劉厚軍，鄭國(guó)富，胡 駿

（中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢430050）

佛山市順德區(qū)菊花灣大橋建設(shè)工程跨越順德水道，連接佛山新城與勒流鎮(zhèn)，道路等級(jí)為一級(jí)公路，兼顧城市道路功能，雙向六車道，設(shè)計(jì)車速為60km/h。

橋址處順德水道大堤間寬度約500m，航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，雙孔單向通航，航道寬75m，高度≥10m。兩岸河堤寬度均為45m左右。

為適應(yīng)航道及水利的要求，主橋采用2×120m混凝土獨(dú)塔斜拉橋，主梁為混凝土雙邊箱，主塔為混凝土主塔，斜拉索為平行鋼絲拉索。該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中面臨結(jié)構(gòu)體系比較、低樁承臺(tái)深水基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工、主梁方案選擇等問(wèn)題和挑戰(zhàn)，文章對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)闡述，進(jìn)而選出了最佳設(shè)計(jì)與施工方案。

1 主橋結(jié)構(gòu)

1.1 結(jié)構(gòu)體系

獨(dú)塔斜拉橋可以采用漂浮體系或固結(jié)體系，兩個(gè)體系的優(yōu)劣如下：（1）采用漂浮體系，即半漂浮或全漂浮+縱向約束體系時(shí)，可通過(guò)主梁的縱向位移釋放地震力，但斜拉橋結(jié)構(gòu)的整體剛度相對(duì)較低，活荷載作用下梁端位移和跨中撓度相對(duì)較大，結(jié)構(gòu)構(gòu)造上需增加支座（半漂浮時(shí)）、縱向阻尼器，伸縮縫也需要選擇能夠適應(yīng)漂浮體系大位移量的產(chǎn)品。（2）全橋采用塔梁固結(jié)體系時(shí)，地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)受力相對(duì)不利，但方案明顯提高了斜拉橋結(jié)構(gòu)剛度，避免了主梁縱向漂移，減少了大噸位支座及阻尼器，伸縮縫也不需要適應(yīng)較大的位移量，便于施工與養(yǎng)護(hù)。該橋塔梁固結(jié)點(diǎn)至承臺(tái)的高度為27m，經(jīng)驗(yàn)算塔梁固結(jié)設(shè)計(jì)可滿足抗震要求，故采用塔梁固結(jié)體系。主橋跨度布置為120m+120m=240m（見(jiàn)圖1），設(shè)計(jì)為獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土雙邊箱主梁斜拉橋，橋?qū)?4.8m。

圖1 主橋橋式布置圖（單位：m）

1.2 主塔基礎(chǔ)

橋梁水中基礎(chǔ)一般采用樁基礎(chǔ)。根據(jù)廣東省河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)規(guī)程及該項(xiàng)目省水利廳的防洪影響評(píng)價(jià)批復(fù)文件“河道內(nèi)橋墩承臺(tái)位于河床以下”要求，該項(xiàng)目水上橋梁基礎(chǔ)需采用低樁承臺(tái)方案。

低樁承臺(tái)方案將承臺(tái)埋置于河床以下，有利于防洪，但增加了施工難度。為減少施工費(fèi)用，主墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選用分離式，即兩基礎(chǔ)相互獨(dú)立。根據(jù)地勘資料，基巖埋置較淺，其上覆蓋層厚度約20m，故設(shè)計(jì)為柱樁基礎(chǔ)。每側(cè)基礎(chǔ)采用10根2.5m鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為47m，樁底標(biāo)高以“樁底在巖層傾斜處最低點(diǎn)嵌入4-2b中風(fēng)化層連續(xù)深度≥6m”控制，樁基平面布置呈梅花形，樁間距為6.25m。

承臺(tái)頂布置于河床面以下，高程為-10.4m?？紤]施工期減少對(duì)水流影響以及主墩防船撞需求，承臺(tái)平面為圓端形，順橋向?qū)挾葹?7m，橫橋向?qū)挾葹?3.25m，承臺(tái)厚度為5m（見(jiàn)圖2）。主墩承臺(tái)位置水深在10～16m變化，再計(jì)入承臺(tái)高度及封底厚度，施工期最大水頭差達(dá)25m。

圖2 主塔基礎(chǔ)及雙壁鋼圍堰布置圖（單位：m）

低樁承臺(tái)如何施工是項(xiàng)目實(shí)施的一個(gè)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)鋼板樁圍堰、雙壁鋼圍堰等工法進(jìn)行比選。鋼板樁圍堰施工簡(jiǎn)便，且鋼板樁可以重復(fù)利用，但其剛度相對(duì)小，擋水高度一般不宜＞11m；雙壁鋼圍堰方案施工相對(duì)復(fù)雜，但剛度大、密閉性好，可適應(yīng)大水頭差。為降低工程風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)采用雙壁鋼圍堰方案。經(jīng)驗(yàn)算采用壁厚1.2m的雙壁鋼圍堰可滿足施工需求。

1.3 主塔

根據(jù)景觀造型，主塔結(jié)構(gòu)為H形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。塔底高程為-10.4m，塔頂高程為+96.075m，主塔塔高106.475m。塔梁固結(jié)位置設(shè)一道下橫梁，為改善塔柱受力性能，在距塔頂41m處設(shè)置一道上橫梁（見(jiàn)圖3）。橫橋向上塔柱及下塔柱均為鉛垂布置，中塔肢向外傾斜，斜率為12∶340；主塔上塔柱兩塔肢間距為28.5m，下塔柱兩塔肢間距為30.9m。

圖3 主塔結(jié)構(gòu)布置圖（單位：m）

主塔上塔柱及中塔柱采用單箱單室截面，下塔柱考慮船撞設(shè)計(jì)為實(shí)心截面。上塔柱橫橋向?qū)挾?.5m，順橋向?qū)挾葹?m；中塔柱橫橋向?qū)挾葹?.5m，順橋向?qū)挾扔?m漸變至7.345m；下塔柱橫橋向?qū)挾扔?.5m漸變至7m，順橋向?qū)挾扔?.345m漸變至8m。上、中塔柱標(biāo)準(zhǔn)截面縱橋向壁厚為0.8m，橫橋向壁厚1.2m。

上塔柱為斜拉索錨固區(qū)段，采用鋸齒塊構(gòu)造。塔壁四周布置“井”字形預(yù)應(yīng)力。錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力采用直徑32mm預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋，單端張拉。

主塔上橫梁和下橫梁均采用單箱單室箱型截面，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。橫梁上下緣及腹板上布置17-φS15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線，兩端張拉。

1.4 主梁

雙索面混凝土斜拉橋主梁結(jié)構(gòu)可采用邊主梁或邊箱梁結(jié)構(gòu)（兩種結(jié)構(gòu)對(duì)比情況見(jiàn)表1）。

表1 主梁方案對(duì)比表

考慮邊箱梁結(jié)構(gòu)剛度明顯大于邊主梁結(jié)構(gòu)，同時(shí)方便縱向預(yù)應(yīng)力布置，且材料數(shù)量增加不多，該項(xiàng)目主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙邊箱梁斷面結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4）。

橋面上需要布置雙向六車道和人行道慢行系統(tǒng)，為減少主梁橫向跨度，設(shè)計(jì)通過(guò)1m斜拉索索區(qū)分隔機(jī)動(dòng)車道與人行道，在橋塔處人行道繞塔外側(cè)布置。橋面建筑寬度為35m（含兩側(cè)人行道踢腳外掛各0.1m），主梁結(jié)構(gòu)頂板寬34.8m，設(shè)2%橫坡，橋梁對(duì)稱中心線處梁高2.8m，塔根處主梁由2.8m加高至3.6m。

圖4 主梁結(jié)構(gòu)布置圖（單位：m）

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段（見(jiàn)圖4）邊箱梁寬9.25m，頂板厚0.3m，直腹板厚0.4m，拉索錨梁寬1.8m，斜腹板厚0.35m，底板厚0.35m，箱梁挑臂長(zhǎng)2.35m。斜拉索通過(guò)布置于梁底的齒塊將荷載傳遞至主梁上。

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段橫梁厚度0.4m，箱內(nèi)橫隔板設(shè)檢修過(guò)人孔。

主梁采用雙向預(yù)應(yīng)力體系?？v向預(yù)應(yīng)力設(shè)15-φS15.24腹板束及3-φS15.2頂板束，兩者都為分段施工過(guò)程束，采用連接器錨具錨固，施工過(guò)程中交錯(cuò)張拉?？v向預(yù)應(yīng)力還包括頂板合攏束及底板合攏束。橫梁采用15-φS15.2鋼絞線，橫梁預(yù)應(yīng)力根據(jù)橫梁受力差異，不同類型的橫梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線的數(shù)量、規(guī)格和排列有所不同，所有橫梁預(yù)應(yīng)力采用兩端張拉，開(kāi)槽錨固。

主梁采用分段施工工藝，根據(jù)施工方式劃分為以下三種：（1）主塔下橫梁附近0#塊，梁段長(zhǎng)27m，對(duì)稱于主塔墩中心線兩側(cè)，采用支架現(xiàn)澆；（2）左右跨1#～16#梁段為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，梁段長(zhǎng)6m，采用掛籃懸澆施工；（3）左右跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)10.4m，采用支架現(xiàn)澆。

1.5 斜拉索

斜拉索采用平面扇形布置，拉索在梁上的錨固點(diǎn)間距為6m，塔上的錨固點(diǎn)間距為2m。斜拉索索體可采用平行鋼絲或者鋼絞線。本項(xiàng)目考慮平行鋼絲索整體張拉，應(yīng)力更均勻，因此采用φ7mm鍍鋅高強(qiáng)低松弛鋼絲束。

斜拉索采用定型產(chǎn)品，全橋斜拉索共34對(duì)68根。斜拉索兩端均采用張拉端錨具，安裝時(shí)在塔端張拉，主梁端錨固。

2 主橋施工

2.1 基礎(chǔ)的施工

主墩樁基及承臺(tái)的主要施工過(guò)程：（1）搭設(shè)棧橋施工鉆孔平臺(tái)；（2）平臺(tái)上布置鉆機(jī)施工鉆孔灌注樁；（3）采用雙壁鋼套箱圍堰施工承臺(tái)。

圍堰形狀為圓端形，與承臺(tái)外輪廓相同，兼作承臺(tái)模板使用。其平面外尺寸為26.05m×19.8m，為兩端弧形段加中間直線段組合結(jié)構(gòu)，最外側(cè)弧長(zhǎng)74.7m，最大弧度半徑為9.9m；圍堰壁厚1.2m，內(nèi)壁板距承臺(tái)邊20cm。圍堰內(nèi)設(shè)鋼管內(nèi)支撐。

雙壁鋼圍堰在工廠內(nèi)分段預(yù)制，在鉆孔樁施工平臺(tái)上組拼，后分段下沉并接高，施工過(guò)程中保證定位的精確并進(jìn)行下沉糾偏，然后施工水下混凝土封底，抽水后分兩層澆注承臺(tái)混凝土。

2.2 主塔的施工

橋塔采用液壓爬模進(jìn)行施工。鑒于工期緊張，該項(xiàng)目主塔與主梁部分節(jié)段同步施工。在上橫梁未施工完成時(shí)即進(jìn)行主梁懸臂施工、橋塔斜拉索的張拉。為保證橋塔施工期的穩(wěn)定性，在上橫梁下布置臨時(shí)橫撐，該橫撐同時(shí)作為上橫梁現(xiàn)澆支架系統(tǒng)的一部分。上橫梁采用一次澆筑，一次張拉的施工工藝。采用上述的施工方案，工期可節(jié)約2個(gè)月。

2.3 主梁的施工

主梁除0#塊及邊跨現(xiàn)澆段采用支架現(xiàn)澆施工外，其余16個(gè)節(jié)段均采用懸臂澆筑施工。每一節(jié)段長(zhǎng)度為6m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段梁體自重428t。

混凝土主梁懸臂澆筑的掛籃可以采用前支點(diǎn)牽索掛籃或者組合式掛籃。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工中對(duì)這兩種掛籃進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比與分析（見(jiàn)表2）。

表2 掛籃方案對(duì)比表

綜上，組合式掛籃相較前支點(diǎn)牽索掛雖然存在主體結(jié)構(gòu)臨時(shí)荷載增大的問(wèn)題，但掛籃的橫向受力有利，結(jié)構(gòu)重量輕，施工速度快。若主體結(jié)構(gòu)懸臂施工時(shí)能夠承擔(dān)組合式掛籃方案的臨時(shí)荷載，該方案是具有優(yōu)勢(shì)的。

菊花灣大橋主橋采用雙邊箱主梁結(jié)構(gòu)剛度大，經(jīng)檢算通過(guò)調(diào)整部分預(yù)應(yīng)力鋼束用量可滿足組合式掛籃的施工條件。

主梁節(jié)段的主要施工步驟：（1）掛籃就位，立模板，綁扎鋼筋，澆筑混凝土；（2）已澆筑節(jié)段上掛設(shè)斜拉索并初張拉；（3）掛籃前移，對(duì)斜拉索進(jìn)行二次張拉，預(yù)抬掛籃，然后再進(jìn)行模板定位、鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力筋安裝、預(yù)埋件埋設(shè)等后續(xù)工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了一座獨(dú)塔雙索面混凝土斜拉橋的設(shè)計(jì)與施工，并重點(diǎn)研究了該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系、低樁承臺(tái)的設(shè)計(jì)與施工、主梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工，有如下小結(jié)：

（1）該類型斜拉橋在滿足抗震設(shè)計(jì)的條件下宜采用塔梁固結(jié)體系，可提高斜拉橋結(jié)構(gòu)剛度，減少大噸位支座及阻尼器的應(yīng)用，便于施工與養(yǎng)護(hù)。

（2）受防洪影響制約基礎(chǔ)必須采用低樁承臺(tái)時(shí)，雙壁鋼套箱圍堰是合適的施工方案。

（3）主梁設(shè)計(jì)采用雙邊箱主梁方案具有剛度大、方便施工的優(yōu)點(diǎn)，掛籃施工方案采用組合式掛籃方案可加快施工速度、減少項(xiàng)目投資。