江西吉水赣江二桥工程总体设计

2016-11-15李永君戴建国卢永成

城市道桥与防洪 2016年1期

关键词：钢混赣江主塔

李永君，戴建国，卢永成

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

江西吉水赣江二桥工程总体设计

李永君，戴建国，卢永成

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

吉水赣江二桥工程桥梁全长1 310 m，主桥采用跨径为2×110 m的独塔斜拉桥，江中引桥采用40 m标准跨径预应力混凝土预制小箱梁桥，陆上引桥采用预应力混凝土大箱梁桥。斜拉桥采用预应力混凝土双肋式主梁、双索面斜拉索，主塔上塔柱采用钢结构，下塔柱采用混凝土结构，中间设置钢混结合段。钢混结合段采用有格室后承压板形式，钢与混凝土间通过焊钉和开孔板连接件结合。为研究其受力性能，进行了缩尺比为1∶3的模型加载试验。试验结果表明，该桥结合段受力合理。重点介绍该工程总体设计、科研试验及主塔技术特色。

总体设计；独塔斜拉桥；钢混组合塔；钢混结合段

1　工程概况

该工程位于江西省吉水县城，起于赣江西岸的光彩西大道，沿金滩大道，跨越赣江，东接吉阳路，终于万里大道，全长1 750 m，其中桥梁全长1 310 m，东、西两岸引道长440 m［1］。

1.1自然条件

赣江是江西省内第一大河流，桥位距上游石虎塘枢纽约38 km，距下游峡江枢纽约52 km。场区地貌为冲洪积河谷，西岸为一级阶地，东岸为河漫滩，江中水流段为U型河谷。桩基础按嵌岩桩设计，持力层为⑨-2层中风化砂质泥岩，单轴饱和抗压强度标准值4.2 MPa，属极软岩，覆盖层厚度约6 m。

1.2建设标准

（1）道路等级：一级公路兼城市主干路；

（2）设计行车速度：60 km/h；

（3）汽车荷载：汽车按公路-I级设计，按城-A级验算；

（4）桥梁设计基准期：100 a；

（5）设计洪水频率：1/300，设计水位：52.88 m（黄海高程）；

（6）设计安全等级：一级；

（7）结构环境类别：Ⅰ类；

（8）设计风速：100 a一遇V10=24.0 m/s；

（9）场地抗震设防烈度为6度，抗震设防措施等级按7度，水平地震动峰值加速度0.05g，抗震设防分类为甲类；

（10）通航标准：Ⅲ（3）级航道，双孔单向通航，通航净高10 m，净宽55 m，最高通航水位49.97 m（峡江水库建成后，黄海高程）。

1.3总体布置

该工程全桥分为主桥、西引桥和东引桥。西引桥采用40 m标准跨径简支变连续小箱梁，跨径布置4×40 m+3×40 m+3×40 m+3×40 m=520 m。东引桥水中段采用40 m标准跨径简支变连续小箱梁，跨径布置3×40 m+3×40 m=240 m。东引桥陆上段采用预应力混凝土大箱梁，右幅跨径布置（45+60+45）m+3×30 m+3×30 m=330 m，左幅跨径布置（45+60+43）m+3×30 m+3×30 m=328 m。东岸设置梯、坡道方便行人和非机动车上下桥。图1为吉水赣江二桥工程效果图，图2为标准横断面图。

图1　吉水赣江二桥工程效果图

图2　标准横断面图（单位：cm）

2　主桥

2.1桥型方案

该工程位于峡江水利枢纽库区，景观要求高，在综合考虑功能、景观、通航［2］、造价等因素后，经过多轮方案比选，最终确定了主桥采用鱼形塔斜拉桥为该工程的实施方案［3］。主桥采用独塔双索面斜拉桥，跨径布置110 m+110 m=220 m。斜拉桥采用整幅布置，预应力混凝土主梁，平行钢丝斜拉索。支撑体系为塔、梁固结，边墩墩顶设滑动支座。

根据受力特点和制造要求，合理应用钢与混凝土两种材料于斜拉桥主塔设计，可以降低工程费用并方便施工［4］，选择不同的外形和材料可以组合成多姿多彩、新颖别致的各种形式［5］。2005年建成的南京长江第三大桥在国内首次采用钢混组合索塔［6］。2013年建成的宁波大榭二桥钢混组合索塔采用有格室前承压板的方式［7］。该工程由于主塔造型特殊，受力复杂，因此采用钢混组合索塔，并根据该工程特点采用有格室后承压板的钢混结合段。图3为主桥总体布置图。

2.2主梁

斜拉桥采用预应力混凝土实心双纵梁断面，纵梁中心横向距离28 m。主梁标准宽度36 m，道路中心线处梁高3 m，采用C55混凝土，标准梁段长度5.5 m，节段重量约452 t，17个节段。主梁采用纵、横向预应力体系，真空辅助压浆工艺，纵、横向均按部分预应力A类构件设计，桥面板按钢筋混凝土构件设计。为控制施工过程中主梁应力，悬臂施工阶段配置直径32 mm精轧螺纹钢筋作为施工预应力，逐段张拉，并设连接器接长。图4为主梁构造图。

图3　主桥总体布置图（单位：m）

图4　主梁构造图（单位：cm）

主梁悬臂浇筑采用长平台牵索挂篮，主要由承重系统、牵索系统、走行系统、定位锚固系统、模板系统等组成。挂篮长15.5 m，宽39.9 m，单个挂篮重约205 t，其中挂篮主体结构重约129 t，模板系统重约56 t，操作平台重约20 t。图5为挂篮系统布置图。

2.3主塔

图6为主塔构造图。塔柱横向中心距离28 m，全高90 m，采用混合塔结构，即锚固区及以上部分塔柱采用钢结构（高度45.8 m），锚固区以下部分塔柱采用钢筋混凝土结构（高度39.5 m），二者之间设置钢混结合段（高度4.7 m）。塔顶设除湿设备，桥面处设主塔检修人孔，塔内设置爬梯。

塔柱横桥向外轮廓线：塔底以上19 m范围内为圆弧线（塔底横桥向宽8 m），其余部分为直线（横桥向宽3.5 m）。塔柱顺桥向外轮廓线分为3段，均为相切的圆弧线，塔底顺桥向宽度12 m，桥面处顺桥向宽度6 m，上塔柱最宽处宽度9.6 m，塔顶处宽度3 m。

上塔柱共有19个节段，其中塔冠部分有2个节段，其余17个节段分别锚固17对斜拉索，每个节段设计为两个独立的箱形结构，通过顺桥向拉板连接，单个节段高度为2.2～2.5 m。塔壁钢板厚度30 mm，拉板厚度40 mm，竖向加劲采用一字肋，尺寸为220 mm×22 mm，横断面外轮廓线为椭圆线接直线，椭圆短轴均为3.5 m，长轴均为4.5 m。单个节段最大起吊重量 30 t。塔柱钢材采用Q345qD。下塔柱钢筋混凝土段采用单箱双室空心薄壁结构，壁厚0.95～2.2 m。横断面外轮廓线为椭圆线接直线。塔柱采用C55混凝土。

2.4主塔钢混结合段

钢混结合段3.5 m范围内填充C55低收缩混凝土，按有格室PBL剪力键（钢筋混凝土棒剪力键群，以下简称开孔板）结合焊钉方式布置。开孔板孔径75 mm，内穿钢筋直径25 mm；焊钉规格为D22×150 mm，开孔板和焊钉沿塔高方向交错布置16层。设计阶段，开孔板抗剪承载力计算按照。在结合段混凝土浇筑顶面设置厚度为60 mm的承压板，通过开孔板和焊钉将轴力从钢塔柱均匀传至混凝土塔柱。图7、图8分别为结合段钢结构、混凝土应力分布。

设计分析比较了有无承压板情况下的应力情况。分析表明：增加承压板使钢混顶部混凝土能够通过接触承压的方式传递轴力，增加了传力面积，顶部混凝土承担了更多的压力，减小了顶部混凝土的主拉应力。同时，增加承压板使顶端连接件最大剪力大大减小，连接件最大剪力不再发生在顶端，而是在钢混结合段底部。进行了缩尺比为1∶3的单肢钢混结合段模型加载试验［9］（见图9），主要结论如下：

图5　挂篮系统布置图（单位：cm）

图6　主塔构造图（单位：cm）

图7　结合段钢结构应力分布

图8　结合段混凝土应力分布

图9　结合段加载试验模型

（1）钢结构板件应力从上至下逐渐降低，混凝土应力逐渐增加。钢结构板件Mises应力在120 MPa以下，承压板Mises应力在45 MPa以下，混凝土主压应力大部分在16.0 MPa以下，应力最大位置在结合段底部加劲肋周围。

（2）主塔轴力分担比例：承压板约为40%，连接件约为60%，单个开孔板最大剪力约为160 kN，单个焊钉最大剪力约为50 kN。

（3）在2.5倍最不利工况荷载作用下，未发现钢板件屈曲变形现象。

图10为结合段加载试验。

图10　结合段加载试验

2.5斜拉索

拉索按双索面布置，采用环氧涂层平行钢丝，塔上索距2.2～2.5 m，梁上索距5.5 m，全桥共设2× 17对斜拉索，合计68根。斜拉索规格有PES7-151、PES7-187、PES7-223、PES7-283、PES7-379；单根拉索最大吨位约932 t，安全系数k≥2.5。拉索高强钢丝强度为1 670 MPa，锚具采用冷铸锚，塔上张拉。

2.6基础

斜拉桥主塔和边墩承台均为钢筋混凝土结构，承台两端设置圆端形，以减少水流阻力。主塔承台设置20根Φ2.5 m的钻孔灌注桩基础，边墩承台设置12根Φ2.0 m的钻孔灌注桩基础。

3　引桥

3.1上部结构

西引桥和东引桥水中段均采用40 m简支变连续预制小箱梁，梁高2.2 m。西引桥跨径布置4× 40 m+3×40 m+3×40 m+3×40 m=520 m，采用整幅布置，桥宽30 m。东引桥水中段跨径布置3× 40 m+3×40 m=240 m，采用分幅布置，单幅桥宽15.25 m。全桥共有190片小箱梁，采用架桥机通过梁上运梁方式架设。

在东引桥登岸处，采用预应力混凝土连续梁跨越新建城防堤以及滨江路，梁高2.0～3.5 m，满堂支架分段浇筑施工。桥梁横向分幅布置，单幅标准桥宽15.25 m。两幅桥均处于半径1 500 m的圆曲线上，为使桥墩横向基本对齐，右幅跨径布置为45 m+60 m+ 45 m=150 m，左幅跨径为45 m+60 m+43 m=148 m。在边墩（Py24、Pz24，下同）处，单幅桥宽收窄至12.5 m，与3×30 m连续梁顺接。

3.2下部结构

小箱梁桥墩采用钢筋混凝土立柱，预应力混凝土盖梁，矩形实心截面钢筋混凝土立柱。陆上承台设置4根Φ2.0 m的钻孔灌注，水中承台设置8根Φ1.6 m的钻孔灌注。桥台采用肋板式桥台，填土高度约7 m，设置12根Φ1.2 m钻孔灌注桩。

大箱梁桥墩采用桩柱墩，每个桥墩2根立柱，矩形倒圆角截面，柱顶设置横系梁。大跨中墩承台设置12根Φ1.6 m钻孔灌注桩，边墩承台设置4根Φ2.0 m钻孔灌注桩，其余承台设置4根Φ1.6 m钻孔灌注桩。

4　结　语

赣江二桥主桥为主跨2×110 m钢混组合塔独塔斜拉桥，主塔采用“双鱼”造型，新颖独特。主塔钢混结合段采用开孔板结合焊钉的连接方式，技术特色鲜明［10］。设计过程中针对钢混结合段开展了专题科研工作，进行了缩尺比为1∶3的单肢钢混结合段模型加载试验，结构受力性能良好。该工程于2013年4月开工，2015年8月竣工，工期28个月。希望该桥的设计实践能丰富国内桥梁造型，并对组合桥梁的发展提供借鉴。

［1］上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司.吉水县赣江二桥工程施工图［Z］.上海：上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，2013.

［2］江西省航务勘察设计院.吉水县赣江二桥通航净空尺度和技术要求论证研究报告［R］.南昌：江西省航务勘察设计院，2011.

［3］上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司.吉水县赣江二桥工程初步设计［Z］.上海：上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，2013.

［4］张喜刚，刘玉擎.组合索塔锚固结构［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［5］刘玉擎.组合结构桥梁［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］戴永宁.南京长江第三大桥钢索塔技术［M］.北京：人民交通出版社，2005.

［7］常彦虎，章建，王岁利，等.大榭二桥钢索塔制作难点分析及对策［J］.钢结构，2013，176（9）：52-55.

［8］赵晨，刘玉擎.开孔板连接件抗剪承载力试验研究［J］.工程力学，2012，29（12）：349-354.

［9］同济大学桥梁工程系.吉水县赣江二桥混合塔受力分析及模型试验研究报告［R］.上海：同济大学桥梁工程系，2014.

［10］李永君，戴建国，卢永成.吉水赣江二桥主桥的创新设计［C］//第二十一届全国桥梁学术会议论文集.北京：人民交通出版社，2014.

U442.5

1009-7716（2016）01-0059-05