郑州市北三环跨东运河桥主桥设计

2016-11-15张彦

城市道桥与防洪 2016年1期

关键词：索塔拉索钢绞线

张彦

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092）

郑州市北三环跨东运河桥主桥设计

张彦

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092）

介绍郑州市郑东新区北三环跨东运河桥主桥的结构设计概况和特点，重点介绍了主桥的总体布置，主塔、主梁、拉索等的结构设计，并介绍了该桥在处理特殊的外部条件时采取的一些对应措施或特殊设计。

斜拉桥；独塔；非对称；结构设计

1　工程概况

郑州市郑东新区北三环道路及隧道工程为郑东新区龙湖地区的重要通道。其主车道全宽30 m，在与相交道路、跨河跨渠等交通节点处，通过下穿隧道贯通。辅道及人行道则通过桥梁结构实现沿线规划河道的跨越。其中规划的东运河位于龙湖水系东南侧，河道在桥位处水面宽度192～150 m变宽。

东运河所处龙湖区，规划常水位85.5 m，主要满足小型旅游观光游船、及警务巡视船的通行要求，通航净空为40×3.5 m。地下水位标高78 m左右，埋深较浅，且地表有一层较厚（25 m左右）的中砂透水层，为基础的设计及施工带来一定难度。

北三环跨东运河桥（下文简称东运河桥）前期方案设计阶段经过多轮比选，最终选定为独塔非对称混凝土斜拉桥方案。索塔造型灵感来源于古代布币，与龙湖CBD的金融区规划地位相呼应。

2　主要技术标准

道路等级：北三环辅道为城市I级主干路，行车速度为60 km/h；设计荷载：城-A级，人群荷载按《城市桥梁设计规范》取用［1，2］；主桥桥梁宽度：左幅宽29.5 m（其中索塔区布置于主梁两侧，各2.5 m宽，右幅同），右幅宽27m，左右幅间设29 m的中分带（地下为北三环主车道的隧道结构）；设计基准期为100 a，设计安全等级为一级。

本项目所处地区地震基本烈度为VII度，地震动峰值加速度0.15 g。

3　结构设计

3.1总体布置

东运河主桥采用独塔混凝土斜拉桥，左幅跨径组合为80 m+112 m=192 m，不对称布置，右幅跨径关于左幅主跨跨径中心线反对称，见图1。

图1　总体布置图（左幅）（单位：m）

左幅桥宽为：2.5 m（索区）+4.5 m（人行道）+7 m（自行车专用道）+0.5 m（防撞墙）+12 m（车行道）+ 0.5 m（防撞墙）+2.5 m（索区）=29.5 m，见图2。右幅非机动车道为4.5 m，宽因此桥宽27 m，车道布置与左幅对称。

考虑经济性、抗震性，减少结构自重，降低结构的地震反应，方便施工等因素，采用预应力混凝土双箱单室主梁结构形式，边中跨比为0.714，主梁高跨比为1∶40。斜拉索采用平面扇形布置，提高了结构的扭转自振频率和扭弯频率比，为主梁的稳定性提供较好的基础，其在主梁上的标准间距为6 m，尾索区为3 m。

从提高抗震性能、增强主梁抗扭性能及景观效应的角度出发，结构采用塔梁墩固结的支承体系。同时，为了满足抗震需要，梁端各设两个摩擦摆间隔震支座，以提高结构的抗震。

图2　道路布置标准断面（左幅）（单位：m）

3.2主梁

主梁沿纵桥向等高2.8 m；箱梁标准断面顶板厚0.30 m，底板厚0.35 m；边腹板斜度为1:1.614，厚0.3 m，中腹板厚0.45 m，斜拉索锚固于箱梁悬臂板下缘，见图3见图4。

由于两箱间距离较大，主梁除支点处设横梁外，两箱间设置斜拉索横梁，中跨间距6 m，边跨3～6 m，厚度0.4 m。塔梁墩固结，固结处横梁厚7.5 m。

箱梁设纵、横双向预应力，其中纵向预应力钢束采用 12-φs15.2、9-φs15.2、7-φs15.2、4-φs15.2预应力钢绞线群锚体系；横梁采用19-φs15.2、9-φs15.2预应力钢绞线深埋群锚体系。

3.3主塔

主塔承台以上总高65.5 m，桥面以上高51.96 m（含塔冠）；塔身截面顺桥向长11.6～7.5 m，桥面以上横向宽2.8 m，桥面以下纵桥向宽7.5 m，见图5、图6。

由于造型及规划道路的限制，塔身尺寸不够安装锚梁或锚箱，设计采用鞍座系统来解决斜拉索塔上锚固的问题。斜拉索通过鞍座将力传至塔身，塔内鞍座采用分丝管形式，每根分丝管穿一根钢绞线。在斜拉索单侧出口处设双向抗滑锚板，从上至下间隔布置在索塔两侧，以防止运营阶段钢绞线的滑动。

结构塔梁墩固结，下塔柱（桥墩）为带凹槽墙式墩基础，纵桥向宽度7.5 m，内设横向预应力钢束。

3.4斜拉索

斜拉索采用扇形双索面，横桥向对称布置在索区里，索面间距为26.8 m。斜拉索锚固于主梁悬臂下方。斜拉索在梁上索距为3～6 m；塔上索距1.25 m布置。每个索面布置16对斜拉索。

斜拉索采用防腐性能优越的环氧喷涂无粘结钢绞线斜拉索体系，索采用φs15.2 mm环氧喷涂钢绞线成品索，两端采用可换索式250AT锚具。

3.5下部基础

索塔基础采用直径为1.8 m的钻孔桩群桩基础。左右幅均采用矩形承台，承台尺寸为36.3 m× 16.38 m，厚度为4 m，二承台厚度为2 m。根据地勘报告，第⑦层作为桥梁桩基持力层，桩长90 m。

主引桥过渡墩及引桥中墩直径为1.5 m的钻孔桩群桩基础。

桥台基础采用直径为1.2 m的钻孔桩群桩基础。

4　关键结构处理

4.1隧道对下部基础布置的影响

东运河桥左右幅分别位于北三环地道南北两侧，目前地道工程以及两侧接线道路的机动车道均已施工完毕，若采用常规的基础布置方式，需要将桥幅横向向道路外侧平移，从而突破了道路红线。且两侧接线道路的部分路段由于机动车道的外移引起的道路衔接问题，需要重新施工。

因此采用基础集中布置的钻石型桥塔的方式。但由此也带来下塔柱刚度大、地震响应大、桩基抗震性能较差的后果，设计通过设置桩基抗震钢护筒、下塔柱设凹槽减重以及横桥向阻尼器等方法，来满足结构受力的需求。

图3　1/2结构标准断面（左幅）（单位：mm）

图4　1/2斜拉索横梁断面（左幅）（单位：mm）

4.2隧道对下部基础施工的影响

由于索塔的桩基与隧道的最小净距仅有3 m，承台大开挖的深度部分达到10 m之多，因此施工期间，隧道面临着桩基施工带来的沉降、左右不均匀开挖造成的不平衡土压力以及井点降水的危险。

施工时，采取了隧道两侧土体内注浆加固的方法，对桩基与隧道间的土体进行了加固；并在基坑边缘打人钢板桩、设置围挡及斜撑，对边坡进行了加固。

图5　索塔立面构造图（单位：mm）

5　结语

在城市景观桥梁飞速发展的今天，对于如何处理造型与结构合理性、景观与环境协调性间的关系，一直是一个值得探讨、研究的问题。作为城市景观桥梁，本项目在对造型的结构处理上，基本实现了和谐统一，使景观特点鲜明、结构合理新颖。希望本桥的建成，不仅成为郑东新区的一处地标，也能为进一步促进城市景观桥梁的合理发展提供借鉴。