崇左大桥主桥总体设计分析

李春

摘要：文章系统地介绍了崇左大桥的总体设计情况，并分析了各重要构件的设计要点，以供类似桥梁工程设计借鉴参考。

关键词：崇左大桥;外倾式桥塔PC矮塔斜拉桥;双肢实体墩;景观特大桥

This article systematically introduces the overall design of Chongzuo Bridge and analyzes the design points of each important component to provide reference for similar bridge engineering design.

Chongzuo Bridge;Extraverted pylon PC lowtower cablestayed bridge;Doublebody physical pier;Landscape bridge

0 引言

崇左大桥位于崇左市西北部，是连接龙峡山西路与名仕大道的一座跨江特大桥。该桥拟打造成为崇左市地标性建筑，该桥景观造型经过多次比选，最终成型于方案设计阶段。桥梁墩塔呈现双手托举造型，寓意高举双手，欢迎八方来客，体现崇左市开放、包容、热情好客的城市文化形象。该桥造型优美流畅，但也存在结构受力复杂的情况。本文围绕为实现该桥新颖独特的景观造型，详述了该桥从总体布置到结构选型，再到各关键部位设计的情况，为同类型桥梁的建设提供借鉴参考。

1 桥梁总体布置

本桥跨越左江，桥下通航标准为Ⅲ级航道，双向通航，通航孔宽110 m。在适应航道通航要求的情况下，主墩布置应避开深水区施工，同时应避免岸坡的大面积开挖，综合考虑两岸地形以及规划道路的情况，桥梁跨径最终选定在105 m+190 m+105 m=400 m。本项目路线起终点接现状道路，桥面高程同时受到通航净空、三百年一遇洪水以及现状道路的约束，调整余地有限，因此该桥主梁高度受到了限制。此外，本桥为城市主干道的一部分，按双向六车道设计，为完整地实现道路的通行功能，两侧布置非机动车道及人行道，导致桥面宽度达到39 m。因此宽桥、矮梁以及外倾式桥塔是主桥结构设计不可避免的难点。

2 桥梁结构选型

桥梁造型决定了该桥必须采用外倾式桥塔，且桥塔间无横向联系，桥塔本身是一根外倾式悬臂梁，受到材料强度的限制，桥塔高度不能做得太高。从结构受力角度上看，主桥合理的橋型应为矮塔斜拉桥，即利用了斜拉索降低主梁高度，也可通过较低矮的外倾式桥塔实现桥梁的景观造型。如图1所示。

大跨径主梁自重较大，不宜采用大吨位支座;此外考虑减少桥墩和主梁的变形等因素，主桥采用塔墩梁固结的结构体系。该体系的受力特点为：（1）由桥墩、主梁构成连续刚构体系，为全桥主要受力构件，承担主桥的大部分荷载;（2）在连续刚构体系上增加桥塔及斜拉索，分担主梁受力，对主梁起到辅助受力作用;（3）桥塔与主梁0#块之间采用一个钢混结合段实现索塔与主梁的连接，传递索塔的荷载;（4）该体系对温度变化以及支座沉降较为敏感，在结构设计阶段应采取措施降低其不利影响。

3 主桥结构设计

3.1 基础设计

主桥基础采用桩基接承台形式，每个承台设置14根2.2 m的钻孔灌注桩，桩基分2排布置。桩基长约10 m，均按端承桩设计，并嵌固于完整基岩中。主桥基础的不均匀沉降极小，对于该桥结构体系而言，消除了一个不利的受力因素。

3.2 桥墩设计

桥墩是关系该桥结构体系是否成立的一个关键结构，桥墩设计应考虑以下三个因素：（1）桥墩与桥塔相协调的外形;（2）桥墩抗弯、抗推刚度;（3）桥墩纵向、横向承载能力。桥面高程受现状道路约束，导致主墩高度仅有22 m，这对于该桥的结构体系而言是不利因素。由于墩高较矮，桥墩的抗推刚度大，而桥墩抗推刚度与体系对温度的敏感性呈正相关趋势。为减少体系降温、混凝土收缩、徐变对主梁内力的影响，如何选择桥墩的截面形式成为关键。即桥墩抗推刚度适中，使桥墩与主梁刚柔统一，又能支承上部结构传递的荷载，并确保施工期间的稳定性。

桥墩顺桥向宽度受到结构造型限制仅为5.5 m，除实体桥墩、箱型桥墩外，本桥创造性地提出双肢实体桥墩形式，即把实体桥墩沿顺桥向对称分为两部分，两肢之间留10 cm缝隙，如图2（c）所示。

经有限元分析，同等宽度下双肢实体墩抗推刚度约为实体桥墩的1/4，为箱型桥墩的1/3，且随着结构尺寸的增加，双肢实体墩抗推刚度增长率较低，因此在结构抗推刚度增加不多的前提下，可较好地提高桥墩的承载力与稳定性。至此，该桥两个不利受力因素已被解决。经计算比选，该桥采用双肢实体墩形式，单肢宽取1.9 m时，已能满足施工阶段与运营阶段的承载能力和稳定性要求，抗震性能与构造均符合规范要求。

3.3 主梁设计

对于主跨190 m的矮塔斜拉桥，选择合理的主梁截面形式能有效减轻主梁自重，从而提升整桥结构体系受力的合理性及经济性。箱梁断面形式应考虑以下因素：桥梁宽度、梁高、自重、施工养护、拉索布置、梁体刚度、承载力与稳定性等。经比选，箱梁采用单箱四室截面，外侧斜腹板，腹板斜率2∶1，按三向预应力结构设计，如图3所示。

主梁墩顶无索区长度为33 m，跨中无索区长度为17 m;拉索布置区长55 m，拉索锚固区布置于外侧腹板两侧。主梁宽39 m，箱梁外悬臂长1.5 m，箱梁底宽由根部28.57 m渐变至跨中33.07 m。主梁根部高8 m，跨中高3.5 m，梁高按1.8次抛物线变化。外侧腹板厚80 cm，中腹板厚50～70 cm。箱梁底板厚度由根部110 cm渐变至跨中32 cm，箱梁顶板厚30 cm。

主梁0#块长8 m，每个T构划分为19个悬浇节段，节段长度由根部至跨中分别为：2×3 m、2×3.5 m、4×4 m、1×5 m、8×5.5 m、2×6 m。

3.4 桥塔设计

桥塔是呈现整座桥梁造型的关键要素，此外桥塔结构也是该桥重要的受力构件。该桥采用的外倾式桥塔（见图4）与常规桥塔结构在受力上有所不同。由于每根索均为空间索，每根索的拉力方向与索塔轴线的平面夹角不相同，使桥塔在斜拉索与外荷载共同作用下，受力复杂。设计上采取以下两种措施来改善桥塔受力情况：（1）在确保桥塔外形美观的前提下适当调整桥塔外倾角度，使其与索力方向基本接近，使桥塔在索力作用下尽可能处于轴力受压状态，减小偏心荷载效应;（2）在钢结构桥塔内部设置剪力键，并填充微膨胀C50混凝土，使桥塔形成钢箱混凝土结构。此举能大幅度地提升桥塔刚度，减少桥塔变形，增强桥塔承载力。

结构计算表明，桥塔在填筑混凝土后，在车辆与人群荷载作用下，钢箱混凝土桥塔顶部水平位移较钢桥塔减少6.7 cm，约降低38%。此外，桥塔为偏心受压构件，钢箱内部填筑混凝土后，不仅解决了钢结构失稳问题，同时也因钢结构应力迅速下降，可显著提高桥塔结构承载能力。钢箱混凝土桥塔与钢桥塔控制断面的应力对比如表1所示。

本桥采用钢箱混凝土桥塔，充分发挥材料特性。桥塔利用钢结构实现了桥塔新颖的外形，同时钢材良好的受力性能很好地解决了桥塔的复杂受力问题;利用混凝土自重大、刚度大的特点在钢箱内填筑混凝土提高了桥塔结构承载能力及稳定性，钢箱混凝土橋塔受力性能优良，经济指标良好，是较为合理的结构布置形式（见图5）。

3.5 斜拉索及其锚固构造设计

斜拉索采用环氧涂层钢绞线成品拉索，每根拉索采用55根s15.24 mm单层PE防护单丝涂覆环氧涂层钢绞线。采用成品斜拉索，具备防腐性能优良、索力可调、拉索可换等优点。

全桥共有40对斜拉索，梁上索间距5.5 m，塔上索间距1.1 m。索塔布置在桥梁人行道外侧，斜拉索利用钢筋混凝土锚固齿块锚固在主梁外侧斜腹板上。斜拉索在索塔处的锚固采用利用了分丝技术的新型鞍座，每对斜拉索在塔上连续通过，在斜拉索出桥塔处设抗滑锚头。桥塔顺桥向对称的斜拉索同步张拉。

4 结语

崇左大桥为外倾式PC矮塔斜拉桥，在设计中，始终围绕本桥的景观造型开展工作。本桥采用塔墩梁固结体系，在结构设计上采用了钢箱混凝土桥塔、双肢实体桥墩等新颖的结构形式。本桥采用了合理的结构体系与结构形式，打造了桥梁新颖优美的造型，在桥梁景观设计与项目投资之间取得了较好的平衡。本文详述了崇左大桥的设计要点、亮点，可为今后同类型桥梁设计提供参考。

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