华电望亭至无锡供热管网过望虞河悬索管廊桥工程设计

朱 怡，鲍宏波

（无锡市政设计研究院有限公司，江苏 无锡 214072）

1 工程概况

根据保护环境、节能减排的要求，对无锡市区热电企业进行整合整治，部分热电厂将关停。为保证工业、商业及部分居民的正常供气，建设华电望亭至无锡供热管网两根，分别为DN800、DN900，从望亭发电厂出口跨过望虞河，沿沪宁铁路边敷设，至无锡市区及新区，单根管道总长度为15 km左右。在供热管道跨越望虞河处拟建管廊桥一座。

2 地形、气象、水文、地质等自然条件

该管廊桥工程位于望虞河望亭水利枢纽以东，沪宁铁路桥以西，该段望虞河长约1.2 km，呈东西走向，现状水面宽度120～140 m，其南岸为望亭电厂厂区，北岸现状为绿地。望虞河南岸有一500 kV高压输电线廊，其边导线距离望虞河岸线21 m～46 m，距离地面15 m～25 m。

桥址处属北亚热带季风气候区，呈现冬季干冷、夏季湿热、四季分明、降雨充沛和台风频繁等气候特点。冬季受西北冷气团侵袭，盛行西北风，气候寒冷干燥；夏季受海洋气团的控制，盛行东南风，水汽丰沛，气候炎热湿润。多年平均气温15℃～17℃。望虞河为苏州和无锡的界河，连接太湖和漕湖，下游直通长江，是太湖流域重要的防洪河道，且为五级通航河道，通航净高为5 m，净宽为45 m。桥位处河流水面宽度120～140 m，河底宽一般为70～90 m，河底高程-3.0m，边坡多为1:3。拟建桥梁处最高、最低通航水位为4.52 m、2.55 m（吴淞高程，相当于1985国家高程基准的2.69m和0.72m）。多年平均降水量为1 177 mm，其中约60%集中在5～9月的汛期。

场地为长江三角洲河湖冲积平原，相对较平坦，无不利地形地貌存在，稳定性较好。

3 主要技术标准

该桥为管廊桥，搭载2根Ф920与1根Ф820供热管道，Ф920管道计算荷重390 kg/m，Ф820管道计算荷重375 kg/m，检修道两条，活载各1 kN/m。整体升温26℃，降温29℃（合龙温度按20℃计）。百年一遇基本风压0.5 kN/m2，基本风速28.6 m/s。考虑到远期望虞河向北拓浚约60 m，桥跨向北延伸一跨45 m简支桁架，支墩位于望虞河远期驳岸青坎上。

4 结构设计

望虞河是太湖流域重要的泄洪通道，根据水利主管部门的意见，该段河道水中不设墩，需采用悬索或斜拉索结构等具有高耸结构的桥型来实现一跨过河。由于望虞河南岸的500 kV高压线廊是主要的制约因素，用于锚固主塔的背索与高压线之间的距离须要满足安全净距的要求，因此，南侧主塔结构尽量贴近岸线布置；北侧考虑到望虞河远期向北侧拓宽约60 m，故将这次实施的北侧锚碇布置到远期河岸线之外，同时设置一简支跨桁架，以减小对远期河道水面的侵占。由于带拉索结构的整体刚度随跨度的增大而减小，为此宜尽量缩短结构跨径，设置的管廊结构管架桥应尽量控制与河道的斜交角度。同时，北侧锚碇应与铁路保持安全距离。由于该桥没有岸跨作为平衡重，同时为减小塔的高度，主跨采用悬索结构的型式。

该管廊工程结构采用单跨142 m的地锚式悬索结构+单跨45 m的简支钢桁架结构，其中悬索结构跨越现状望虞河，简支结构向北延伸至拟拓浚后的望虞河青坎（见图1）。悬索结构南锚碇距离主塔约43 m，北锚碇距离主塔约46 m，其与望虞河河道中线的交角为83°，南侧主塔贴近现状岸线，北侧主塔布置在现状道路的北面，南侧锚碇位于高压线廊下方（垂直净高9.6 m，满足安全距离），北侧锚碇距离沪宁铁路约15 m。

悬索结构主要由桁架式加劲梁、主塔、主缆和吊索构成。简支桁架结构主要由钢桁架梁和支墩构成。单跨142 m双索面地锚式悬索结构，主跨垂跨比1/10，垂度14.2 m。

桥面加劲梁为钢桁架，全宽6.85 m（弦杆轴线宽度6.7m），桁架高2.05 m（弦杆轴线高度1.8m），桁架梁标准节段间距为5 m。为便于制作及安装，加劲梁采用型钢分段焊接预制、现场吊装、螺栓连接的形式。

主塔为钢管桁架，钢管主要采用Q345φ426×12和φ273×10两种规格的钢管，塔高22.75 m，主塔墩身为C30钢筋混凝土，墩身下接2 m高承台，承台下接8根直径1.2 m钻孔灌注桩。

主缆在两塔之间为对称布置，因桥跨与河道斜交，同时受高压线及铁路的制约，主塔至锚座距离为非对称。全桥共设置两根主缆，主缆间距6.7 m，垂跨比1/10，垂度14.2 m，单根主缆为一根PES5-301索股，采用两端张拉形式，锚具采用冷铸锚锚具。主缆为1 670 MPa平行钢丝，荷载组合下安全系数3.20。

吊索标准节段间距5 m，近塔柱处间距6 m，共设置27对（54根）。吊索采用单根PES5-19索股，单耳内旋套筒调节形式。吊索同样采用1 670 MPa平行钢丝，荷载组合下安全系数5.42。索夹采用左右两半壁厚16 mm的铸钢件，索夹分两类，索夹长度均为260 mm，仅耳板尺寸依据倾斜角度不同而有差异，索夹上耳板定位孔位置根据吊索处主缆角度不同而确定，索夹两半采用齿形接缝，接缝留有5 mm空隙，以适应主缆空隙率与设计空隙不一致的误差。索夹处主缆PE剥除后，采用内衬芯垫块，并采用高强螺栓夹紧索体，防止下滑。吊索索夹抗滑安全系数为6.15。

主缆鞍座采用全铸式结构，分鞍座、鞍体及鞍盖，均采用ZG270-500，鞍体顶部及鞍盖下部内设置1 800 mm半径的圆弧槽，在主缆就位并调整缆型后，用高强螺栓将索股压紧，同时用高强螺栓将鞍座固定于塔顶钢横梁，鞍盖与鞍座间设置密封条+密封胶，强化防腐措施。主缆及吊索护套采用双层，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为彩色高密度聚乙烯。

该桥锚碇采用混凝土桩基础＋承台＋锚座的结构模式，北侧锚碇承台同时兼作45 m简支桁架支墩的基础。锚碇抗滑及抗倾覆安全系数均在2.0以上。

桥面在供热管道及护栏之间设置成品镀锌钢格栅板，并通过槽钢等固定在加劲梁上。

该桥由于主塔采用高强度钢材，主桥塔顶位移相对较小，与常规悬索桥结构塔顶鞍座设置预偏的形式不同，该桥采用主缆与鞍座固定的形式，并通过张拉背索来调节塔顶位移，改善塔根部应力。该桥未采用分段式主缆，即主跨及两个岸侧采用分段主缆、分别锚固在塔顶的形式，而是采用整根主缆，简化了塔顶构造及张拉工序，加快了工程进度。

图2为该桥建成后的实景。

图1 望虞河供热管廊桥立面布置图及主塔断面图（单位：m）

5 主要施工方法

先施工钻孔灌注桩，然后进行承台及锚碇的施工。根据水利部门要求，主塔承台应位于远期规划河床以下，即承台基坑开挖深度达10 m。其中，由于南侧主塔位于现状驳岸青坎处，外围采用木桩土围堰的方式防护驳岸护坡；同时，施工采用钻孔灌注排桩+水泥土搅拌桩止水帷幕的形式进行支护，以确保防汛大堤的安全。北侧主塔距离现状岸堤较远，采用钢板桩进行基坑支护，加快施工进度并节省了工程造价。

进行下部结构施工的同时，钢结构部分节段在工厂制作涂装，并预制主缆及吊索；然后进行钢结构塔柱的现场安装，再安装主缆及吊索，其中在鞍座及索夹处PE剥除。

图2 管廊桥建成后实景

利用浮运吊装加劲梁节段，节段间采用临时栓接；待桥面合龙后在桥面上布置格栅板、管托、栏杆等构件，铺设管道后，加劲梁节段间采用高强度螺栓连接，最后进行管道接头安装及调试。

主塔的偏位是需要控制的主要方面，施工期间，在塔安装就位时，塔顶向岸侧偏移5 cm，随着加劲梁节段的安装，主塔向河心侧偏移，待加劲梁合拢后，张拉背索，使塔顶偏向河岸侧，待桥面附属及管道安装后，主塔回正至垂直状态。

6 技术特点

该桥为热网工程跨越通航河流的专用管架桥，同等跨径下，可选择的桥型有悬索桥、连续钢桁架、管拱、斜拉桥、球形网架等。该工程在决定方案时，既要考虑航运和水利的要求，又要兼顾周边高压线廊及铁路的制约；既要考虑管道运营对桥梁结构刚度的要求，又要兼顾工程造价和工期的要求。因此，中等跨度的悬索桥是较优的选择。

有别于大型悬索桥的现场编主缆，该桥主缆及吊索为带PE护套的成品缆索，既保证了缆索的质量和性能，又免去猫道等作业环节，节省了造价，缩短了工期。采用整根主缆，简化了塔顶构造及张拉工序，加快了工程进度。

在鞍座及索夹处，采用特别的构造设计，在这些关键部位，既防止主缆的滑移，又强化了防腐措施，确保主缆的安全和适用。

7 结语

该工程为大型城市供热管网跨河工程，其制约条件较多，设计结合工程实际情况，选择合理的结构布置，运用简便的施工方法，达到安全、便捷、节约的工程效果。该桥施工及运营情况良好，可作为今后相似工程的参考实例。

[1]雷俊卿，郑明珠，徐恭义编著.悬索桥设计[M].北京：人民交通出版社，2002.