匈牙利M43公路蒂萨河桥的设计

张建勋, 赵谙笛 编译

(1.郑州市交通规划勘察设计研究院, 河南 郑州 450006; 2.新疆建设职业技术学院， 新疆 乌鲁木齐 830000)

1 概述

M43公路在蒂萨河182.970 km处与桥梁交叉，桥梁设计方案除了受蒂萨河斜角角度(85°)和洪泛区的影响外，还受到油井运输的限制。桥梁跨河段位于半径15 000 m的平曲线，其余部分均处于公路平曲线的直线段内。蒂萨河大桥设计时速为110 km/h，每侧设两个3.75 m行车道和一个紧急停车道，为了给斜拉索预留一定的安全距离，分隔带采取加宽设计。因此，左右车道间距有所增加。蒂萨河桥全长661.20 m，由跨河和两个洪泛区三部分组成。其中，跨河部分采用单幅设计，而左右两侧洪泛区则为双幅设计。桥梁跨河段跨径布置为：(96+180+96) m，桥梁立面布置见图1。

图1 桥梁立面布置图(单位：m)

矮塔斜拉桥与常规箱梁桥相比有几个优点：梁的高度和自重大大低于梁桥，此外混凝土和钢束的用量也比梁桥少。因矮塔斜拉桥桥塔比较低，活载引起的应力要比一般斜拉桥小，预应力钢束允许拉力可以减小到梁式桥的范围(以这种方式，可以减小30%的目标)。由于采用波形钢腹板结构形式，大部分的预应力主要作用于顶底板，波形钢腹板只承受剪切力；因主梁的自重降低，可节约成本，同时增大节段，节段数量的减少将大大缩短施工工期。

该桥投资商为黑徳彼建设公司，承建方为国家基础设施建设开发有限公司。主桥方案由邦德设计公司设计，洪水区桥梁部分由乌瓦公司负责，斜拉索和上部索鞍由威胜利拉索制造公司提供。波形钢腹板疲劳试验由布达佩斯技术与经济大学结构工程学院完成、风洞试验由流体力学研究所完成。

2 主桥总体设计

2.1 下部结构

跨河桥梁采用塔梁固结体系，桥墩处放置支座，为适应支座的布置数量及方式主墩采用实心薄壁形式，平面造型为柳叶形，支座连线与桥墩中心呈15°夹角；主墩承台总高3.5 m，采用30.9 m×17.6 m的矩形截面；由于地质条件非常不利，主塔基础每个承台下52根直径1.2 m长40 m的群桩基；跨河部分桥下桩基总长约6 000 m。靠近岸边的边墩桩基与河岸平行，为嵌于花岗岩上的嵌岩桩；连接墩位于凸形竖曲线上，主墩基础立面及平面见图2。

图2 主墩基础立面及平面图(单位：m)

2.2 主梁结构

桥梁上部结构采用单箱三室，箱梁全宽29.94 m(图3)；顶板和底板均采用预应力混凝土板，预应力钢束采用12和15束的狄伟达预应力体系(DSI Dywidag Systems International)；斜拉索锚固于中箱室的顶板部位。为了提高预应力效应，增加承载能力，设计采用矮塔部分斜拉桥。斜拉索锚固在位于桥梁中线22.0 m高的塔上。箱梁的4个腹板均采用波形钢腹板，为增加箱梁的整体刚度，每5 m设置一道加劲钢横梁。箱梁横截面采用变高度，桥面板在腹板位置加腋，箱梁高度由跨中梁高4.0 m变化至墩顶截面高6.0 m。桥梁共计18个臂段节段，每个节段中间处设置加劲钢横梁。7～14号节段通过斜拉索锚固于主塔上。

2.3 斜拉索及散索鞍

斜拉索采用扇形单索面布置，每索面布置8对斜拉索，主梁上索距为5 m。从经济性和施工条件等综合考虑，该桥斜拉索采用37束VSL SSI 2000型钢绞线体系。散索鞍采用VSL斜拉索配套形式(图4)，主塔为钢筋混凝土结构，钢索鞍锚固于塔顶扩大段，主塔上部加宽采用空心结构，混凝土壁厚0.5～0.8 m。

图3 箱梁标准横断面(单位：m)

图4 散索鞍

3 洪泛区桥梁

右岸桥梁跨径布置为(52+2×64+52) m，左岸跨径为一孔52.0 m；两岸234 m和54 m桥梁下部均采用大体积实心混凝土桥墩和桩基础。洪泛区桥梁均采用平行腹板组合箱梁桥，因左右方向车道分幅设计，桥梁断面采用两个分离式单箱单室断面，梁高4 m。

4 桥梁施工

承台和上部结构所用混凝土性能独特，承台最大混凝土用量约1 600 m3，其顶部为三角形，两边与水平面分别呈12°和16°倾角。承台平面混凝土所需面积约500 m2，要求120～130 m3/h的浇筑速度才能达到工期进度要求，为满足如此大的浇筑工作量，设计决定选用3家混凝土厂同时供应的方案。桥梁混凝土施工过程中，水灰比是关键参数之一。通常情况下，0.4的水灰比几乎可适用于桥梁所有结构的混凝土施工，但为保证该桥所用混凝土的和易性，需掺加高塑性外加剂。但如果混凝土硬化过快，混凝土各层将难以振捣充分；加上其他综合因素的影响，混凝土早期硬化速度难以降低，不利于大体积混凝土的密实成型。经过多次试验和协商，最终定出水灰比的取值：桩、承台为0.45；墩为0.42；主桥上部结构为0.4。

为保证混凝土的浇筑质量，在混凝土配合试验时，不仅测试了混凝土在室内环境下的性能，同时也建立了上部结构底板模型，试图模拟混凝土的实际工作环境。模板尺寸为3.0 m×2.0 m，体积为3 m3。模板上部即钢板的连接固定部位用树脂板制作，以观察混凝土的填筑状况；剪力钉使用圆柱形木楔；为确保混凝土浇筑模型符合实际，还在模板内布设了钢筋网架。通过试验观测，混凝土连续振捣有助于混凝土加速扩散。当混凝土浆开始起泡，部分振捣点开始产生裂缝应立即停止振捣，这样振捣后的结构内部有孔隙，但外表面无裂缝。

跨河段桥梁采用现浇平衡悬臂法施工，两侧同时悬臂施工。桥梁上部施工由桥塔处0#块开始以每5 m一个悬臂节段施工，直至两侧悬臂段最终合龙。悬臂施工过程中需采用临时支撑以保证结构的稳定性。

洪泛区桥梁组合箱梁通过公路运输至施工现场，并在临时支架上固定位置进行组装，施工节段连接采用焊接接头，桥面板采用现浇形式。

5 桥梁附属

整个桥梁外侧栏杆采用外形一致螺栓连接，行车道由护栏隔开，其安全性已通过冲击试验验证，桥梁外侧的检修通道由定制的高为1.1 m的护栏封闭。

跨河桥梁采用球形支座，洪泛区桥梁采用氯丁橡胶支座。跨河桥梁的固定支座安置在桥梁轴线方向的的6#墩处，洪泛区桥梁的固定支座置于3#和8#桥墩的梁内侧较高处。

雨水由桥梁外侧抬高部分内侧的集水沟收集后排入竖向集水管。因雨水不能直接排入河内和洪泛区，需要先沿纵向布置的玻璃纤维聚酯集水管汇集后排至桥台后侧。箱梁和塔的内部需设置人行通道，以方便桥梁内部各部件的检查。桥梁检修车道设置在洪泛区，利用检修车上的吊臂可以检查各桥墩和支座的内部情况。主梁和桥塔的灯光照明使整个桥梁的造型显得更加突出。

6 结语

匈牙利M43高速公路蒂萨河跨河大桥采用了特殊的结构形式：主梁斜拉索锚固于主塔顶端以改善斜拉索的预应力效应，单箱三室箱梁的顶、底板采用预应力混凝土结构，主梁腹板采用波形钢腹板。波形钢腹板不仅减轻了桥梁的自重，也提高了后张预应力效应。从结构体系而言，该跨河桥梁是一座三跨波形钢腹板矮塔斜拉桥，其显著优点是结构自重小、材料经济和外观轻盈。