浅谈矮塔斜拉桥主塔方案比选

高 波， 张百永

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

当前，国内100～200 m主跨跨径范围桥梁结构主要采用连续刚构桥、系杆拱桥和矮塔斜拉桥等几种形式，而矮塔斜拉桥凭借其跨中下绕小、梁高小、施工干扰小等优点广泛运用于涉河涉路桥梁建设中。结合业主或地方政府要求，矮塔斜拉桥同样作为景观桥梁广泛运用于城市桥梁建设中，通过不同主塔造型打造景观效果，并与城市景观融为一体。常见矮塔斜拉桥主塔外形主要有独柱单索面、双柱双索面等类型，每座桥梁在此基础上根据各自主题特色分别采用不同主塔造型表达不同寓意[1-4]。本文以蚌埠市某座跨河大桥为依托，根据当地文化特色，选用不同主塔造型,分别从外观、施工、受力等方面进行综合比选，最终确定理想主塔造型，以便类似工程参考。

1 工程概况

蚌埠市固镇县某跨河大桥是当地县城区域内主要跨河通道，同时也是固镇县规划外环路的重要组成部分，其建设对固镇县总体经济发展、城市快速建设均具有重要的建设意义。固镇县是我国三国时期垓下之战的主战场之一，是中国重要的汉文化发展之地。该桥作为固镇县城内主要的过河通道，其景观效果应涵盖固镇县汉文化历史因素，突出固镇县城市建设过程中的文化因素。

该桥在固镇县跨越浍河，桥位处浍河规划航道等级为Ⅳ级，结合通航及防洪专题结论要求，该桥主桥采用(85+145+85) m跨径，经桥梁桥型比选，推荐主桥采用矮塔斜拉桥。综合考虑规划航迹线、通航尺度、防洪等要求，合理确定桥梁跨径及规模，全桥跨径组成为(11×30+85+145+85+9×30)m，全长921 m(含耳墙长度)。主桥采用矮塔斜拉桥(图1)，主梁采用斜腹板预应力混凝土变截面箱梁，主塔采用独塔造型(图2)；引桥主要采用30 m装配式预应力混凝土小箱梁。

图1 主桥桥型布置图

图2 主塔横断面图

主桥主梁采用左右幅整体式单箱三室变高度连续箱梁，主塔处梁高6 m，跨中处梁高3 m，最小顶板厚度28 cm，最小底板厚度32 cm，腹板厚度为50～70 cm，最大悬臂状态下的节段数由19个节段组成。

主桥主墩采用拱形实体墩，承台群桩基础，承台尺寸为23.2 m×18.2 m×5.0 m，承台下布置20根直径2.0 m的钻孔灌注桩；引桥桥墩采用双柱式桥墩，桩基础，墩高12 m以内时柱径1.4 m，桩径1.6 m，墩高12 m以上时柱径1.6 m，桩径1.8 m。

2 主塔方案比选

主塔作为矮塔斜拉桥的主要景观部位之一，其不同造型分别体现了该桥不同的景观效果。为体现固镇县该桥梁的景观效果，突出固镇县汉文化元素，设计时对主塔进行了多个造型方案比选，现就其中两个主塔造型方案进行比选。

2.1 宝剑形主塔

利用桥梁主墩、主塔联合设计古汉代宝剑造型，如图3所示。主塔外观简洁大方，稳定性好。主塔采用宝剑形独柱布置在中央分割带上，塔高33 m，塔顶6 m为塔尖装饰段；塔身设置鞍座以便拉索顺利通过，主塔横桥向宽度为2.5 m，主塔由塔尖下断面向下15 m采用变截面设计，截面尺寸为2.5 m×3.5 m～2.5×6.5 m，下塔柱采用分支设计，分支断面尺寸为2.5×2.2 m，塔上斜拉索理论竖向间距为1.5 m，横向双排布置，双排横向间距为1.0 m。

图3 宝剑形主塔立面图

2.2 “V”字形主塔

主塔采用“V”字形造型，形象表达固镇县“汉兴之地，胜利之城”的城市标语，寓意着固镇县近年来城市建设和经济的胜利发展。主塔采用独柱塔，布置在中央分割带上，塔高29 m，造型采用象征胜利的“V”字形；塔身设置鞍座以便拉索顺利通过，主塔横桥向宽度为2.5 m，顺桥向塔根宽度为5 m，塔顶总宽度9 m，2根立柱通过主塔索鞍连接，形成“V”字形整体。塔上斜拉索理论竖向间距为1.5 m，横向双排布置，双排横向间距为1.0 m。

图4 “V”字形主塔立面图

2.3 主塔方案比选

为比较2个主塔方案的优劣性，分别从受力、美观、施工难度等方面进行综合比选[5-10]。

2.3.1 结构受力

对以上2种主塔方案采用MIDAS-FEA计算软件进行实体模型受力分析，分别比较其塔根处应力情况,如图5、图6所示。

图5 宝剑形主塔主拉应力图(模型经过简化处理)

图6 “V”字形主塔主拉应力图

从图5、图6可以看出，由于宝剑形主塔两根立柱分别位于主梁0#块两侧，没有与0#块主梁下的支座对中，以致形成一个典型的“扁担”形受力模式，从应力图可以看出，0#块主梁受到的拉应力较大，即使通过增大主梁截面的方法也不能消除拉应力。而“V”字形主塔与支座对中，能够较好地将上部受力直接传递至主桥墩。因此，从结构受力角度来说，“V”字形主塔受力性能相比宝剑形主塔优越。

2.3.2 桥梁美观

宝剑形主塔虽能直观反映古汉代元素，但兵器造型体现了明显的紧张、严肃、杀戮信息，不能够体现固镇县开放、活泼的城市形象。

“V”字形主塔采用象征胜利的“V”字造型，主塔外形简单大方，并与固镇县“汉兴之地，胜利之城”的城市标语不谋而合，形象表达了固镇县近年来城市建设和经济的胜利发展，寓意较好。

因此，从桥梁美观、寓意角度比较，“V”字形主塔造型相比宝剑形主塔优越。

2.3.3 施工难度

2种主塔方案均采用爬模现浇施工，施工工艺及条件基本相当。但是“V”字形主塔塔身逐级往外倾斜，施工模板固定难度较大，尤其是在索鞍未施工前的下塔柱部位施工难度更大，施工时还需考虑塔柱自身的稳定性。因此，从施工难度方面考虑，宝剑形主塔相比“V”字形主塔优越。

3 结 论

综合以上分析，虽然“V”字形主塔施工时主塔模板固定难度大，需采取一定措施保障塔柱自身的稳定性，但其受力简单、明确，安全性能较宝剑形主塔方案优越，且“V”字形主塔寓意较好，能够形象体现固镇县“汉兴之地，胜利之城”的城市标语之意，固镇县近年来城市建设和经济的胜利发展，因此，推荐采用“V”字形主塔造型。