斜拉索桥钢结构桥塔设计及推广应用

江正潭

浙江中交通力工程设计有限公司，浙江杭州 310015

本文结合黄姑塘特大桥钢结构桥塔的选型及设计，对钢结构桥塔的设计方案、施工工艺、施工控制标准、工程造价等进行了介绍，相对于砼桥塔，论述了钢结构斜拉索桥塔的优势，对于实现桥梁建设的工厂化、缩短建设工期，降低对通车公路的交通影响具有重要的应用价值。

1 平湖黄姑塘特大桥基本情况

平湖黄姑塘特大桥位于101省道上，101省道现状为沥青路面，道路等级为一级公路，双向4车道，路基宽度36m，桥梁接线道路两侧均为厂房。由于黄姑塘航道等级由V级改造提升为Ⅲ级，河道底宽48m，原桥梁不能满足通航标准，根据河道设计的具体情况，桥梁于原址进行拆除新建，经过多方案比选，推荐新建黄姑塘大桥主桥采用斜拉索桥。黄姑塘特大桥效果图如图1所示。

图1 黄姑塘特大桥效果图

全桥分主桥、引桥，桥梁总长416.25m，全桥跨径组合为：(2×25)m+(75+160+75)m+(2×25)m，其中，(2×25)m跨为预应力混凝土简支箱梁，(75+160+75)m三跨斜拉桥；下部结构：柱式墩、实体桥台，钻孔灌注桩基础。

主桥为双塔双柱式双索面预应力混凝土斜拉桥，主孔160m，两侧边孔各75m。由于在老路上拆除老桥建设新桥，为加快施工进度，缩短施工工期，最大限度减少对正常交通的影响，响应交通运输部和省交通运输厅推广钢结构桥梁的精神，同时考虑节约工程造价，主桥桥塔采用钢结构箱形断面，主梁采用混凝土“π”型梁，主梁全宽43m，最小梁高2.5m；桥面以上塔高52.1742m，主墩处为塔、梁固结、梁墩分离体系。斜拉索采用扇形布置，梁上斜拉索布置在主梁锚索区内，塔上索距为3m，索面距40m。

为保证钢结构箱形主塔具有足够的刚度，在腹板上设置一定数量的纵向加劲肋，且间距3m左右设置横隔板；为方便加工制作及安装的需要，主塔分11个节段，工厂预制分节段，节段运输至桥梁现场；采用450T履带吊吊装施工就位，为施工检修的方便，在塔中间设置检修爬梯道。

引桥为预应力混凝土简支小箱梁，主桥墩混凝土实心墩，钻孔灌注桩基础；主桥边墩（交界墩），采用实体式桥墩，钻孔灌注桩基础；桥台采用实体桥台，钻孔灌注桩基础。黄姑塘特大桥现场图如图2所示。

图2 黄姑塘特大桥现场图

2 钢结构箱形桥塔结构设计

黄姑塘特大桥为钢塔混凝土梁双索面3跨斜拉桥。桥面以上塔高52.1742m，主塔采用钢箱断面，外形尺寸2.84×8m（底部），2.94×3m（顶部）。主塔分11个节段，工厂加工分节段，节段运输至桥梁现场。最下节段（GT1）为钢混结合段，填充C50混凝土，其他节段为钢结构，均采用Q345D钢。钢结构索塔立面图如图3所示。

图3 钢结构索塔立面图

2.1 钢塔节段

2.1.1 钢混结合段（GT1段，全桥共8段）

GT1 塔段高5.435m，截面尺寸为横桥向2.84m，纵桥向2.5m，为钢箱内填充混凝土结构。

钢混结合段内设置竖向预应力（JL32精轧螺纹钢筋），单节段共设置40根，每束张拉控制力为300kN，待GT1浇注混凝土后达到设计强度，张拉到位。

2.1.2 分叉下塔节段（GT2段，全桥共8段）

GT2 塔段高5.499m，间距2.6m设置4道横隔板，板厚16mm，开人孔。为保证壁板及腹板局部刚度，设置15道纵肋，劲板规格30mm×300mm。

2.1.3 分叉塔节段（GT3段，全桥共4段）

GT3 塔段高4.3m，外形尺寸为2.913m×5.398m（底部），2.938m×4.733m（顶部）。

GT3段是衔接下塔柱（2个GT2段）和上塔柱（1个GT4段）的节点，其作用是将上塔柱的内力均匀有效地过渡传递给2个下塔柱，并且该节段紧邻GT4段的拉索锚固区。

GT3设置两块横隔板（板厚30mm），上横隔板（H1）上缘及下横隔板（H2）。钢结构索塔断面图如图4（a）所示。

2.1.4 分叉上塔节段（GT4～GT11段，全桥共32段）

分叉上塔节段单塔分8个节段，GT4～GT11段。其中GT4～GT10段为锚索区，GT11段为塔顶区。

（1）GT4塔段高3.3m，外形尺寸为2.938m×4.733m（底部），2.938m×4.366m（顶部）。

塔段内设置1道横隔板，板厚16mm；横桥向设置2块拉板；顶部所有与GT5节段连接的壁板、纵肋和拉板厚度为30mm，纵肋宽度为300mm。塔段内有1段拉索锚固区。钢结构索塔断面图如图4（b）所示。

图4 钢结构索塔断面图

（2）GT5段高3.3m，GT6段高3.315m；GT7段高3.0m；GT8段高3.159m；GT9段高3.2m；外形尺寸根据所处节段进行具体设计；

各塔段共设置1道横隔板，板厚16mm；横桥向设置2块拉板，板厚30mm；壁板和肋板厚度均为30mm，各塔段内有1段拉索锚固区。

（3）GT10段高9.3m，外形尺寸为2.938m×3.626m（底部），2.938m×3.254m（顶部）。

塔段内共设置3道横隔板，板厚16mm，其中下方两道隔板需开0.7m×0.56m的检修孔，上方一道隔板需开0.6m×0.56m的检修孔；横桥向设置2块拉板，板厚30mm。

塔段内共有3段拉索锚固区，拉索预留管规格为φ420mm×12mm，注意在壁板相应位置开孔。

（4）GT11段高8.516m，外形尺寸为2.938m×3.254m（底部），2.938m×3.0m（顶部）。

考虑到钢塔内人孔较小，为方便搬运施工器械，在塔顶开孔（0.65m×1.2m），并设置孔门；为避免塔顶平台积水，顶板设置成0.3%的排水坡。

壁板及腹板厚度均为30mm；共设置三道横隔板，其厚度为16mm；竖加劲板设置12道，规格为30mm×300mm。

2.1.5 其他构造

拉索锚箱：锚箱单元是钢塔最重要的受力构件之一，由承压板、锚垫板、锚腹板、加劲板、加劲肋等组成。由于受操作空间的限制，采用分步制作原则。安装步骤为：先吊装节段就位→临时栓接马板→围焊节段腹板壁板→去除栓接。

3 钢结构箱形桥塔施工工艺

3.1 施工工艺

钢塔柱制作分以下步骤完成：第一步制作板单元件；第二步制作块体；第三步节段形成。节段形成后再依次进行端面机加工、节段立式拼装、涂装等作业。对钢板进行滚平处理以后进行预处理，然后采用门切机或数控切割机切割厂料，组装加劲板和纵肋后直接形成隔板单元。然后组装、焊接，修整钢塔节段，打砂除锈、涂装（留一道面漆待预拼装后进行）后，加工端面金属接触面，再进行钢塔节段预拼装等。

3.2 部件拼接要求

（1）主塔分11个节段，工厂预制分节段，节段运输至桥梁现场；采用履带吊机吊装施工就位；为施工检修的方便，在塔中间设置检修爬梯道。

（2）钢塔节段吊装施工就位后，对节段外侧腹板、壁板焊接连接。

（3）全部部件均需在制造厂内预拼、校正位置后再解体运到现场组装。

（4）焊接工艺及其质量检查均需符合GB 50661—2011规程的有关规定。

4 钢结构桥塔的优势

（1）钢材的塑性和韧性好，使钢结构桥塔的抗震性能好。由于钢材具有良好的塑性和韧性，在发生地震时通过结构的变形能较多吸收能量，同时又具有能反复作用韧性，从而大大提高了钢结构桥塔的抗震性能，不容易在地震中出现像砼塔一样的裂缝或断裂。

（2）钢结构桥塔质量容易得到保证。由于钢结构桥塔组成的节段和构件绝大部分在工厂内加工、制造和涂装，工业化和标准化程度高，作业时基本不受外界环境影响，能够保证产品质量的稳定。

（3）钢结构桥塔施工工期较短。斜拉索桥如采用砼桥塔，则桥塔必须在基础完成后才能开始施工，且施工期间受外界环境影响较大，如台风、降雨等天气影响，因而施工工期较长；而钢结构桥塔在基础施工时即可在工厂内平行作业，不受外界环境影响，加工完成后可在施工现场快速拼装完成，施工工期相对于砼桥塔可以大大缩短。

（4）钢结构桥塔是环保产品。斜拉索桥如采用钢结构桥塔，在未来达到设计寿命或其他原因需要拆除时，拆下的桥塔可以重新回收熔炼，不会产生建筑垃圾，符合可持续发展和循环经济政策。

（5）钢结构桥塔有实施的物质基础，防腐难题也得到有效解决。由于我国钢铁企业的技术进步，国内钢企已可以生产高性能桥钢，价格现对于进口钢材大幅度降低；同时，钢结构的防腐涂装技术也得到有效解决，耐腐蚀寿命可达30～50年，大大降低了钢结构桥塔的后期养护成本。

5 结语

综上所述，本文结合平湖黄姑塘特大桥钢结构桥塔的选型及设计，对钢结构桥塔的设计方案、施工工艺、施工控制标准、工程造价等进行了介绍，阐述了钢结构斜拉索桥塔的优势，对于实现桥梁建设的工厂化和标准化、确保施工质量、提高施工效率，缩短建设工期，最大限度地降低对通车公路的交通影响具有重要的应用价值。