武漢陽邏長江公路大橋方案設(shè)計

1、武漢陽邏長江公路大橋方案設(shè)計徐國平(中交公路規(guī)劃設(shè)計院)摘 要：本文介紹了武漢陽邏長江公路大橋的方案構(gòu)思和方案設(shè)計，提出了適合 本橋建設(shè)條件的三塔懸索橋、單跨懸索橋和三塔斜拉橋三個橋型方案，重點對三 塔懸索橋方案的難點及要點進行了研究。關(guān)鍵詞：武漢陽邏大橋 方案 設(shè)計一、概況武漢陽邏長江公路大橋是武漢繞城公路東北段跨越長江的重點工程，并與京 珠、滬蓉國道主干線共同構(gòu)成湖北省“四縱二橫一環(huán)”公路主骨架的“一環(huán)”。 橋址位于武漢市城區(qū)東北，在武漢長江二橋下游27km處，大橋北岸為武漢市新 洲區(qū)陽邏鎮(zhèn)，南岸為武漢市洪山區(qū)。橋址北岸為自然岸坡，南岸為人工堤防(武惠堤)，常水位時江面寬約1000 110

2、0m，河床深槽偏于北岸。兩岸大堤間的距離約為14001500m。南大堤頂面 高程29.4m(黃海高程，以下同)，地面高程一般在1823m之間，屬長江I級階 地。南、北兩岸下伏基巖均為泥質(zhì)膠結(jié)砂巖，巖面自北向南除距北岸約600m處 發(fā)生急劇下降外，其余均平緩下降。北岸岸坡巖面裸露，南岸覆蓋層由粘土、粉 砂層和卵石質(zhì)土層組成，基巖埋深約60sm。橋位區(qū)地震烈度為丑度。工程總長10km，其中橋梁長度約2330m，接線長度約7670m。工程計劃于 20012002年開工，總工期48個月。二、主要技術(shù)指標本橋為雙向四車道高速公路特大橋，橋面凈寬28m。計算行車速度12Okm/h。 計算荷載為汽車一超20

3、級、掛車一120。橋位區(qū)20m高度處重現(xiàn)期100年10分 鐘平均最大風(fēng)速為27.6m/s。設(shè)計最高通航水位25.24m，設(shè)計最低通航水位 9.17m。橋下通航凈高為設(shè)計最高通航水位以上大于24m，通航凈寬為雙向通航 不小于425m、單向通航不小于230m。橋面最大縱坡3%，橋面橫坡2%。三、橋型方案的構(gòu)思1、橋型方案構(gòu)思的基本原則本橋建成后將成為武漢市東北第一大門，同時橋梁作為不可再生的人造 資源，橋型方案的構(gòu)思既要考慮與武漢市古老的風(fēng)景名勝相襯托，又要與長江、 漢江上數(shù)座大橋相映成趣，避免結(jié)構(gòu)型式的重復(fù)。本橋是跨越長江的宏偉工程，規(guī)模大投資多，橋型方案的選擇應(yīng)認真貫 徹適用、安全、經(jīng)濟、美觀

4、的設(shè)計方針。為了及時發(fā)揮武漢東北繞城高速公路的經(jīng)濟效益，本橋應(yīng)在近期開工建設(shè)，設(shè)計施工周期很短。因此，在滿足橋梁使用功能的基礎(chǔ)上，盡量使用成熟可 靠的橋型結(jié)構(gòu)及新技術(shù)、新工藝和新材料，增加橋梁方案的科技含量，降低工程 造價，加快施工速度，減少施工風(fēng)險。橋型方案選擇時，除了應(yīng)滿足行車安全外，還必須保證滿足地質(zhì)、水文、 通航、防洪等諸多方面的要求。特別是懸索橋錨陡基礎(chǔ)方案應(yīng)充分考慮長江大堤 防洪的要求。為了較好地滿足待建的陽邏軍用機場的使用要求，在構(gòu)思橋型方案、橋 跨布置時，應(yīng)滿足航空限高190m的要求。橋型布置應(yīng)盡量將主墩避開深槽區(qū)及地質(zhì)斷層，減少船舶撞擊主墩的機 率及對上下游港口、碼頭等設(shè)施的

5、影響。2、橋型方案的構(gòu)思根據(jù)橋位區(qū)的地形、地質(zhì)、河勢、水文、通航、防洪、航空等方面的要求以 及上述基本原則，本橋選擇了斜拉橋、懸索橋和斜拉一懸索組合橋三種結(jié)構(gòu)體系 的橋梁。針對三種體系橋梁的特點，結(jié)合橋位區(qū)的建設(shè)條件，提出了主跨為 660m+660m三塔兩跨懸索橋和主跨為1176m單跨懸索橋二個懸索橋方案、跨徑布 置為70m+70m+485m+485m+70m+70m三塔混合梁斜拉橋方案及跨徑布置為 270m+1176m+456m跨中懸吊部分為600m的斜拉一懸索組合橋方案。斜拉一懸吊組合橋可以減少主纜纜力，縮小錨碇規(guī)模。但根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計算， 該方案與同跨徑懸索橋相比，纜力僅減少約25%，效果

6、不明顯，卻存在斜拉-懸 吊交界處剛度不匹配吊索疲勞以及設(shè)計、施工技術(shù)不成熟等缺點，因此在方案選 擇中放棄了斜拉-懸吊組合橋方案。四、橋型方案設(shè)計1、主跨660m+660m三塔懸索橋方案三塔懸索橋方案布跨為260m+660m+660m+295m，邊中跨比分別為0.394和 0.447，橋型布置詳見圖1。為了減小主纜纜力及中塔塔頂?shù)乃搅?，適當增加 索塔高度，主纜矢跨比采用1:9。兩個主纜橫橋向間距為29.5m，每根主纜直徑 為548mm，由70束127絲直徑為5.2mm的平行渡鋅鋼絲組成，鋼絲的設(shè)計強度 為1670MPa。為了防止主纜在中塔塔頂發(fā)生滑移，其中9束127絲直徑為5.2mm 的平行渡

7、鋅鋼絲錨固在中塔塔頂?shù)闹靼吧?，在中塔錨固的9束索股的安全系數(shù)為 2.5,其余主纜索股的安全系數(shù)達到3.1。吊桿采用平行鍍鋅鋼絲制成，順橋向 吊桿間距為16m。主梁采用封閉式流線形鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁高3m,鋼箱梁寬度為31.5m，采用 Q345-D材質(zhì)。全橋鋼箱梁總長為1316m，共分87個梁段，標準梁段長度為l6m。 鋼箱梁全橋連續(xù)，在中塔處不設(shè)豎向支座以改善受力條件。三個索塔均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。中塔為了承受活載產(chǎn)生的塔頂水平力（約 為3OMN），在順橋方向設(shè)置成A形。三個索塔均為門形框架式鋼筋混凝土索塔。 為了增加全橋景觀效果和主纜在中塔塔頂?shù)目够芰?，中塔比邊塔高lOm。北錨碇采用擴大基礎(chǔ)重

8、力式錨，南錨基礎(chǔ)選擇了地下連續(xù)墻、樁基礎(chǔ)、冷凍 壁加排樁及沉井等方案作比較。錨身采用框架式重力錨。為了提高三塔懸索橋的整體剛度，設(shè)計計算時采取了如下措施：中塔在順橋方向采用A字形，通過計算該措施效果十分明顯，但由于中塔 剛度大，塔頂兩側(cè)主纜不平衡的水平力較大，中塔塔頂主索鞍必須采取主纜抗滑 措施；在三個索塔塔頂之間設(shè)置水平索，水平索矢跨比采用1：90，計算表明設(shè) 置水平索能增加全橋剛度，減小中塔塔頂不平衡水平力約25%，但由于水平索受 溫度影響大，施工困難講且影響全橋的景觀效果；在主跨跨中設(shè)置中央扣，對提高全橋剛度效果甚微，同時設(shè)置中央扣難于 克服溫度的影響；在中塔處將主梁和索塔進行固結(jié)處理，

9、對改善全橋剛度效果甚微，構(gòu)造處 理有一定的難度；采用不同矢跨比的兩根纜，兩根纜之間采用剛性桿連接，以增加主纜的抗 彎剛度。但施工架設(shè)困難，景觀效果較差。通過綜合比較，本橋型方案將中塔在 順橋向設(shè)置成A字形來滿足全橋的整體剛度。本橋型方案由于跨徑較小，減小了主纜纜力及錨淀規(guī)模，從而降低了南錨基 礎(chǔ)施工對長江大堤防洪的影響。另外，其綜合造價低于一跨過江的單跨懸索橋。 但該方案應(yīng)重點解決:主纜在中塔頂鞍座中的滑移;跨中短吊索的疲勞問題； 中塔的防船撞及南錨基礎(chǔ)設(shè)計。2、主跨1176m單跨懸索橋方案該橋型方案跨徑布置為270m+1176m+456m，邊中跨比分別為0.230和0.388。 橋型布置圖詳

10、見圖2。主纜矢跨比采用1:10，橫橋向兩根主纜間距為29.5m，每 根主纜直徑為724.2mm，由127束127絲直徑為5.lmm的平行鍍鋅鋼絲組成，鋼 絲的設(shè)計強度為1670MPa。主纜索股的安全系數(shù)為2.5。吊桿、鋼箱梁、索塔及 錨碇方案基本與三塔懸索橋方案相同。本方案由于南錨基礎(chǔ)規(guī)模大，施工及防洪風(fēng)險性較大。橋梁綜合造價高。3、主跨485m+485m三塔斜拉橋方案該橋型方案為2X7Om+2X485m+2X7Om總長1250m的六跨連續(xù)三塔混合梁斜 拉橋，橋型布置詳見圖3。邊跨2X7Om作為錨跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，兩個 中跨2X485m采用扁平流線性鋼箱梁，在邊塔主梁受力較小的區(qū)域設(shè)置鋼

11、、混結(jié) 合段。邊、中跨比為0.289： 1。中塔設(shè)置2X19對斜拉索，邊塔設(shè)置2X12對 斜拉索，全橋共設(shè)置86對斜拉索。斜拉索采用平行鋼絲冷鑄錨成品索。主跨標 準索距l(xiāng)5m，錨跨標準索距為9m。由于輔助索最大索力達1OMN，為了方便施工， 采用鋼絞線斜拉索分別錨固于申塔塔頂及邊塔箱梁處。主梁梁寬31.5m，梁高3m。圖3三塔斜拉橋方案（尺寸單位：m）三塔斜拉橋方案的關(guān)鍵是如何提高結(jié)構(gòu)總體剛度，其常用的方法有：中塔 塔梁固結(jié)；加大中塔剛度；中、邊塔設(shè)置輔助索；在跨中一定區(qū)域內(nèi)設(shè)置 交叉斜拉索。隨著三塔斜拉橋跨徑的增大（跨徑大于400m），中塔塔梁固結(jié)對提高總體剛 度的效應(yīng)不斷減弱，同時結(jié)構(gòu)難以承受地震荷載的作用。而采用加大中塔斷面尺 寸來增大中塔剛度的效果十分微小，如果中塔在順橋向設(shè)置成A字型，對增加總 體剛度效果很好，但索塔斜拉索錨固區(qū)設(shè)計難度較大且景觀效果欠佳。如果能解 決交叉索的疲勞問題，設(shè)置交叉索應(yīng)是一個可行的方案。本方案采用設(shè)置輔助索 的方法來滿足結(jié)構(gòu)總體剛度。五、結(jié)束語以