总第２６３期 ２Ｏ１４年第２期 交通 科技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｉａ１ ＮＯ．２６３ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１４ 宜昌庙咀长江大桥三江桥设计 邱 峰 舒思利 易伦雄 （中铁大桥勘测设计院集团有限公司 武汉４３００５０） 摘 要宜昌庙咀长江大桥三江桥为主跨２１０ ｍ高低塔中央索面斜拉桥，跨径布置为３９ Ｉｎ＋ ７３ Ｉｎ＋２１０ ｉｎ＋５６ Ｉｎ。介绍了该桥主体结构设计特点，分析了静力、动力特性以及抗风、抗震性能， 并对设计中一些关键技术进行了研究，最后简要介绍了该桥的施工方案。 关键词 高低塔斜拉桥 预应力混凝土结构 变宽箱梁 横梁 突变段 桥梁设计 １工程概况 ７月平均气温２４．１～２８．８℃，极端最高气温４１．４ ℃，极端最低气温一１５．６℃。 庙嘴长江大桥工程连接宜昌市江南片区、西 坝区，以及江北主城区，依次跨越大江（大江桥）， 穿过西坝区，再跨越三江（三江桥），全长３ ２２９． ６８１ ｍ。三江桥作为本工程２座主桥之一，采用 主跨２１０ ｍ中央索面高低塔混凝土梁斜拉桥Ｌ】］， 桥长３７８ ｍ，桥跨布置为３９ Ｉｎ＋７３ Ｉｎ＋２１０ １＂Ｉ１十 宜昌市庙嘴长江大桥位于葛洲坝下游２．７ ｋｍ处，距现有夷陵长江大桥４．９ ｋｍ，起到替代葛 洲坝坝顶公路、缓解城区交通压力的重要作用。 长江经葛洲坝后被西坝分割为大江和三江，西坝 长约３．４ ｋｍ，尾部为庙嘴，２江经过庙嘴后汇流。 三江水流为船闸弃水，流量较小，仅当上游发生特 大洪水或汛后为保证航道通畅进行冲沙时才下泄 ５６ １ＴＩ，见图１。高塔侧采用塔墩梁全固结，低塔侧 采用塔梁固结，墩梁之间设支座的结构体系。 较大流量。宜昌属亚热带季风性湿润气候，年平均 气温为１ ３．１～１ ８℃，１月平均气温１．７～６．５℃， ’ 一ｆ 醐一 一２主要设计技术标准 ｃ＝一江北 上 。 蕈ｌ ｌ 『ｌ 最高通向一 位５２．７７ 霉 ０／１ 耳 Ｉ ｌ 目 图ｌ 宜昌庙嘴长江大桥三江桥桥型布置（单位：ｍ） （５）设计人群荷载。总体计算２．８７５ ｋＮ／ｒｎ２， 局部构件计算４ ｋＮ／ｍ 。 （６）通航。最高通航水位５２．７７ ｒｎ（１９８５国 （１）道路等级。城市主干路。 （２）设计车道。双向６车道，桥面标准宽度 ３３．５ ｍ。 家高程），通航净高≥１８ ｍ。 （７）抗震设防标准。基本烈度６度。 ３ 结构设计 （３）设计行车速度。６０ ｋｍ／ｈ。 （４）设计汽车荷载。城一Ａ级。 收稿Ｉ：１期：２０１３－１２ ２８ ３．１ 主梁设计 根据立交的布置需要，主梁为变宽度预应力 ４２ 邱 峰等：宜昌庙咀长江大桥三江桥设计 ２０１４年第２期 混凝土箱梁，主梁宽度为２６．０～４７．５ ｍ，线路中 心线处梁高均采用３．５ ｍ，箱梁顶面设２ 双向 横坡。 中跨主梁标准横断面为单箱５室斜腹板截面 （见图２），顶板宽３３．５ ｍ，底板宽１５ ｍ，两侧顶板 悬臂长４ ｍ。中跨主缆标准梁段中腹板之间拉索 锚固区顶板厚４０ ｃｍ，其余顶板厚２８ ｃｍ，底板厚 ２８ ｃｍ，斜腹板厚２５ ｃｍ，中腹板（拉索锚固区两侧 腹板）厚０．４５ １ＴＩ，次中腹板厚０．３５ ｍ。中跨标准 断面每隔７ ｒｎ设置一道横梁，边箱横梁厚０．３５ ｍ，中箱（拉索锚固箱室）横梁加厚为０．６ ｍｌ＿２］。 Ｌ．Ｉ——一一 ——————－』 Ｌ Ｉ§—ｋ ！§——一一 ．１．Ｉ垫３．堕．１．！ ．Ｌ！ 一１．堕． ． 图２ 主梁标准横断面（单位：ｃｍ） 主梁采用纵、横、竖三向预应力体系，其中纵 向预应力分悬臂施工阶段预应力和合龙后预应 力，横向预应力分横向顶板预应力和横梁预应力， 纵、横向预应力均采用中 １５．２低松弛预应力钢 绞线，竖向预应力采用直径３２ ｍｍ精轧螺纹粗 钢筋。 ３．２斜拉索设计 斜拉索采用中央双索面扇形布置，横桥向两 索面中心间距为１．２ ｍ。高塔两侧各布置１９对 斜拉索，低塔两侧各布置７对斜拉索。斜拉索在 中跨主梁上名义锚点的间距为７．０ Ｉｎ，在高塔侧 边跨名义锚固点的间距为５．０ ｍ，在低塔侧边跨 名义锚固点的间距为６．０ ｍ，在主塔上名义锚固 点的间距为２．０ ｍ。 斜拉索采用７ ｍｍ锌铝合金镀层平行钢丝 索，钢丝强度等级为１ ７７０ ＭＰａ，斜拉索分７种规 格，最大为ＰＥＳＣ７ ２８３，最小为ＰＥＳＣ７一ｌ６３，锚具 采用对应的ＰＥＳＭ７冷铸锚。 ３．３桥塔设计 主塔均为独柱塔。高塔由塔冠、上塔柱以及 下塔柱组成，自承台顶面以上高度为１０９．５ ｍ，上 塔柱横桥向宽度为３．８ Ｉｎ，纵桥向宽度自上而下 由６．２ ｍ变化至７．０ ｍ，下塔柱为八边形截面，高 ２２．５ ｍ。低塔由塔冠、上塔柱以及下塔墩组成， 自桥面以上塔高４７ ｍ，横桥向宽度为３．８ ｍ，纵 桥向宽度自上而下由５．０ ＩＴＩ变化至５．８ ｍ，下塔 墩为八边形截面，高２３．０ ｍ。高、低塔断面见 图３。 ａ）高塔 ｂ）低塔 图３高塔及低塔断面（单位：ｃｍ） 高塔及低塔上塔柱斜拉索锚固区均按预应力 混凝土Ａ类构件设计，锚固区塔壁内采用井字型 布置 １５．２的预应力钢绞线，预应力规格为 ９一中 ｌ５．２及５ １５．２，张拉及锚固端均采用低回 缩量锚具，锚具回缩量不大于１ ｍｍ。 高塔基础采用ｌ２根直径２．５ ｍ钻孑Ｌ灌注桩， 低塔基础采用ｌ０根直径２．０ Ｉｌｌ钻孔灌注桩。 ４结构分析 ４．１整体静力分析 采用结构分析软件ＳＣＤＳ，按照桥梁实际施 工过程，建立分阶段计算模型，计算桥梁在各个施 工阶段以及运营阶段的应力和变形情况。计算过 程中考虑了恒载、活载、混凝土收缩徐变、预应力、 支座沉降、温度变化、风荷载、汽车制动力以及施 工荷载等各项作用 Ｊ，并按规范规定将各项作用 进行组合。计算中合龙温度取１２～１７ Ｃ，高塔和 低塔的基础不均匀沉降取２ ｃｍ，边墩及辅助墩基 础不均匀沉降取１ ｃｍ。 经计算：成桥阶段，主梁混凝土最大压应力为 ¨．１ ＭＰａ；使用阶段，主梁混凝土最大压庸力为 １６．８ ＭＰａ，最大主拉应力为一０．５２ ＭＰａ；斜拉索 最大拉应力为６９１．３ ＭＰａ，最大应力幅为１０２．９ ＭＰａ，均满足规范要求。 ４．２动力特性及抗风、抗震分析 采用Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ软件分析该桥的结构动力 特性［４］，成桥状态下桥梁前５阶频率及振型 见 表１。 表１成桥状态桥梁前５阶频率及振型 由表ｌ可见，该桥１阶为主塔失稳，２～５阶 均为主梁失稳情况。对该桥进行抗风稳定性计 算，得到该桥颤振临界风速为３２０．５ ｍ／ｓ，远大于 颤振检验风速４６．９ ｍ／ｓ，说明该桥具有良好的抗 ２０１４年第２期 邱 峰等：宜昌庙咀长汀大桥三江桥设计 风稳定性。 突变至２６ １＂Ｉ１，导致在截面突变处纵向力无法平顺 传递，而该受力特点又尤法在平面软件进行的整 体计算中考虑， 此采用以下方法进行变宽突变 段传力分析。纵向按 ６所示，编号１～９道横 梁，再对每道横梁处断而上各腹板进行横向编号， 编号１～８号腹板。对Ｍｉｄａｓ空间模型（无预应 力）中１～９号横梁对应ｌ～８号腹板上缘应力进 行分析，结果表明，ｌ～３ ５＿＝｝横梁位置两侧１～２， 参照抗震规范，本桥主桥属于Ａ类桥梁，分 别采用弹性反应谱和时程分析法进行抗震计算， 按弹性反应谱得到的塔底纵向弯矩和控制点位移 均比时程分析法稍大，故按弹性反应谱法对结构 进行检算，计算表明，Ｅ１及Ｅ２地震作用下，主塔 和所彳『桥墩均满足抗震性能目标要求。 ４．３其他关键技术分析 ４．３．１剪力滞分析 采用Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ软件建立空间模型，分析主 梁的剪力滞效应，箱梁断面中腹板采用梁单元，顶 ７～８号腹板有拉应力出现，拉应力依次呈减小趋 势，４号横梁位 ｌ～８号腹板均为压应力，其中 １号腹板压应力较小，５～９号横梁位置１～８号腹 底板均采用板单元，塔和索分别采用粱单元和缆 索 ，空问模型见图４。通过该模型计算，可得 到箱梁断面顶、底板沿纵、横向各处的正应力分布 情况，以此求得剪力滞效应。计算表明，高塔和低 塔侧边跨由于截阿变宽及不对称的因素，使得剪 力滞效应较大，计算中剪力滞系数取值１．３，而中 板均为压应力．且各腹板压应力分市较均匀。 跨除变宽段外，剪力滞效应相对较小，计算取值 １．１５，靠近低塔附近处取值ｌ＿３。 图６ ｌ司，１ 桥Ｍｉｄａｓ空Ｉ司分析模型 塔侧边跨横 及腹板编号爪意 以上分析结果表明，在截面突变处纵向力的 ４．３．２横梁受力分析 传递按一定角度（４５。左右）由小截面向大截面过 渡。设计中应适当提高纵向力传递范围外即ｌ～４ 号横梁范围内最外侧２道腹板上缘的压应力储 对每道横梁建立横向的平面模型，提取Ｍｉ— ｄａｓ空Ｉ１＝｛ｊ模型中该横梁（见图５）对应各道腹板的 恒载剪力值作为恒载施加剑平面模型，横梁所有 活载按横梁与拉索ｆｉｌ】距进行分配，并考虑拉索弹 性效应引起的折减，支点横梁按实际支承位置施 备，具体措施为在该范 『大】Ｌ述版板位置布置适 量的顶、底板预应力束，以此避免因纵向力传递不 顺导致上述腹板上缘受拉的情况出现。 ５ 施工方案 该桥２个主塔墩位于三江两岸边坡，两侧边 加约 ，非支点横梁按斜拉索锚点施加约束。所 有横梁按Ａ类预应力构件检算，计算表明，横梁 应力均满足规范要求。 跨均位于陆地，因此边跨采用满布支架现浇，中跨 采用前支点挂篮悬臂浇筑，挂篮含模板控制自晕 为２ ４００ ｋＮ。 考虑到本桥主梁较宽，高塔侧边跨全长较长 且变宽幅度大，倘边跨全部现浇完成后再悬浇中 【皋１ ５横梁空间模型 跨，会导致边跨梁段在支架上存梁时问过长，期问 各种不可预见的因素可能带来的施工风险大，因 ４．３．３ 变宽突变段传力分析 根据总体布置的需要，主梁在高塔侧辅助墩 处由２９．５ ｍ突变至４７．５ ｍ，在低塔处由４３．７ ｍ 此高塔侧边跨主梁采用与中跨主梁基本同步的方 式在支架上现浇。低塔侧边跨因主梁等宽且全长 总第２６３期 交通科技 ２０１４年第２期 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｉａｌ ＮＯ．２６３ ＮＯ．２ Ａｐｒ．２Ｏ１４ 新加坡填海区公铁复合高架桥钢板桩支护技术 杨汉国 （中铁十一局集团有限公司 武汉４３００６１） 摘要 以新加坡填海区公铁两用复合高架桥为例，介绍了钢板桩在承台开挖支护工程中的应用 技术，叙述了基于Ｐ１ ＡｘＩＳ软件的摩尔一库伦模块的钢板桩的长度、支撑和围檩结构验算以及施工 过程中钢板桩、围檩、支撑的安装、拆除要点等方面。通过本工程实际应用证明，钢板桩支护既能 满足施工的安全要求，同时能保护环境和节约投资，具有优越的工程性能。 关键词 复合高架 承台开挖 钢板桩支护 至２０世纪６０年代，西方发达国家已普遍采 用热轧钢板桩，因其与其他材料相比，具有构造合 理、强度高、质量轻、锁口紧密、隔水性能好、可重 墩的承台开挖临时支护工程为例，论述该高架桥 钢板桩的支护技术。 １ 工程简介 复利用 等各种优势而发展迅速，现已广泛应用。 目前，东南亚钢板桩年消费量达到２０万ｔ［２］，在土 地面积小、高度重视环保的新加坡，钢板桩的租赁 与打桩业在其建筑市场已十分发达。钢板桩支护 由钢板桩、锚拉杆（或内支撑锚碇结构、腰梁等）组 成，此支护法在满足施工安全要求的前提下，占地 本工程公铁复合高架的某桥墩下部结构设计 为７根１．５ Ｉｎ×２．８ ｍ大小的的长方形状钻孔 桩；钢筋混泥土承台，承台尺寸为１６．３ ｍ×９．２ １ＴＩ，承台底标高９８．１７６ ＩＴＩ，承台顶标高１０１．６７６ ｍ，承台厚度３．５ ｍ，低于周围平均水平面约２ ｍ， 高架上层为铁路，下层为公路。 该桥墩位置处于新加坡填海区，地质稳定性 较差，且紧邻两侧均为正在运营的公路既有线，地 质情况及各土层参数见表ｌ。 面积小、施工方便，可重复利用，节约投资，是一种 实用性很强的支护方式。新加坡轨道交通大士西 延长线工程中９５ 的桥墩基坑开挖采用钢板 桩做临时支护结构，本文以公铁两用复合高架某 收稿日期：２Ｏ１４一Ｏｌ—Ｏ７ 较短，施工风险较小，则采用先浇完边跨再悬浇中 跨的方案。 高塔侧边跨支架随着浇筑的进行不断拆除， 仅保留几处临时支墩（可由增强后的支架充当）以 增强施工期间结构的稳定性，支墩布置于边墩与 辅助墩约］／２跨以及辅助墩与高塔约１／３跨处。 结构特点带来的难题，可为今后同类型桥梁结构 设计提供借鉴和参考。 参考文献 Ｅｌｉ 中铁大桥勘测设计院集团有限公司．宜昌庙嘴长江 大桥施工图设计［ｚ］．武汉：中铁大桥勘测设计院集 团有限公司，２０１３． ６ 结语 ［２］曹洪武．重庆双碑大桥主桥斜拉桥合计ＥＪ］．桥梁建 设，２０１０（５）：３５—３８． 宜昌庙嘴长江大桥三江桥虽跨度较小，但设 计难度较大，主要特点是主梁较宽，梁宽变化幅度 Ｅ３３ 范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２００１． 大，主梁断面存在较大突变，且部分区段主梁断面 关于主梁中心线不对称等。该桥设计解决了以上 ［４］刘士林．斜拉桥设计［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２ＯＯ６