在中墩頂附近為18.75 m，主墩處橋面下設置V 撐。橋面系采用正交異性鋼橋面板，板桁結合，主桁橫斷面見圖2。

圖2 主梁橫斷面（單位：m）

3.1 主桁結構

主桁由兩片桁架組成，單片桁架包括上弦桿、下弦桿、V 撐、豎腹桿和斜腹桿。桁架節(jié)點采用焊接整體式節(jié)點，節(jié)段之間采用焊接連接。桁梁采用Q345qD、Q420qE 兩種鋼材。

上、下弦桿及V 撐均采用箱型斷面，上弦桿外寬2200 mm，外高1800～2800 mm，板厚12～55 mm；下弦桿外寬2200 mm，外高2000 mm，板厚16～50 mm；V 腿外寬2200 mm，外高3000 mm，板厚45～50 mm。弦桿頂、底、腹板均設板式縱向加勁肋，對于上、下弦桿一般斷面，頂、底、腹板各設兩道縱向加勁肋。

豎腹桿及斜腹桿斷面均為箱型，標準豎腹桿順橋向外寬1200 mm，橫橋向外寬2200 mm，板厚16～28 mm；斜腹桿順橋向外寬1200 mm，橫橋向外寬2200 mm，板厚12～36 mm。腹桿頂、底、腹板均設板式縱向加勁肋，其中腹板（橫橋向）設一道，頂、底板（順橋向）各設一道。

上、下弦桿及腹桿的斷面見圖3。

圖3 弦桿及腹桿斷面（單位：mm）

3.2 聯(lián)接系

在上弦桿平面內(nèi)設置菱形上平聯(lián)，上平聯(lián)由斜桿以及撐桿組成。上平聯(lián)斜桿采用箱形斷面，外寬600 mm，外高600 mm，板厚16～20 mm。標準上平聯(lián)撐桿采用焊接工字型斷面，外寬600 mm，外高600 mm，翼緣厚20 mm，腹板厚16 mm；墩頂處上平聯(lián)撐桿受力較大，采用箱形斷面，外寬800 mm，外高600 mm，板厚20～30m m。為減小上弦桿面外力，在主墩菱形平聯(lián)中間增設箱形撐桿，撐桿外寬800 mm，外高800 mm，板厚24 mm。上平聯(lián)及橫聯(lián)總體布置圖見圖4。

圖4 上平聯(lián)及橫聯(lián)總體布置圖（單位：mm）

在V 撐下弦桿平面內(nèi)設置K 形下平聯(lián)，因受力較大，其斜桿及撐桿均采用箱形斷面。標準斜桿及撐桿外寬1500 mm，外高1200 mm，板厚16～24 mm。

主桁每兩個節(jié)間設置一道桁架式橫聯(lián)，位于菱形平聯(lián)交點處。橫聯(lián)有3.0 m 高、3.5 m 高及4.0 m 高三種類型。標準橫聯(lián)腹桿采用雙槽鋼構造，槽鋼規(guī)格為36 a；下弦桿采用焊接工字鋼，外寬600 mm，外高800 mm，翼緣厚24 mm，腹板厚16 mm。

在中支點處設桁架式橋門架，高8 m，腹桿及下弦桿均采用箱形截面，腹桿高660 mm，寬640 mm，下弦桿外寬800 mm，外高600 mm，板厚20～30 mm。

平聯(lián)及橫聯(lián)采用Q345qD 鋼材，槽鋼采用Q345D鋼材。

3.3 橋面系

橋面系采用正交異性鋼橋面板，板桁結合，橋面板厚16 mm，下設8 mm 厚U 形閉口加勁。桁架節(jié)點位置設置箱形主橫梁，標準間距15.0m，主橫梁外高2000～2700 mm，外寬1200 m，板厚14～28 mm。主橫梁之間設置工字形副橫梁，副橫梁標準段間距為3.45 m，梁高800 mm，寬300 mm，腹板厚12 mm，底板厚16 mm。橋面橫向設置8 道工字形小縱梁，靠近主桁側小縱梁高2000 mm，其余小縱梁高1200 mm，底板寬400 mm，小縱梁腹板厚14～16 mm，底板厚16 mm。橋面系采用Q345qD 鋼材。

為了平衡邊墩支座處出現(xiàn)的負反力，邊跨邊墩頂17.1m 范圍橋面采用整箱結構，在箱形斷面內(nèi)采用容重為31 kN/m3的鐵砂混凝土集中壓重。箱形斷面梁高2400～2700 m，頂板厚16 mm，底板厚16～24 mm，每3.45 m 設置一道橫隔板，標準隔板板厚14～20 mm。

4 下部結構及基礎設計

4.1 主墩基礎

主墩承臺采用整體式承臺，平面上呈啞鈴形。承臺橫橋向尺寸為52.7 m，順橋向尺寸為19.0 m，中間系梁尺寸為10 m，承臺通厚6 m。主墩承臺下部采用30 根φ2.0 m 鉆孔灌注樁，樁長為84-86 m，樁端持力層為10-2 層礫砂層。主墩基礎構造圖見圖5。

圖5 主墩基礎構造圖（單位：mm）

4.2 邊墩及基礎

邊墩采用框架式雙柱墩，兩根立柱中心線間為30.4 m，關于道路中心線對稱布置。墩柱采用箱形斷面，外觀呈矩形，斷面尺寸為5 m（橫橋向）×4.5 m（順橋向），壁厚0.7～1 m。邊墩蓋梁為預應力混凝土結構，空心矩形截面，斷面尺寸為6 m（順橋向）×3 m（橫橋向），頂、底、腹板厚0.5～1 m。

與主墩承臺類似，邊墩亦采用啞鈴形承臺，承臺平面尺寸為8.4 m（順橋向）×38.8 m（橫橋向），厚度3.0 m，中間系梁寬4.5 m。每個邊墩基礎下采用21根φ1.2 m 鉆孔灌注樁，樁長69 m，樁端持力層為9-1 層粉質(zhì)粘土層。邊墩及基礎構造圖見圖6。

圖6 邊墩及基礎構造圖（單位：mm）

5 橋梁主要附屬設施

5.1 支座

主橋主墩采用140000 kN 級球形鋼支座，邊墩采用15000 kN 級球形鋼支座。主墩支座并聯(lián)疊層橡膠支座，在E2 地震作用下，允許縱向固定支座連接件順橋向破壞，通過疊層橡膠支座耗能，這種新型組合抗震體系不但有效地解決了本橋的抗震問題，同時也節(jié)約了工程造價。

5.2 伸縮縫

主橋兩端采用單元式多向變位梳形板橋梁伸縮縫，滿足橋梁的縱向位移以及梁端轉角需要。

5.3 檢修車

主橋設橋梁檢修車，檢修車分橋上檢修車與橋下檢修車兩種，各一部，全橋共兩部，均為桁式檢修車，檢修范圍覆蓋全橋。橋上檢修車軌道位于主橋上弦桿頂部，用于檢修上弦桿、腹桿、上平聯(lián)等橋面以上的結構；橋下檢修車懸掛于橋面系下方，用于檢修梁底。

6 施工方案

主橋施工比選了懸臂拼裝、中跨大節(jié)段吊裝及轉體施工方案，綜合主墩基礎規(guī)模、對兩岸大堤的影響、對航道的影響、施工風險及費用等因素，最終采取中跨節(jié)段懸臂拼裝、邊跨散拼的施工方案。

下部結構采用先鉆孔灌注樁后澆筑承臺及墩柱的陸上橋梁下部結構常規(guī)施工方案，上部結構施工先從主墩墩頂處及邊跨施工開始。邊跨橋面系采用支架施工，橋面系及主桁桿件在工廠分段加工制造，船運至施工現(xiàn)場，利用運梁小車將橋面系逐段滑移至安裝位置。橋面系安裝完畢后自墩頂位置逐段焊接拼裝桁梁桿件，邊跨安裝完畢后分批次澆筑壓重混凝土，中跨鋼桁梁由橋面吊機按每15 m 一個節(jié)段逐段安裝直至中跨合龍。為改善體系受力，在安裝前預先將邊墩支點下壓0.8 m，待中跨合龍后頂升至原位。主橋施工步驟示意圖見圖7。

圖7 主橋施工步驟示意圖

7 結語

三官堂大橋主橋采用大跨徑三跨連續(xù)鋼桁梁橋橋型，整個橋梁外觀簡潔舒展，大橋猶如金龍騰飛，以獨特的結構體系、精致的構造細節(jié)、優(yōu)美的景觀造型、創(chuàng)記錄的全焊接制造工藝，為同類型橋梁在結構設計、工廠制造、施工架設等方面積累了豐富的經(jīng)驗。本橋目前已建成通車，其優(yōu)美的造型使該橋成為寧波市新的地標性橋梁之一。