文章编号：１００９—４５３９（２０１７）０７—００３４—０４ ・设计咨询・ 均安水道特大桥主桥设计方案的优化研究 王崇智 （中铁二十局集团第六工程有限公司 陕西西安摘７１００３２） 要：均安水道特大桥主桥采用双塔双索面斜拉桥，跨度组成为（１１９＋２５０＋１１９）ｍ，全长４８８ ｍ。通过对均安水 道特大桥主桥设计方案优化，得出主桥采用索面双塔斜拉桥结构形式，景观效果好，对通过车辆干扰少，行车 视野较好，施工难度小、工程造价低等优点。 关键词：双塔双索面斜拉桥中图分类号：Ｕ４４２．５ 优化方案 索面双塔斜拉桥 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—４５３９．２０１７．０７．００９ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｍａｉｎ Ｂｒｉｄｇｅ ｏｆ Ｊｕｎａｎ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ Ｗａｎｇ Ｃｈｏｎｇｚｈｉ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ ２０ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ ６ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ Ｓｈａａｎｘｉ ７１００３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ｏｆ Ｊｕｎａｎ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ，ｉｓ ａ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｅ—ｐｙｌｏｎ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｃａｂｌｅ ｐｌａｎｅ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ（１１９十２５０＋１１９）ｍ ｓｐａｎ ｔｏ ｆｏｒｍ ａ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ａ ｔｏｔａｌ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ４８８ ｍ．Ｂｙ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｂｒｉｄｇｅ，ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ｃａｂｌｅ ｐｌａｎｅ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｂｒｉｄｇｅ，ｉｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｇｏｏｄ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｆｆｅｃｔ，ｌｅｓｓ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｂｅｔｔｅｒ ｄｒｉｖｉｎｇ ｖｉｅｗ，ｌｅｓｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｅ—ｐｙｌｏｎ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｃａｂｌｅ ｐｌａｎｅ；ｓｃｈｅｍｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｃｅｎｔｒａｌ ｃａｂｌｅ ｐｌａｎｅ １ 工程背景 均安水道特大桥位于顺德区均安镇，跨越均安 水道，桥址下游约１ ｋｍ为中山市小榄镇。桥址区地 貌上属三角洲平原区。均安水道南侧河堤为中顺 大围（５０年一遇设防标准河堤），北侧河堤为南沙围 （３０年一遇设防标准河堤）。桥位处５０年一遇水位 高程为５．３９ １３１（８５高程）。 均有优化空间和美化空间，可以在既有结构的基础 上进一步优化，减少施工难度和节约工程投资。 ２ 均安水道特大桥原施工图设计及弊病分析 均安水道特大桥主桥采用（１１９＋２５０＋１１９）ｍ 双塔双索面预应力砼梁斜拉桥，全长４８８ ｍ。双塔 双索面斜拉桥效果图见图１。 通过复核原施工图文件和图纸，结合均安水道 特大桥建设条件等基本条件，对原施工图设计方案 进行分析，原设计方案中基础、主塔及主梁等结构 收稿日期：２０１７—０４—１９ 作者简介：王崇智（１９８３一），男，工程师，主要从事市政工程、房建工 程、公路工程、铁路工程及水利工程等施工及技术研究。 图１ （１１９＋２５０＋１１９）ｍ双塔双索面斜拉桥效果图 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１ ７（０７Ｊ ３４ 铁道建筑技术・设计咨询・ ２，１ 上部结构 ２．１．１ 主梁 型ＳＡ级，高１００ ｃｍ；边防撞墙的防撞等级为加强型 ｓｓ级，高１００ ｃｍ。 （４）支座：主桥主塔下横梁处采用ＱＺ系列球型 支座；过渡墩处采用ＧＰＺ（ＫＺ）系列盆式橡胶支座， 支座所有钢板均采用耐候钢。支座处梁底设调平 标准梁段采用预应力混凝土双边箱断面结构， 全宽３６．５ ｉｎ，主梁中心高度３ ｍ。底板厚４０ ｃｍ，斜 腹板厚３０ ｃｍ，直腹板厚４０ ｏｍ，顶板厚３０ ｏｍ，箱宽 ７．５ ｍ。 边跨现浇段采用预应力混凝土单箱三室断面结 楔块调整纵坡、横坡，保证支座水平设置，墩顶水 平。主塔墩下横梁：ＱＺ１２５００ＤＸ、Ｑｚ１２５ｏｏｓｘ；过渡 构，全宽３６．５ ｍ，主梁中心高度３ ｍ。底板厚５０ ｃｍ， 墩盖梁：ＧＰＺ（２００９）１０ＪＺＤＸ、ＧＰＺ（２００９）１０ＳＸ。 斜腹板厚４５ ｃｍ，直腹板厚５０ ｃｎａ，顶板厚３０ ｃｍ，边 （５）桥面排水：主桥桥面排水通过横向管接至边 箱宽７．５ ｍ。主梁底板平置，顶板横向对称于主梁 防撞墙外侧，通过纵向排水管引至岸上统一排放。主 中心线设置向外２％的双向横坡。 梁两侧横向泄水管沿顺桥向每隔５ ＩＴＩ布置一道。 主梁纵、横向预应力钢束采用高强低松弛钢绞 （６）主塔检修楼梯：主桥主塔内设置检修楼梯， 线，标准强度 ＝１ ８６０ ＭＰａ，预应力管道采用塑料 采用型钢及钢板组焊而成。 波纹管，采用真空压浆工艺灌浆。 （７）主桥检修小车：为了方便运营期间对梁底 ２．１．２斜拉索 的斜拉索锚头、砼进行检修，需在中跨和边跨各设 采用平面双索面，主塔两侧各分布２０对，扇形 置１台检修小车，共设置检修小车３台。 布置。全桥共８Ｏ对，共计１６０根。 ２．４弊病分析 斜拉索在塔上锚固方式采用井字型预应力锚 原施工图设计中存在如下问题： 固形式。 （１）纵坡边坡点位于主塔一侧，两侧纵坡不对 ２．１．３主塔 称，增加施工控制和施工监控难度，竖向设计参数 主塔为“Ｈ”形塔，由塔冠、上塔柱、上横梁、中塔 和路线设计参数不吻合。 柱、下横梁及下塔柱等部分组成。主塔上、下横梁 （２）主塔采用Ｈ型，塔高９０ ｒｆｌ，主塔宽３８．６— 均为单箱单室截面。塔柱为单箱单室截面。 ４９ ｍ，桥塔横向矮胖，桥塔景观效果差。 ２．２下部结构 （３）单个主塔采用１８根 ．８ ｍ钻孑Ｌ桩，基础 ２．２．１ 主塔基础 桩基数量偏多。 每个桥塔设１８根直径２．８ ｍ钻孔桩，桩身采用 （４）主梁节段长度６ ｍ偏小。 Ｃ３５混凝土。承台平面尺寸１６．６ ｍ×１８．９ ｍ，四周 （５）主梁采用分离式双箱断面，主梁抗扭刚度 为椭圆弧形，两个承台之间采用系梁连接，承台高 较小，抗风性能较差。 度５．５ ｍ。 （６）主梁采用分离式双箱断面，主梁悬浇前支 ２．２．２过渡墩及基础 点挂篮设计难度大，两箱腹板间距１６．５ ｍ，挂篮横 为适应两侧不同梁高的需要，过渡墩盖梁为Ｌ形； 向控制难度大。 桥墩为矩形实心墩，横桥向宽５ ｍ，顺桥向宽２．８ ｍ。 （７）主塔基础承台系梁跨度大，达２３．６ ｍ，并设 过渡墩为双柱式布置，分离式矩形承台，承台间用 置ｌ２束６ｓ１５．２预应力钢绞线。预应力钢绞线锚具 系梁连接。 处于设计洪水位以下和浪溅区，锚具封锚密封性难 单个承台采用６根直径１．８ ｍ的钻孔灌注桩， 以保证，锚具和钢绞线防腐难度大。 桩基按嵌岩桩设计。 （８）主塔下横隔梁尺寸为７．２ ｍ ｘ５．０ ｍ，承台 ２．３附属结构 系梁尺寸为５ ｍ×５．５ ｍ，两者净距仅１１．６９５ ｎｌ，承 （１）桥面铺装：１０ ｃｍ沥青铺装。 台系梁对全桥整体受力作用不大，抗震效果提高有 （２）伸缩缝：主桥采用最大伸缩量为４８０ ｍｍ的 限。且下横梁与系梁形成框架效应，增大了横向温 单元式多向变位梳形板伸缩缝。 度力。系梁布置同时加大了基础钢套箱（钢围堰） （３）防撞栏：主桥防撞墙的防撞等级为Ｆ 的规模和工程量。 铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２Ｄ７７ｆ０７Ｊ ３５ ・设计咨询・ （９）斜 索任塔Ｊ：锚固方式采Ｈｊ外字 预应力 锚吲形式 托索锚 集中力直接传递至塔壁，混凝 土塔壁受力大，Ｈ‘承受水平拉力，塔蹙混凝土受力 复杂，易产乍裂缝，后期耐久性较惹。 （１０）主梁纵ｒｕ】预应力钢束、主塔锚固区预应力 钢束采用二次张扎锚具和二次张拉工艺设计，设计 中要求第一次张托２～１６ ｈ内进行第二次张拉。此 时主塔拉索 结构基本不受力，两次张拉问隔时间 短，可以通过超张拉来弥补锚具放张同缩值造成预 心力损失，保ＩＪＩｊ有效预应力，且二次张拉丁艺增加 施工步骤、拖１ 难度及工程造价。 ３．３ 主梁 图４主塔造型及结构 ３ 均安水道特大桥优化方案 ３．１ 总体布置 采用预应力混凝土腮翅箱梁断面。梁高３．５ ｍ，底 板宽１７．７ ｍ，箱顶宽３６．５ ｍ，箱梁悬臂长度达４．０ ｎｌ， 箱 窜敲面结构。在悬臂底每隔一定问距设加劲 采用索 舣塔预应力混凝土斜拉桥 ‘，跨 度组成为（１ｌ９＋２５０＋１ １９）ｎｌ，全长４８８ Ｆｌｌ。索 丽双塔斜扎桥效果 见图２。 梗托。在支座处及斜｝ 索锚 处均没置横隔端或 横隔板，梁体采用Ｃ５０混凝土 ３．４斜拉索及锚固系统 斜托索 ～采用Ｌ｝１央索面，全桥共计１７刈‘斜扎 索，塔ｆ：索距１．８ Ｉｌｌ，梁ｌ 索距６．５ ｎ 。采用平行钢 丝斜扎索，以防风雨振外衷 叮采用螺旋线 ３．５主塔基础 每个桥塔｝殳ｌ５根Ａ ２．８ Ｉｎ钻孔桩。承台平面 图２ 索面双塔斜拉桥效果图 尺寸２８．２ ｎｌ×１６．６ ｍ。承台顶设１．５ ｍ厚塔 。采 川整体承台群桩基础，承台高度４．０ ｍ，矩形承俞 主桥桥 宽度组成：２×０．５ ｎ边防撞墙＋０．２５ １ＴＩ ３．６ 交界墩 侧分带＋３ ｒｎ硬路宿＋１１．２５ ｍ车行道＋０．７５ ｍ路缘 带＋０．２５ ｎ１侧分带＋０．５ ＨＩ防撞墒＋３．５ ｍ布索 区＝全桥总宽３６．５ ｍ （１ｌ９＋２５０＋１ １９）ＩＴＩ索 交界墩为双柱式加Ｉ 型盖梁布置，桥墩为 肜 实心墩，分离式矩形承 ，承台问用系梁连接。 个承台采用６根直径１．８－ｎ的钻孔灌注桩，桃 按 嵌岩桩没计 ３．７施工方案 面双塔斜扎桥总体 置见图３。 １ Ｉ ９００ ２５ ０００ ． 】】９００ ． ｌ ｒ ————＼镝 １■， ｌＱ 、１ ｝ ｉ． （１）斜拉桥主塔 施Ｊ 在承台顶面上主梁外侧安装塔式吊机作为主 Ｉｌｌ一 １ Ｉ 塔施＿＿＿［起重设备，下塔 及０＃块采Ｈｊ支架法现浇施 ］ ，塔柱『人Ｊ设置劲性骨架，上塔柱采用爬模或翮模 段施 。 图３ （１ １９＋２５０＋１ １９）ｍ索面双塔斜拉桥总体布置 （２）斜拉桥主梁 施Ｉ ３．２ 主塔 采用柑子 ｒ片造型。采用独柱塔，桥面以上 混凝土主梁采用前支点挂镌悬浇施工，边跨现 浇段采川支架法现浇施一 （３）施ｊ［工期 主桥施工总工期为２２．５个月。 塔高７２ ｎ ，布置 分隔带区域，采用钢筋混凝 土结构。主塔造型及结构见图４。 ３６ ＬＷＡＹ Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴ｜０Ｎ ＴＥＯＨＮＯＬＯＧＹ ２０１７ ｌｏ７１ 铁道建筑技术 ＲＡｌ・设计咨询・ ３・８ 均安水道特大桥主桥方案比较见表大桥主桥方案比较见表１。 。 ４ 结束语 －口不旧 采用的（１１９＋２５０＋１１９）ｍ索面双塔斜拉 桥方案工程投资相对原设计方案节约１ １５８．０万 元；全桥主塔曲线优美，造型精练，具有符号性，塔 身通过体量的变化，给人以积极向上的感觉，景观 效果较原设计方案有较大提升；方案技术难度小。 表１ 均安水道特大桥主桥方案比较 方案编号 施工图原方案 优化方案 主桥结 双塔双索面斜拉桥（１１９＋ 索面双塔斜拉桥（１１９ 构形式 ２５０＋１１９１：４８８ １ＴＩ ＋２５０＋１１９、ｒｆｌ＝４８８ Ｉｎ 技术特点 常见桥型，受力简单明确， 新颖桥型，受力明确，技术 及可行性 技术成熟可靠 成熟可靠 航道 适应性 一般 基础规模小，优 因此，建议优化整体设计方案，推荐采用（１１９＋２５０ 对水利 分离式主墩承台尺寸较 主墩承台尺寸最小，阻水 ＋１１９）ｍ索面双塔斜拉桥方案。 影响 小，阻水比较小 比最小 抗震 采用双索面，质量分布较 采用墩、梁、塔固结体系， 参考文献 性能 为均匀，抗震性能良好 抗震性能一般 常规方法施工下部结构；爬 常规方法施工下部结构；爬 ［１］周孟波．斜拉桥手册［Ｍ］．北京：人民交通出版社， 方法 模或者其他方法施工主墩 模或者其他方法施工主墩 施工 和塔柱，挂篮现浇砼主梁 和塔柱，挂篮现浇砼主梁 ２００４：３０—３２５． 难度 经验成熟，难度不大 经验成熟，难度不大 ［２］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中华人 速度 较快 快 民共和国交通部公路司．斜拉桥热挤聚乙烯高强度钢 养护维修 斜拉索需定期更换，养护 斜拉索需定期更换，养护 维修量较大 维修量较小 丝拉索技术条件：ＧＢ／Ｔ １８３６５—２００１［ｓ］．北京：中国 行车舒适性 较好 索面干扰少，行车舒适性好 标准出版社，２００１：２５—３１． 主塔曲线优美、高耸挺拔， ［３］ 中华人民共和国交通运输部，中国公路学会桥梁和结 景观效果 主塔景观效果较差 景观效果最好，夜色照射 下，主塔晶莹剔透 构工程分会．大跨度斜拉桥平行钢丝斜拉索：ＪＴ／Ｔ ７７５ —２０１０［ｓ］．北京：人民交通出版社，２０１０：３—１５． 均安水道特大桥方案造价比较见表２。 ［４］李达，屈仆，周超．三水河特大桥主桥墩液压爬模施工 ［Ｊ］．筑路机械与施工机械化，２０１４（５）：３８—３９． 表２方案造价比较 ［５］ 高兴元．桥梁工程［Ｍ］．天津：天津大学出版社，２０１０：２ 项目 原设计方案 优化方案 —８． 主桥结 （１１９＋２５０＋１１９）ｍ （１１９＋２５０＋１１９）ｉｎ索面双塔 构形式 双塔双索面斜拉桥 斜拉桥 ［６］ 赵晓春．宝鸡代家湾渭河大桥主塔施工技术［Ｊ］．铁 桩基 每个主塔１８根６２．８ ｍ 每个主塔ｌ５根 ２．８ ｍ钻孔桩，全 道建筑技术，２０１０（５）：５—８． 优化 钻孔桩 桥减少６根担．８ ｒｎ钻孔桩 ［７］李顺军．跨南淝河斜拉桥主塔施工技术［Ｊ］．铁道建 钢围堰 单个承台、系梁投影 单个承台投影面积４６８．１２ ｍ ，全桥 优化 面积７１０筑技术，２０１５（１１）：４４—４８． ．２４ ｍ 钢围堰面积减少４８４．２４ ｎ，堰高度两个方案１。。钢围 一致 ［８］景现营，熊利华．斜拉桥主塔施工方案［Ｊ］．北方交 承台 单个承台、系梁Ｃ４０ 单个承台、塔座ＣＡ０ｒ￣Ｕｄ４－１＂２２８２．０ ｍ３。 通，２００９（３）：６５—６７． 优化 砼合计３ ９０６．３ ｒｌｌ 全桥承台、系梁、塔座Ｃ４０砼减少 ３ ２４８．６ ＩＩ１３ ［９］ 中交第一公路工程局有限公司．公路桥涵施工技术规 主塔柱 塔柱为空心砼箱形 塔柱为实心砼截面范：ＪＴＧ／ＴＦ ５０—２０１１［ｓ］．北京：人民交通出版社， 优化 截面需要内外模 施工方便 ，仅需要外模。 ，２０１１：２１５—２６３． 板。施工空间小 ［１０］张继尧．悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥［Ｍ］．北 斜拉索 斜拉索在塔上锚固 采用钢锚梁锚固方式锚固 方式采用井字型预 ，锚固方式更 京：人民交通出版社，２００４：３５—９０． 优化 应力锚固形式 可靠。造价稍贵 ［１１］曾勇．桥梁施工控制方法及影响桥梁施工控制的因素 主梁悬 悬浇节段６ ｍ长，每 悬浇节段６．５ ｍ长，每个主塔共１７ 分析［Ｊ］．建筑工程技术与设计，２０１５（８）：８３１． 浇节段 个主塔共２Ｏ对斜 对斜拉索。节省３个悬浇节段施工 优化 拉索 及相应工程措施费。节约工期４５ ｄ ［１２］唐坤尧．裕溪河（７０＋１２５＋７０）Ｉｒｌ变截面预应力连续 工程 梁桥施工控制分析［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（１１）：１２ 造价 ２４ ３１３．０万元 ２３ １５５．０万元 一】５． 铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１ ７（ｏ７） ３７
