上海祁连山路跨蕰藻浜大桥总体设计

田周松

[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092]

1 工程概况

陆翔路- 祁连山路贯通工程位于上海市宝山区，路线全长约2.3 km，城市主干路，红线宽度为40～55 m，含一座跨蕰藻浜大桥，设计荷载为城-A级，南侧引桥段线路与轨道交通15 号线支线部分重叠。

2 总体布置

2.1 主跨拟定

拟建道路规划线位位于蕰藻浜东闸以西约450 m 处，为蕰藻浜东闸引航道段，桥位处河道呈喇叭形变宽段，净宽约为112～126 m，规划河床底标高为-3.26 m。桥位如图1 所示。

图1 蕰藻浜大桥桥位示意图

蕰藻浜为Ⅲ级内河限制性航道，通航净高7 m，通航净宽65 m，设计最高通航水位为3.8 m。通航要求拟建桥梁一跨跨过设计通航水域，南岸承台不应进入蓝线，北岸墩柱不应进入蓝线且承台应埋入规划泥面下2 m。满足通航要求的一跨跨过河道的最小桥梁主跨跨径拟定采用132 m。

2.2 桥型方案

对跨度为132 m 的有通航要求的跨航道桥，可采用下承式拱桥或独塔斜拉桥，上下游已建成多座拱桥，拟采用独塔斜拉桥，如图2 所示。高耸的桥塔气势恢弘，大桥造型舒展，宛如即将起航的帆船扬帆远航，勇往直前。

图2 蕰藻浜大桥实景图

2.3 主桥总体布置

为了尽量减小斜拉桥的总长，控制桥梁建设成本，并结合两岸道路平面布置，该桥采用独塔两跨斜拉桥。由于北岸侧为道路变宽段，因此边跨布置在南岸侧。南岸侧道路为平曲线段，曲线半径为251 m，为了尽量减小曲线边跨长度，同时也为了减小地铁15号线支线对边墩布置的影响，边跨采用了较小跨径65 m，边主跨比0.493。由于边跨较短，采用预应力混凝土梁更为经济。

因此，综合上述因素，主桥采用平曲线独塔双索面混合梁斜拉桥，南侧边跨采用预应力混凝土梁，跨河主跨采用钢箱梁，边跨跨径为65 m，主跨跨径为132 m。

主桥桥宽42 m，总体布置如图3 至图6 所示。

图3 立面布置图（单位：mm；标高、桩号为m）

图4 平面布置图（单位：mm；桩号为m）

图5 桥塔横断面布置图（单位：mm；标高为m）

图6 主梁横断面布置图（单位：mm）

2.4 主桥结构体系选择

斜拉桥各结构体系在静力和地震工况下的对比结果见表1 所列。

表1 不同结构体系在静力和地震工况下的结果一览表

根据计算结果，塔梁固结体系在静力和地震工况下的下部结构受力，优于半漂浮体系和塔梁墩固结体系，位移介于两者之间但绝对位移仍在可接受范围内。塔梁固结体系的桩基数量可进一步减少，详见基础设计；而固结体系桩基比较长，宜增加桩基数量。由于该桥受边跨布置和河道蓝线的限制，宜减小基础规模控制主跨跨径，推荐采用塔梁固结体系，梁底设置减隔震支座（见图7）。主墩采用摩擦摆减隔震支座，静力下纵桥向固定、横桥向单侧固定；边墩采用摩擦摆减隔震支座，静力下纵桥向滑动、横桥向单侧固定。主墩和边墩均设置间隙超过地震位移需求的横向挡块。

图7 主桥约束体系布置示意图

2.5 引桥总体布置

该工程引桥桥下净空小，南引桥与15 号线支线平面有部分重叠，立柱布置无规律，如采用带盖梁的上部结构形式，则盖梁埋入或紧贴地面；并且盖梁多数为异形盖梁，盖梁跨度大、梁高高，景观效果差。因此不推荐采用T 型梁、小箱梁等需要设置盖梁的上部结构形式。现浇混凝土大箱梁外形美观，抗弯抗扭刚度大，跨越能力适应性强，可较好地满足一般中等跨度桥梁的使用要求，引桥结构形式统一。由于不需要设置盖梁，总建筑高度小。跨蕰藻浜大桥引桥采用现浇整体箱梁，标准跨径在30 m 左右，路口处适当加大。

南引桥桩基布置以尽量增大桩基与盾构边线的净距为原则。由于15 号支线盾构之间的净距较小，因此中间桥墩采用大直径的单排桩。经计算，桩基直径采用2.2 m，桩基边缘距离盾构边缘的最小净距为2.1 m，如图8 所示。

图8 地铁15 号线支线处桥梁布墩图

3 主桥结构设计

3.1 主梁

钢箱梁分为索塔段（含钢混结合段）、标准段、边墩墩顶段等类型，钢梁标准节段长9.6 m。钢箱梁长42 m，高2.6 m。标准段顶板厚16 mm、20 mm，底板厚16 mm、20 mm，腹板厚14 mm、25 mm。钢梁采用正交异性钢桥面板，钢梁顶板、底板采用U 形闭口加劲肋加强。钢梁沿纵向每3.2 m 设置一道横隔板，标准横隔板厚12 mm。横断面如图9 所示。

图9 主梁标准断面图（单位：mm）

边跨主梁采用预应力混凝土整体箱梁，C50 混凝土，梁高2.55 m。箱梁顶板、底板厚均为0.22 m，一般腹板厚0.4 m，锚固区腹板厚1.5 m。标准横梁间距4.85 m，厚0.3～0.5 m。纵向设置顶底板及腹板预应力钢束，横向设置横梁及挑臂桥面板预应力钢束。

由于该桥为钢塔，钢混段设置在边跨可减少混合段连接数量，钢混结合段长2.0 m，距离主桥塔中心线4～6 m。设置前承压板，可使钢混接触面的应力扩散尽量均匀且受力明确。钢混段纵向设置体内预应力钢束，锚固于后承压板，要求接触面在基本组合下不出现拉应力，接触面的剪力通过剪力钉承担，摩擦力作为抗剪的安全储备。混凝土梁的钢筋连接于前承压板或者开孔穿过前承压板。钢混结合段与钢梁之间设置刚度过渡段，如图10 所示。

图10 钢混结合段纵向布置图（单位：mm）

3.2 主塔

主塔采用纵向帆形塔柱，桥面以上塔高约50.5 m。直线主塔柱、曲线副塔柱均采用箱形钢结构，它们通过圆钢管连接。主塔柱顺桥向宽4.05 m，横桥向宽3 m。辅助塔柱顺桥向宽2.03 m，横桥向宽3 m。塔柱顶部设置横向系梁，系梁宽2.48 m，高2.5～3.6 m。塔壁最大板厚为50 mm，主塔如图11 所示。

图11 塔柱成桥之实景

3.3 斜拉索

斜拉索采用高强钢丝，标准强度1770 MPa，斜拉索全桥设24 对（48 根）。

主跨标准索距为9.6 m，索梁锚固采用梁式锚箱；边跨标准索距为4.85 m，通过混凝土箱梁腹板开槽口锚固。塔上标准索距3.6 m，索塔锚固采用组合式锚固结构。

当桥塔纵向腹板间距较小时，可采用梁式锚箱，索力传递到两侧塔壁；当桥塔纵向腹板间距较大时，可设置纵桥向钢锚梁。该桥桥塔尺寸有限，难以设置较多的纵向隔板，综合采用了上述两种锚固构造，即纵桥向居中设置钢锚梁、横桥向由两道桥塔环向加劲及其翼缘组成锚固横梁[1]，如图12 所示。拉索平衡水平力由钢锚梁承担，不平衡水平力由锚固横梁承担，竖向分力由桥塔塔壁及其竖向加劲共同承担。

图12 组合式锚固结构平面/ 立面布置图

该桥边跨位于半径为251 m 的平曲线上，曲线平面导致桥塔处产生横桥向水平力。成桥状态以较小桥塔弯矩为目标，基于静力平衡方法确定斜拉索索力，即采用刚性支承连续梁法得到北侧钢梁主跨恒载作用下的竖向分力，按图13 根据静力平衡条件计算斜拉索索力；考虑充分发挥小跨径斜拉桥主梁纵向受力能力，按比例适当调小索力，从而减小桥塔横桥向弯矩。

图13 拉索索力计算图示

3.4 桥墩

主墩采用分离双柱墩，横桥向中心距离26.5 m。主墩墩底横桥向尺寸为5.5 m，墩底纵桥向尺寸为6.0 m；墩顶横桥向尺寸为3.0 m，墩顶纵桥向尺寸为6.0 m。主墩连线相对于桩号线沿顺时针旋转1.2°。主墩承台平行于河岸布置，承台长边尺寸为14.2 m，短边尺寸为11.2 m，承台厚4.0 m。主墩每侧共布置20 根φ1.2 m 的钻孔灌注桩。

边墩采用分离双柱墩，南岸边墩横桥向中心距离20.0 m，北岸边墩横桥向中心距离22.0 m。边墩立柱横桥向尺寸为3.2 m，纵桥向尺寸为3.2 m。南岸边墩左侧承台平行于盾构布置，北岸边墩承台平行于河岸布置，每侧共布置8 根φ1.2 m 的钻孔灌注桩。

4 结语

祁连山路跨蕰藻浜大桥主桥采用独塔双索面混合梁斜拉桥方案，主梁采用钢- 混凝土混合梁，主塔采用帆形塔，结构体系为塔梁固结、塔墩分离体系。在充分考虑河口宽度、通航要求、盾构避让、边跨位于曲线段等因素基础上，该桥的设计将结构美观性、经济性与受力合理性很好地结合在一起，可以对类似工程起到借鉴作用。