石建华

1 工程概述

工程背景:福州市三面环山，闽江在市内分叉穿过，北称闽江、南称乌龙江，于下游马尾会合后折向东北穿越琅岐岛后汇入东海，闽江入海口相隔台湾马祖岛仅20余千米，是祖国大陆面向台湾海峡的重要门户，市内既有10余闽江桥形式涵盖了梁式、刚构、拱与斜拉桥，尚缺悬索桥，在此背景下，本着丰富福州桥型、增添城市景观标志性建筑的设计指导思想，设计提出的独塔自锚式悬索桥方案被业主选中而得以实施。

2 主桥结构总体设计

2.1 孔跨布置

主桥设半径7 500 m竖曲线，顶点位于主塔处以与主缆线遥相呼应，两端接2.05%纵坡。孔跨布置为:50 m+150 m+235 m+35 m=470 m;其中235 m主跨范围覆盖了既有与调整后通航尺度及该处船只进出码头航线范围;边跨设计为150 m悬吊跨。1)突出悬索桥外形特征;2)控制悬吊跨边主跨比例接近黄金分割比例;南端跨度50 m，在满足平衡主缆上拔力的需要下兼顾与引桥50 m连续跨的总体协调性;北端跨度35 m，过渡墩置于北江滨路绿化带，为上下桥人行梯道及主、引桥之工程与视觉过渡分界点。

2.2 结构体系

各墩顶与主梁底间均设有竖向盆式支座;主塔与主梁间设竖向拉压支座、横桥向抗风支座及顺桥向阻尼器;主缆在南侧1号墩处、北侧3号墩处梁顶分别设置散索套与散索鞍，并在其下方设置耐久性强的球形钢支座，形成对主缆的约束。

2.3 结构布置

主塔结构设计为门式钢筋混凝土结构，主塔全高136.2 m。主梁按单幅布置，在悬吊跨采用钢箱梁结构，其余部分采用PC箱梁结构，梁高3.5 m。主缆矢跨比主跨为1/10，主缆两端锚固于两侧PC箱内;吊索间距顺桥向 7 m、横桥向34 m;吊索面将机动车道与非机动车道分隔以减小宽梁之横桥向跨度，主梁受力合理;缆索面略倾斜。

3 基础结构设计

3.1 主塔基础结构

主塔基础结构设计为分离式高桩承台钻孔柱桩基础，桩基持力层选择在微风化花岗岩层。上、下游侧桩基按对称行列式各布置9根φ 2.2 m钻孔桩，桩间距6 m、长 81 m～92.6 m;方形承台边长16.4 m，厚5 m。承台施工采用钢吊箱围堰法施工。

3.2 基础防船撞结构措施

基础防船撞结构设计理念是“保桥又护船”。结合河道水位落差较小的特点，在承台的上、下游端设置固定式钢结构柔性防撞装置，在承台侧面设置橡胶护弦，并在塔墩上下游承台间靠航道侧设置分体式防撞墩以防止船舶误入上下承台之间。

4 主塔结构设计

4.1 主塔构造

主塔下塔柱高28.2 m、中塔柱高92.66 m、上塔柱高15.34 m。塔柱横桥向宽为4.8 m～6 m、顺桥向宽为6.85 m～7.5 m。下横梁高5 m、长36 m、宽7 m，上横梁高4.5 m～7.3 m、长37.6 m、宽5.8 m。塔柱截面均采用单箱单室截面，中、下塔柱截面壁厚为0.8 m，上塔柱壁厚为0.3 m。上、下横梁截面均采用单箱单室截面，壁厚分别为 0.6 m，0.8 m。上横梁顶、底板伸出腹板0.1 m，形成0.6 m宽饰带，突出拱形线条。

4.2 配筋设计

塔柱均按普通钢筋混凝土构件设计，竖向主筋直径32 mm、基本间距15 cm，横向钢筋直径20 mm、基本间距15 cm。上、下横梁均按全预应力混凝土构件设计，均布置有强度为1 860 MPa的19-φ 15.2 预应力束 。

5 主梁结构设计

5.1 钢箱梁设计

1)钢箱梁构造。钢箱梁横断面见图1。钢箱梁梁高在桥中线处为3.5 m，顶面全宽42 m，底面宽33 m，两侧人行道挑臂宽各4.5 m、根部高 1 m，桥面设2%横坡。钢箱梁全长371.5 m，顺桥向共划分为53个节段，标准节段长7.0 m、重123 t;节段间现场连接形式除两道内腹板采用栓接外，余下均为焊接。钢箱梁顶、底板均采用正交异性板:面板厚14 mm，U肋间距600 mm、板厚8 mm、高260 mm;底板厚12 mm，U肋间距800 mm、板厚6 mm、高220 mm;四道直腹板厚 16 mm，用板肋加劲。横梁腹板厚16 mm、间距7 m，与吊索位置相对应，两道横梁间设置厚 12 mm的开口隔板。外侧挑臂腹板与箱内横腹板以3.5 m的间距对应。2)吊索锚固构造。吊索在梁上的锚固形式采用嵌入外挑臂腹板的管锚式构造;锚管与腹板熔透焊;锚管下口与锚板间设加劲板。

5.2 PC箱梁设计

1)南侧PC箱梁构造。南侧PC箱梁梁高3.5 m、总长60.4 m，在1号墩两侧各长8 m、宽4.8 m的锚室区梁高渐变至6.5 m。1号墩处梁体设4 m厚隔墙以增强缆索锚固构造整体性、平衡主缆上拔力，结合段处设2 m厚隔墙以满足结合段剪力传递需要。

标准段横截面为单箱四室截面，箱梁顶板厚度0.3 m，底板厚0.25 m，腹板厚0.5 m。两侧挑臂板各长6.1 m、其下设间距4 m、厚0.4 m的变高加强肋，在满足受力需要下以取得与钢梁外挑臂展翅风格的统一协调(见图2)。

2)北侧PC箱梁构造。北侧PC箱梁总长37.9 m，梁高除靠4号墩侧21 m长范围因主缆散索锚固需要渐变至5 m外，其余均为3.5 m。箱梁横截面设计为单箱四室截面，顶板厚0.3 m、底板厚0.25 m、腹板厚0.5 m(见图3)。

3)配筋设计。PC箱梁采用纵横双向预应力体系:顺桥向南、北侧PC梁顶板束分别采用19，12-φj15.24钢绞线、底板束分别采用12，7-φj15.24钢绞线;横向箱梁顶板预应力钢束采用3-φj15.24钢绞线，基本间距0.4 m。

5.3 主梁施工

悬吊跨钢梁采用拖拉法施工，拖拉过程中钢梁前端设长55.3 m的钢导梁，考虑施工期通航需要共布设四处临时墩，水上钢梁吊装龙门架与拼装平台设于4号墩旁。

两端跨PC梁采用支架法施工，在全部钢梁安装就位后分别浇筑两端结合段混凝土，临时墩在缆索系统施工完成后、桥面铺装前与主梁自动脱开即可拆除(见图4)。

6 缆索系统设计

1)主缆。全桥两根主缆呈倾斜状布置，横向间距在塔顶为42 m、梁面为34 m，每根主缆由37股强度为1 670 MPa的127-φ 5.1的镀锌平行钢丝组成，竖向排列成尖顶正六边形，缆外径约390 mm，锚头采用热铸锚。2)吊索、索夹。吊索截面同主缆索股，外包PE护套，吊索锚头采用冷铸锚，吊索上端与索夹连接采用铰销接头。3)鞍座。主鞍座初始安装位置需向边跨侧预偏505 mm，在缆索系统安装过程中需分三次顶推就位。

7 设计特点

1)悬吊跨之边/主跨比例从美学角度考虑设计为黄金分割比例;2)主梁横断面在抗风不控制设计的条件下设计为带肋板挑臂的直腹板箱形断面，形成独特的展翅风格与韵律;3)缆索面布置有别于常规的门式塔悬索桥之竖直索面形式，结合垂直塔柱和宽梁特点而布置为倾斜索面，在合理主梁受力同时也赋予索面一些变化;4)塔梁间顺桥采用阻尼约束体系以控制地震响应;5)基础防撞结构本着“保桥护船”的设计理念结合水位特点设计为固定式柔性防撞装置。

8 结语

随着我国经济的快速发展，城市桥梁对景观方面的需求日益增强，而自锚式悬索桥以其优美的主缆线形和桥塔建筑造型多样性的特点，且相对地锚式悬索桥可节约土地资源，会成为城市桥型的选择和发展的方向，鼓山大桥作为福州首座自锚式悬索桥，将为美化福州城市面貌、丰富福州桥梁文化内涵发挥作用。

[1] 李 刚.特大跨度悬索桥概念设计[J].山西建筑，2008，34(4):314-315.