華電望亭至無(wú)錫供熱管網(wǎng)過(guò)望虞河懸索管廊橋工程設(shè)計(jì)

朱 怡，鮑宏波

（無(wú)錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 無(wú)錫 214072）

1 工程概況

根據(jù)保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排的要求，對(duì)無(wú)錫市區(qū)熱電企業(yè)進(jìn)行整合整治，部分熱電廠將關(guān)停。為保證工業(yè)、商業(yè)及部分居民的正常供氣，建設(shè)華電望亭至無(wú)錫供熱管網(wǎng)兩根，分別為DN800、DN900，從望亭發(fā)電廠出口跨過(guò)望虞河，沿滬寧鐵路邊敷設(shè)，至無(wú)錫市區(qū)及新區(qū)，單根管道總長(zhǎng)度為15 km左右。在供熱管道跨越望虞河處擬建管廊橋一座。

2 地形、氣象、水文、地質(zhì)等自然條件

該管廊橋工程位于望虞河望亭水利樞紐以東，滬寧鐵路橋以西，該段望虞河長(zhǎng)約1.2 km，呈東西走向，現(xiàn)狀水面寬度120～140 m，其南岸為望亭電廠廠區(qū)，北岸現(xiàn)狀為綠地。望虞河南岸有一500 kV高壓輸電線廊，其邊導(dǎo)線距離望虞河岸線21 m～46 m，距離地面15 m～25 m。

橋址處屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，呈現(xiàn)冬季干冷、夏季濕熱、四季分明、降雨充沛和臺(tái)風(fēng)頻繁等氣候特點(diǎn)。冬季受西北冷氣團(tuán)侵襲，盛行西北風(fēng)，氣候寒冷干燥；夏季受海洋氣團(tuán)的控制，盛行東南風(fēng)，水汽豐沛，氣候炎熱濕潤(rùn)。多年平均氣溫15℃～17℃。望虞河為蘇州和無(wú)錫的界河，連接太湖和漕湖，下游直通長(zhǎng)江，是太湖流域重要的防洪河道，且為五級(jí)通航河道，通航凈高為5 m，凈寬為45 m。橋位處河流水面寬度120～140 m，河底寬一般為70～90 m，河底高程-3.0m，邊坡多為1:3。擬建橋梁處最高、最低通航水位為4.52 m、2.55 m（吳淞高程，相當(dāng)于1985國(guó)家高程基準(zhǔn)的2.69m和0.72m）。多年平均降水量為1 177 mm，其中約60%集中在5～9月的汛期。

場(chǎng)地為長(zhǎng)江三角洲河湖沖積平原，相對(duì)較平坦，無(wú)不利地形地貌存在，穩(wěn)定性較好。

3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

該橋?yàn)楣芾葮颍钶d2根Ф920與1根Ф820供熱管道，Ф920管道計(jì)算荷重390 kg/m，Ф820管道計(jì)算荷重375 kg/m，檢修道兩條，活載各1 kN/m。整體升溫26℃，降溫29℃（合龍溫度按20℃計(jì)）。百年一遇基本風(fēng)壓0.5 kN/m2，基本風(fēng)速28.6 m/s。考慮到遠(yuǎn)期望虞河向北拓浚約60 m，橋跨向北延伸一跨45 m簡(jiǎn)支桁架，支墩位于望虞河遠(yuǎn)期駁岸青坎上。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

望虞河是太湖流域重要的泄洪通道，根據(jù)水利主管部門(mén)的意見(jiàn)，該段河道水中不設(shè)墩，需采用懸索或斜拉索結(jié)構(gòu)等具有高聳結(jié)構(gòu)的橋型來(lái)實(shí)現(xiàn)一跨過(guò)河。由于望虞河南岸的500 kV高壓線廊是主要的制約因素，用于錨固主塔的背索與高壓線之間的距離須要滿(mǎn)足安全凈距的要求，因此，南側(cè)主塔結(jié)構(gòu)盡量貼近岸線布置；北側(cè)考慮到望虞河遠(yuǎn)期向北側(cè)拓寬約60 m，故將這次實(shí)施的北側(cè)錨碇布置到遠(yuǎn)期河岸線之外，同時(shí)設(shè)置一簡(jiǎn)支跨桁架，以減小對(duì)遠(yuǎn)期河道水面的侵占。由于帶拉索結(jié)構(gòu)的整體剛度隨跨度的增大而減小，為此宜盡量縮短結(jié)構(gòu)跨徑，設(shè)置的管廊結(jié)構(gòu)管架橋應(yīng)盡量控制與河道的斜交角度。同時(shí)，北側(cè)錨碇應(yīng)與鐵路保持安全距離。由于該橋沒(méi)有岸跨作為平衡重，同時(shí)為減小塔的高度，主跨采用懸索結(jié)構(gòu)的型式。

該管廊工程結(jié)構(gòu)采用單跨142 m的地錨式懸索結(jié)構(gòu)+單跨45 m的簡(jiǎn)支鋼桁架結(jié)構(gòu)，其中懸索結(jié)構(gòu)跨越現(xiàn)狀望虞河，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)向北延伸至擬拓浚后的望虞河青坎（見(jiàn)圖1）。懸索結(jié)構(gòu)南錨碇距離主塔約43 m，北錨碇距離主塔約46 m，其與望虞河河道中線的交角為83°，南側(cè)主塔貼近現(xiàn)狀岸線，北側(cè)主塔布置在現(xiàn)狀道路的北面，南側(cè)錨碇位于高壓線廊下方（垂直凈高9.6 m，滿(mǎn)足安全距離），北側(cè)錨碇距離滬寧鐵路約15 m。

懸索結(jié)構(gòu)主要由桁架式加勁梁、主塔、主纜和吊索構(gòu)成。簡(jiǎn)支桁架結(jié)構(gòu)主要由鋼桁架梁和支墩構(gòu)成。單跨142 m雙索面地錨式懸索結(jié)構(gòu)，主跨垂跨比1/10，垂度14.2 m。

橋面加勁梁為鋼桁架，全寬6.85 m（弦桿軸線寬度6.7m），桁架高2.05 m（弦桿軸線高度1.8m），桁架梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段間距為5 m。為便于制作及安裝，加勁梁采用型鋼分段焊接預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)吊裝、螺栓連接的形式。

主塔為鋼管桁架，鋼管主要采用Q345φ426×12和φ273×10兩種規(guī)格的鋼管，塔高22.75 m，主塔墩身為C30鋼筋混凝土，墩身下接2 m高承臺(tái)，承臺(tái)下接8根直徑1.2 m鉆孔灌注樁。

主纜在兩塔之間為對(duì)稱(chēng)布置，因橋跨與河道斜交，同時(shí)受高壓線及鐵路的制約，主塔至錨座距離為非對(duì)稱(chēng)。全橋共設(shè)置兩根主纜，主纜間距6.7 m，垂跨比1/10，垂度14.2 m，單根主纜為一根PES5-301索股，采用兩端張拉形式，錨具采用冷鑄錨錨具。主纜為1 670 MPa平行鋼絲，荷載組合下安全系數(shù)3.20。

吊索標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段間距5 m，近塔柱處間距6 m，共設(shè)置27對(duì)（54根）。吊索采用單根PES5-19索股，單耳內(nèi)旋套筒調(diào)節(jié)形式。吊索同樣采用1 670 MPa平行鋼絲，荷載組合下安全系數(shù)5.42。索夾采用左右兩半壁厚16 mm的鑄鋼件，索夾分兩類(lèi)，索夾長(zhǎng)度均為260 mm，僅耳板尺寸依據(jù)傾斜角度不同而有差異，索夾上耳板定位孔位置根據(jù)吊索處主纜角度不同而確定，索夾兩半采用齒形接縫，接縫留有5 mm空隙，以適應(yīng)主纜空隙率與設(shè)計(jì)空隙不一致的誤差。索夾處主纜PE剝除后，采用內(nèi)襯芯墊塊，并采用高強(qiáng)螺栓夾緊索體，防止下滑。吊索索夾抗滑安全系數(shù)為6.15。

主纜鞍座采用全鑄式結(jié)構(gòu)，分鞍座、鞍體及鞍蓋，均采用ZG270-500，鞍體頂部及鞍蓋下部?jī)?nèi)設(shè)置1 800 mm半徑的圓弧槽，在主纜就位并調(diào)整纜型后，用高強(qiáng)螺栓將索股壓緊，同時(shí)用高強(qiáng)螺栓將鞍座固定于塔頂鋼橫梁，鞍蓋與鞍座間設(shè)置密封條+密封膠，強(qiáng)化防腐措施。主纜及吊索護(hù)套采用雙層，內(nèi)層為黑色高密度聚乙烯，外層為彩色高密度聚乙烯。

該橋錨碇采用混凝土樁基礎(chǔ)＋承臺(tái)＋錨座的結(jié)構(gòu)模式，北側(cè)錨碇承臺(tái)同時(shí)兼作45 m簡(jiǎn)支桁架支墩的基礎(chǔ)。錨碇抗滑及抗傾覆安全系數(shù)均在2.0以上。

橋面在供熱管道及護(hù)欄之間設(shè)置成品鍍鋅鋼格柵板，并通過(guò)槽鋼等固定在加勁梁上。

該橋由于主塔采用高強(qiáng)度鋼材，主橋塔頂位移相對(duì)較小，與常規(guī)懸索橋結(jié)構(gòu)塔頂鞍座設(shè)置預(yù)偏的形式不同，該橋采用主纜與鞍座固定的形式，并通過(guò)張拉背索來(lái)調(diào)節(jié)塔頂位移，改善塔根部應(yīng)力。該橋未采用分段式主纜，即主跨及兩個(gè)岸側(cè)采用分段主纜、分別錨固在塔頂?shù)男问?，而是采用整根主纜，簡(jiǎn)化了塔頂構(gòu)造及張拉工序，加快了工程進(jìn)度。

圖2為該橋建成后的實(shí)景。

圖1 望虞河供熱管廊橋立面布置圖及主塔斷面圖（單位：m）

5 主要施工方法

先施工鉆孔灌注樁，然后進(jìn)行承臺(tái)及錨碇的施工。根據(jù)水利部門(mén)要求，主塔承臺(tái)應(yīng)位于遠(yuǎn)期規(guī)劃河床以下，即承臺(tái)基坑開(kāi)挖深度達(dá)10 m。其中，由于南側(cè)主塔位于現(xiàn)狀駁岸青坎處，外圍采用木樁土圍堰的方式防護(hù)駁岸護(hù)坡；同時(shí)，施工采用鉆孔灌注排樁+水泥土攪拌樁止水帷幕的形式進(jìn)行支護(hù)，以確保防汛大堤的安全。北側(cè)主塔距離現(xiàn)狀岸堤較遠(yuǎn)，采用鋼板樁進(jìn)行基坑支護(hù)，加快施工進(jìn)度并節(jié)省了工程造價(jià)。

進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)部分節(jié)段在工廠制作涂裝，并預(yù)制主纜及吊索；然后進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)塔柱的現(xiàn)場(chǎng)安裝，再安裝主纜及吊索，其中在鞍座及索夾處PE剝除。

圖2 管廊橋建成后實(shí)景

利用浮運(yùn)吊裝加勁梁節(jié)段，節(jié)段間采用臨時(shí)栓接；待橋面合龍后在橋面上布置格柵板、管托、欄桿等構(gòu)件，鋪設(shè)管道后，加勁梁節(jié)段間采用高強(qiáng)度螺栓連接，最后進(jìn)行管道接頭安裝及調(diào)試。

主塔的偏位是需要控制的主要方面，施工期間，在塔安裝就位時(shí)，塔頂向岸側(cè)偏移5 cm，隨著加勁梁節(jié)段的安裝，主塔向河心側(cè)偏移，待加勁梁合攏后，張拉背索，使塔頂偏向河岸側(cè)，待橋面附屬及管道安裝后，主塔回正至垂直狀態(tài)。

6 技術(shù)特點(diǎn)

該橋?yàn)闊峋W(wǎng)工程跨越通航河流的專(zhuān)用管架橋，同等跨徑下，可選擇的橋型有懸索橋、連續(xù)鋼桁架、管拱、斜拉橋、球形網(wǎng)架等。該工程在決定方案時(shí)，既要考慮航運(yùn)和水利的要求，又要兼顧周邊高壓線廊及鐵路的制約；既要考慮管道運(yùn)營(yíng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)剛度的要求，又要兼顧工程造價(jià)和工期的要求。因此，中等跨度的懸索橋是較優(yōu)的選擇。

有別于大型懸索橋的現(xiàn)場(chǎng)編主纜，該橋主纜及吊索為帶PE護(hù)套的成品纜索，既保證了纜索的質(zhì)量和性能，又免去貓道等作業(yè)環(huán)節(jié)，節(jié)省了造價(jià)，縮短了工期。采用整根主纜，簡(jiǎn)化了塔頂構(gòu)造及張拉工序，加快了工程進(jìn)度。

在鞍座及索夾處，采用特別的構(gòu)造設(shè)計(jì)，在這些關(guān)鍵部位，既防止主纜的滑移，又強(qiáng)化了防腐措施，確保主纜的安全和適用。

7 結(jié)語(yǔ)

該工程為大型城市供熱管網(wǎng)跨河工程，其制約條件較多，設(shè)計(jì)結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇合理的結(jié)構(gòu)布置，運(yùn)用簡(jiǎn)便的施工方法，達(dá)到安全、便捷、節(jié)約的工程效果。該橋施工及運(yùn)營(yíng)情況良好，可作為今后相似工程的參考實(shí)例。

[1]雷俊卿，鄭明珠，徐恭義編著.懸索橋設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2002.