沥桂大桥主桥总体设计

陈 伟，胡智敏，安丽勇，黄龙田

（广东省建筑设计研究院，广东 广州 510010）

沥桂大桥主桥总体设计

陈 伟，胡智敏，安丽勇，黄龙田

（广东省建筑设计研究院，广东 广州 510010）

沥桂大桥主桥采用主跨为160 m的预应力混凝土独塔双索面斜拉桥，主梁采用超宽扁平混凝土箱梁，桥宽42.0 m，是目前国内宽度最大的混凝土斜拉桥，对大桥的设计情况进行了总结，为超宽混凝土斜拉桥设计提供一些经验。

独塔；双索面；超宽混凝土梁；斜拉桥设计

1　概述

沥桂大桥工程全长983.5 m，两侧接线引长约262.4 m。引桥双向六车道，宽度为26.0 m；主桥起点处有一对上下单车道匝道汇入，为了满足车道数变化的需要，主桥需要增加2条车道，即采用双向八车道。

主桥跨径组合为160 m+120 m，桥宽42.0 m。是目前国内在建的最宽的独塔混凝土斜拉桥。平面图如图1所示。

图1　沥桂大桥平面图

2　建设条件

2.1水文与地质条件

项目位于佛山市南海区，属亚热带海洋性季风气候，年平均气温21.9℃，1月最冷，平均气温为13℃，最低记录为-1.9℃。7月最热，平均气温为28.5℃，最热的记录为38.5℃。年均降雨量为1 694 mm，最大月雨量大部分发生在5、6月间，月降雨量最大值为550～650 mm。秋、冬季盛行东北风，春、夏季盛行东南风，平均风速2.5 m/s。7～10月为台风季节，对本地区有较大影响的台风每年1～2次。

桥址处地貌类型属于珠江三角洲平原腹地，属冲积平原地貌单元，地形较为平坦。拟建场地地层按地质成因依次分为第四系素填土层，第四系冲洪成因的淤泥质土、细砂、粉质黏土、粉砂、砾砂和残积成因的粉质黏土，下伏基岩主要为白垩系的泥质砂岩、砂砾岩、砂岩。

2.2通航条件

桥址处河道比较顺直，水面宽约100 m，桥梁与河道斜交角为20.8°。河床底标高-2.78 m，河流自西向东流。桥址处河道通航等级为限制性Ⅴ级航道，双向通航孔净宽不小于80.0 m，净高不小于5.5 m。最高通航水位2.964 m。

2.3设计标准

（1）道路等级：城市主干道。

（2）设计车速：60 km/h。

（3）荷载等级：设计荷载为城-A级，并按公路-Ⅰ级进行验算；人群荷载集度采用3.5 kN/m2。

（4）抗震要求：场区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10 g。

（5）设计风速：基本风速取31.3 m/s，场地类别按B类考虑。

（6）船只撞击力：按1 000 t级船只计。

（7）纵坡：主桥采用对称纵坡，关于主塔中心对称，南、北侧纵坡均为1.9%，竖曲线半径为2 800 m。

3　主桥设计

3.1桥型及总体布置

沥桂大桥主桥为120 m+160 m独塔双索面预应力混凝土梁斜拉桥，边中跨比为0.75，全长280 m。

主桥横断面布置为：3 m（人行道）+2.0 m（拉索区）+15.5 m（车行道）+1.0 m（分隔带）+15.5 m（车行道）+2.0 m（拉索区）+3 m（人行道）=42.0 m。

主桥立面图如图2所示。

图2　主桥立面图

3.2主梁设计

主桥上部结构采用扁平箱形预应力混凝土主梁，箱梁采用C55混凝土。箱梁全宽42.0 m，单箱三室。箱梁中心线处梁高3.0 m，高跨比为1/53.3。箱梁横坡由腹板高度调整，中底板保持水平，边底板倾斜，顶板设2%对称横坡。

箱梁腹板厚度30 cm；0#块（B0梁段）腹板厚度由30 cm变化至60 cm。标准段箱梁底板厚度25 cm，0#块（B0梁段）底板厚度由25 cm变化至60 cm；标准段箱梁顶板厚28 cm，0#块（B0梁段）顶板厚度由28 cm变化至80 cm；边跨辅墩和边墩之间梁段为填充压重区段，底板厚度采用40 cm，顶板厚60 cm。

（1）标准段主梁区间的横梁，厚度30 cm，为满足横向布置预应力钢束的需要，横向梁端厚度60 cm，通过4 m的距离渐变。

（2）辅助墩位置中横梁，厚2.0 m。

（3）主塔位置塔梁固结段中横隔梁，厚6.5 m。

（4）过渡墩位置的端横隔梁，主跨侧厚2.9 m，边跨侧厚3.0 m。

主梁纵向预应力、横梁预应力和0#块竖向预应力均采用高强低松弛钢绞线，标准强度fpk= 1 860 MPa。

主梁横断面图如图3所示。

图3主梁横断面图

3.3主塔设计

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桥塔采用异形倒Y形桥塔，包括上塔柱、中塔柱和下塔柱，采用C50混凝土。桥塔全高99.074 m，其中桥塔在桥面以上塔高85.062 m，高跨比为0.532，桥面以下塔高14.012 m。其中中塔柱横桥向的斜率为1/3.223 9。

塔柱均采用空心箱形截面，上塔柱采用单向双室截面，尺寸由6.6 m（横向）×7.0 m（纵向）渐变到13.021 m（横向）×7.0 m（纵向）；中塔柱采用单向单室截面，尺寸为4.3 m（横向）×7.0 m（纵向）；下塔柱采用矩形实心截面，截面尺寸由4.2 m（横向）×7.0 m（纵向）变化到7.0 m（横向）×10.0 m（纵向）。

索塔下横梁采用箱形断面，为预应力结构，截面高度为6.5 m，宽度为6.5 m。

塔冠装饰段总高3.0 m，采用横桥向削角形式，塔冠为壁厚60 cm U形槽，底面设1%横向排水坡。

斜拉索锚固在主塔锚固区塔柱内壁的锯齿块上，为了克服斜拉索的水平分力在锚固区塔柱截面内产生拉力，在每根拉索锚固区截面四周布置了1～4层井字形加劲二次张拉预应力钢束。

3.4斜拉索设计

主桥为双索面斜拉桥，斜拉索在梁上锚固于箱梁两侧横肋的边缘位置。主塔两侧各分布24对，全桥共48对，96根斜拉索，斜拉索在梁上的顺桥向间距分别为6 m和2.9 m，塔上的竖向间距为1.5 m 和1.6 m。

斜拉索采用250型高强度环氧涂层钢绞线索，标准强度fpk=1 860 MPa，采用拉索群锚锚固体系。斜拉索两端锚管内设置减振器。

斜拉索在主梁和塔上的锚固方式均采用混凝土锚垫块的锚固方式。

3.5基础设计

辅墩设置在离开边跨边墩中心线35 m处，横桥向为门式结构，配置6×1.8 m钻孔灌注桩群桩基础形式。辅墩的立面位置可通过结构参数分析获得发挥辅墩最佳效果的区间并结合梁段施工缝处理后得到其理想位置。

4　主要计算结果

采用大型有限元程序MIDAS/Civil建立全桥分析模型，分别计算各种作用对全桥构件产生的效应，并参照现行规范进行验算，如图4所示。

图4　MIDAS全桥模型

4.1斜拉索索力结果

通过成桥阶段和使用阶段分析，在各种工况组合下，拉索最大拉应力为715.1 MPa，满足规范规定安全系数为2.5的要求，如图5、图6所示。

图5　成桥索力

图6　使用阶段索力

4.2主梁计算结果

主梁整体分析结果表明，主梁纵向预应力配置合理，在运营阶段混凝土梁受力良好，主梁处于全截面受压状态，上缘最大压应力为11.92 MPa，下缘最大压应力为11.02 MPa，最大主压应力为14.0 MPa，均满足规范要求，如图7所示。

图7　使用阶段标准组合作用主梁最大主压应力（单位：MPa）

在最不利荷载组合下，主梁最大竖向位移78.5 mm，刚度满足要求。

4.3主塔计算结果

主塔整体分析和局部分析结果表明，主塔受力合理，锚固区预应力配置合理，在各种不利工况下均能满足规范要求，如图8所示。

5　主桥施工

主塔承台基础施工采用双层钢板桩围堰，钢板桩规格为拉森Ⅳ型，单根长度为15 m。先施工围堰，然后再开挖基坑施工承台、系梁。

主塔下塔柱和下横梁采用支架施工，中塔柱和上塔柱采用爬模施工，每节施工高度不小于4.0 m，由于中塔柱向内倾斜，施工过程中需要增加横撑以保证结构安全和稳定。根据计算分析，中塔柱施工过程中需要增加3道横撑，最下面2道横撑的水平预顶力为200 t，第三道横撑的预顶力为180 t。

图8　主塔锚固区主拉应力（单位：N/mm2）

主梁根据施工阶段分为现浇段、悬浇段和合龙段，其中0#块和边跨现浇段采用满堂支架施工，标准悬浇段采用前支点挂篮施工，主跨和边跨合龙段均采用吊架施工。

6　结　语

沥桂大桥主桥为国内目前宽度最大的扁平混凝土箱梁斜拉桥，在设计中吸收借鉴了国内较宽斜拉桥的成功经验，同时经过计算分析优化了一些构造尺寸，使结构更加安全合理。沥桂大桥主桥的建设，对超宽混凝土斜拉桥的设计与施工都有一定的借鉴意义。

[1]杨征宇，宋桂峰，楼庄鸿.我国独塔斜拉桥 [J].预应力技术,2007 （3）：7-33.

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U442.5

B

1009-7716（2016）10-0050-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.016

2016-07-08

陈伟（1976-），男，福建龙岩人，高级工程遇，总工程师，主要从事桥梁设计、城市交通研究、地下空间设计及技术管理工作。