卫俊+王碧波

摘 要：济南建邦黄河大桥主桥采用主跨2×300m三塔预应力混凝土梁斜拉桥。中塔处为塔梁墩固结，边塔塔柱通过箱梁时，箱梁形成开口截面，从而主塔与塔墩固结，形成中塔固结，边塔半漂浮的体系；主梁采用单箱四室斜腹板截面，桥宽30.5m，标准索距梁段均设有横梁及横向加劲肋板；中塔柱为纵向人字型结构，边塔柱采用独柱式结构；斜拉索采用镀锌平行钢丝拉索；基础采用钻孔灌注桩基础。大桥在桥式布置、主梁、主塔构造设计等方面具有一定的技术突破与创新。

关键词：三塔斜拉桥 桥梁设计 支承体系 箱梁构造 主塔造型

1.工程概况

济南建邦黄河大桥位于济南市西北部老徐庄附近，南北分别与济南市二环西路、国道309连接，路线全长5.271公里，其中桥梁长2.145公里。双向六车道一级公路，行车速度80km/h。主桥采用三塔预应力混凝土梁斜拉桥，跨度布置为（53.5+56.5+2×300+56.5+53.5）m。项目所在区域属黄河冲积平原地貌单元。桥址区第四系覆盖层为河流冲洪积层，岩性以粘性土为主；基岩为中生代燕山期侵入岩，岩性为辉长岩，工程性能好，力学性质均匀稳定。

2.结构设计

2.1跨度布置

三塔斜拉桥跨度布置为（53.5+ 56.5+2×300+56.5+53.5）m共6跨连续结构，整幅布置（图1）。三塔采用不等高形式布置，中塔高于两边塔，主跨300m的跨度满足其河槽基本跨度180m的要求，边跨110m，边中跨比0.37。边跨设1个辅助墩，加强边塔边跨锚固刚度，提高斜拉桥结构整体刚度，明显改善结构受力状况。特别是有效降低了中塔及边塔弯矩，减轻了塔墩基础反力，从而减小基础规模，降低造价。施工期间仅中塔基础一个水中墩，边跨位于河槽滩地，斜拉桥边跨主梁可采用满布膺架法施工，避免该区段采用悬浇施工，可有效的缩短施工工期。

2.2支承体系

本桥桥面横向宽度为30.5m且设有中央分车带，适宜采用箱梁结构、中央索面，主塔横桥向从景观及经济角度考虑采用独柱型桥塔，一般为塔梁固结或者刚构体系。本桥在边塔塔柱通过箱梁时，箱梁形成开口截面，从而主塔与塔墩固结，形成中塔固结，边塔半漂浮的体系。

斜拉桥中塔塔梁墩固结，两边塔设有横向挡块及竖向支座，分别约束主梁横桥向线位移和竖向线位移及绕桥轴线转动的角位移；边塔和主梁间纵向采用阻尼约束，有效约束主梁竖向线位移和横向角位移的作用，起到加强主梁抗扭能力的作用。两辅助墩及边墩每墩设置两个竖向支座。

2.3主梁设计

主梁标准节段长度按索距划分为6m。由于索面布置在中央分隔带上，主梁横断面采用单箱四室斜腹板截面，梁高3.5m，顶板宽30.5m，底板宽9m，两侧悬臂长4m，顶面设2%双向横坡。中跨及边跨未压重段箱梁顶板厚0.22m，底板厚0.3m，悬臂端部厚0.18m，根部厚0.5m，斜腹板厚0.22m，边腹板厚0.25m，中腹板厚0.4m；边跨箱梁设有压重混凝土段，其斜腹板加厚至0.32m，底板加厚至0.4m（图2）。标准索距梁段均设有横梁及横向加劲肋板，横梁中箱厚0.40m、边箱厚0.35m；有压重区段横梁中、边箱厚均为0.6m；所有横向加劲肋板厚0.25m。主梁采用纵、横、竖三向预应力体系。纵、横向预应力束采用ΦS15.2钢绞线，竖向预应力钢束及主梁悬浇施工临时束采用JL32预应力粗钢筋。

2.4斜拉索设计

对于中央索面的斜拉桥，横桥向斜拉索索面布置主要分为单根索及双根索两种型式，双根索的设计能增强主梁的抗扭刚度，减小单根索的索力，从而改善主梁及塔上锚固区局部受力困难等条件，减少锚固区材料用量，同时采用双根索对于拉索的施工和日后的更换也方便得多，鉴于上述考虑，本桥选用双根索的型式。中塔每索面共26对斜拉索，边塔共19对斜拉索，全桥共256根斜拉索。

斜拉索采用Ф7mm镀锌平行钢丝，外挤双层PE，内层为黑色，外层为蓝色，钢丝标准强度fpk=1670Mpa。斜拉索规格共11种，分别为109φ7、127φ7、139φ7、151φ7、163φ7、187φ7、199φ7、211φ7、223φ7、241φ7、253φ7。斜拉索锚具采用张拉端冷铸墩头锚。

2.5主塔设计

本桥采用三塔布置，中塔高，边塔低，形成了汉字“山”字的造型组合，与桥位所处的山东省相照应。中塔下部支点向两侧拓展，桥面以上立面为人字型，蕴涵着人与人之间的沟通合作、齐头并进的深刻含义，也反映了新时代以人为本的新理念。边塔约为中塔的2/3高，高度比接近黄金分割数，比例协调。边塔的支撑内收，整体造型更为刚劲。三座塔的造型手法相同，构成系列。

中塔塔梁墩固结，塔高112.25m。桥面以下塔墩高22.45m，为实体结构，分为两部分，一是高6.2m、直径16m的圆柱体，二是分开两边高16.25m、半径8m、斜率为1：8.125的半圆斜柱体，横向宽度为9m。上塔柱高86.64m，采用空心矩形断面，横向宽4m，纵向塔顶宽为8m，竖向经圆弧过渡至主梁顶外侧至外侧宽20m，并在距梁顶22.54m高度处分离为两个斜腿，形成“人”字型结构（图3），上塔柱索锚区基本壁厚为横桥向0.7m，顺桥向1.4m。

边塔塔墩固结、塔梁分离，塔高85.5m。下塔柱高18.1m，横桥向等宽9m、顺桥向等宽7m，采用单箱四室截面，基本壁厚横桥向1.0m，中间隔板2.0m，顺桥向1.0m，中间隔板0.8m，在底部及顶部范围内壁厚逐渐加厚。上塔柱高67.4m，采用空心矩形断面，横向宽度均为4m，纵向塔顶宽为7m。上塔柱索锚区基本壁厚为横桥向0.7m，顺桥向1.4m。

2.6主塔墩基础设计endprint

本桥位覆盖层基本上是以粘土和亚粘土为主，可供选择的基础形式主要有沉井和钻孔灌注桩：沉井基础刚度大，结构安全可靠，施工需要的机械设备少，是较常用的桥梁基础，但在本桥址沉井存在以下问题：根据地质钻孔揭示存在胶结层，沉井下沉困难；沉井下沉施工控制难度较大；沉井下沉接高，施工中要大量吸泥，施工周期长，施工期内对环境影响较大。钻孔灌注桩基础穿透能力强，施工进度快，能承受较大的垂直和水平荷载，是目前较多采用的大型基础型式，因此本桥主塔墩选用桩基础。

塔墩基础均采用φ2.0m钻孔灌注桩，梅花形布置，桩间距为5.2m；承台采用整体式圆形承台，中塔墩承台直径38m，厚5m，边塔墩承台直径27.4m，厚4.5m。

3.施工方法

全桥工期36个月，施工进度主要受中塔墩基础及斜拉桥混凝土主梁施工进度控制。

中塔墩基础位于主河槽中，按水中施工方案，采用“栈桥+钻孔平台”施工桩基础，承台采用吊箱围堰施工；边塔、辅助墩及边墩基础在枯水期位于滩地，钻孔桩按陆地常规法施工，承台施工采用钢板桩围堰作为防护，在洪水期前完成基础及塔墩施工。

斜拉桥主梁0#块采用墩旁支架法现浇，施工时对0#块采取固结措施，其它节段采用挂篮悬臂浇筑，斜拉索的挂设、张拉与主梁悬浇同步进行；边跨现浇段采取膺架现浇，合拢段施工采用吊架法，合拢顺序为先边跨后中跨依次对称进行。

4.主要特点

本桥主跨2×300m位于三塔单索面预应力混凝土斜拉桥国内第二、同类桥梁中亦属世界前列。在设计过程中有其鲜明的技术特点及创新点。

4.1混凝土箱梁斜拉桥主塔处箱梁开口构造

目前在预应力混凝土箱梁斜拉桥中，当桥面较宽采用箱梁结构，且设有中央分车带时，主塔横桥向较多采用独柱型桥塔，一般为塔梁固结或者刚构体系。

本桥在边塔塔柱通过箱梁时，箱梁形成开口截面，从而主塔与塔墩固结，形成中塔固结，边塔半漂浮的体系，该体系主梁温度、收缩和徐变内力均较小，主梁各截面的变形和内力的变化较平缓，受力较均匀。但箱梁开口后节点受力情况复杂，应力传递机理无法通过平面程序模拟，在研究过程中采用了空间有限元程序对其应力分布及传力机理进行分析。由分析可知，在箱梁开口区域沿纵向长边两侧的箱室与开口处竖向板之间的实体混凝土区域纵桥向抗弯刚度较大，而主梁内力根据所加载的结构的刚度进行分配，所以主梁塔根节段的内力主要在开口区域长边两侧的实体混凝土结构上传递，而在其所夹的区域中受力较小，从而在保证混凝土箱梁受力情况的前提下，可以优化斜拉桥总体和结构体系设置。

4.2大跨度混凝土斜拉桥箱梁横向加劲构造

目前在斜拉桥混凝土箱梁中普遍采用的构造有两种做法，一种是在箱梁内顺桥向斜拉索锚固处设置一道与桥面板平面垂直的横隔板；二是在两道拉索横隔板中间再加一道横隔板（无拉索横隔板）。但存在斜拉索索距布置受制约，全桥节段划分自由度较小，箱梁节段施工工期较长，材料用料较费等缺点。

本桥在现有的公路斜拉桥混凝土箱梁构造基础上，通过改变常规斜拉桥混凝土箱梁横隔板布置方式，即在两道拉索横隔板中间增加横向加劲肋，减小顶底板的纵向计算跨度，从而可以减小顶底板厚度，节省材料用量；在保证顶底板受力及变形不变的前提下，可以适当增加拉索横隔板的间距（即加大斜拉桥梁段的节段长度），满足斜拉桥总体布置及加快工期的要求；改善顶底板参与横向受力时的剪力滞后效应，增强其抗裂性能；结构简单，加大了内部空间从而有利于施工内模的拆除，便于施工。

5.结语

济南建邦黄河大桥主桥为主跨2×300m三塔预应力混凝土斜拉桥。大桥在桥式布置、主梁、主塔构造设计等方面具有一定的技术突破与创新，取得了较好的社会效益与经济效益，推动了桥梁技术的进一步发展。大桥已建成为一项“交通顺畅、景观优美、结构安全、技术创新、经济合理”的优质工程，对于实现城市跨黄河发展、有效解决城市交通联系，促进济南经济发展具有重要意义。

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