南寧英華大橋主橋設(shè)計

林智敏，劉振宇，陳小平

（1.成都大學(xué)，四川 成都 610106；2.四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川 成都 610041）

1 概述

南寧英華大橋位于南寧市區(qū)，起于江南區(qū)鳳亭路，向東跨越邕江連接至青秀區(qū)柳沙半島。該橋的建設(shè)對與加強兩個片區(qū)的聯(lián)系，拓展城市空間具有十分重要的意義。

英華大橋主線全長1018m，包含跨江主橋及南北引橋，按照城市主干路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計速度60 km/h。橋面寬37.7 m，雙向6車道，兩側(cè)設(shè)非機動車道及人行道[1]。

大橋位于西江航運干線郁江南寧至貴港段，現(xiàn)狀航道等級為Ⅲ級，但規(guī)劃等級為Ⅱ級，且遠(yuǎn)期預(yù)留通航3 000 t級船舶通行條件。根據(jù)通航論證建議，本橋主跨跨徑應(yīng)不小于300 m，若條件允許，盡量加大跨徑，一跨過江。結(jié)合規(guī)劃規(guī)劃、景觀要求、施工難度等因素，主橋最終采用跨度布置為45 m+410 m+45 m的三跨鋼箱梁單主纜懸索橋（見圖1），吊索僅設(shè)置于中跨，邊跨用于壓重及增加體系抗扭性能[2]。

圖1 南寧英華大橋主橋布置圖（單位：m）

本橋主要有以下特點：

（1）橋梁為單主纜結(jié)構(gòu)。

（2）主塔為曲面橋塔，采用廣西出土文物“羊角鈕編鐘”作為造型元素，具有典型的民族特色。

（3）采用新型的散索套，在大幅節(jié)約工程造價的同時，有效解決了傳統(tǒng)散索套索股不穩(wěn)定及難以架設(shè)的技術(shù)難題。

2 纜索系統(tǒng)設(shè)計

2.1 主纜設(shè)計

全橋僅設(shè)1根主纜，主纜矢跨比1/9[3]。主纜采用預(yù)制平行高強鋼絲索股結(jié)構(gòu)（PWS），每根主纜由97股索股構(gòu)成，每股索股由127絲5.1 mm鍍鋅高強鋼絲組成，鋼絲標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度為1 670 MPa，在主要荷載組合作用下，主纜強度安全系數(shù)按照2.5設(shè)計。主纜一般（索夾內(nèi)）斷面孔隙率按照20%（18%）設(shè)計，擠圓后直徑為625（617）mm。主纜索股兩端設(shè)熱鑄錨頭，錨杯內(nèi)澆鑄鋅銅合金。

2.2 吊索及索夾設(shè)計

全橋共布置40對吊索，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距10 m。為增加全橋的抗扭性能，兩側(cè)近塔位置4對吊索均采用人字形吊索，即吊索上部錨固位置居中，在梁上錨固位置位于兩側(cè)，其余位置吊索均豎直布置，在梁上錨固于主梁中央[4]。

吊索均采用預(yù)制平行鋼絲束結(jié)構(gòu)，強度安全系數(shù)按照3.0設(shè)計，吊索均采用91絲，鋼絲直徑7.0 mm，標(biāo)準(zhǔn)抗強度1 670 MPa。吊索與索夾為耳板叉耳銷接式，與鋼箱梁為銷鉸式連接，銷鉸接頭帶有自潤滑軸承，以減小吊索的彎折。

吊索兩端錨頭采用叉形冷鑄錨。錨頭由錨杯與叉形耳板構(gòu)成，叉形耳板與錨杯通過螺紋連接，設(shè)置調(diào)節(jié)套筒，套筒的連接桿的螺紋各設(shè)有±120 mm的調(diào)節(jié)量，用以消除制造、架設(shè)引起的吊索長度誤差。錨杯口設(shè)有氯丁橡膠澆制的密封防水和緩沖裝置，以改善吊索的彎折疲勞性能。

索夾均采用上下對合的結(jié)構(gòu)形式[5]，上、下兩半索夾用螺桿相連并夾緊于主纜上，接縫處嵌填橡膠防水條防水。值得一提的是在對應(yīng)斜吊索位置，采用了帶兩塊斜置板的耳板分叉式索夾。索夾均ZG20SiMn低合金鋼鑄造，其中有吊索索夾設(shè)計壁厚為40 mm，無吊索索夾的設(shè)計壁厚為35 mm。

2.3 主索鞍設(shè)計

主索鞍長度為5.17m,內(nèi)部鞍槽總寬度為678mm（見圖2）。主索鞍鞍體采用ZG270-500，為方便安裝，鞍體分兩段鑄造，現(xiàn)場通過螺栓連接。鞍體下設(shè)不銹鋼板一聚四氟乙烯板滑動副，以適應(yīng)施工中的相對移動。為增加主纜與鞍槽間的摩阻力，并方便索股定位，鞍槽內(nèi)設(shè)豎向隔板。在索股全部就位并調(diào)股后，在頂部用鋅塊填平，再將鞍槽側(cè)壁用螺栓夾緊。

圖2 主索鞍結(jié)構(gòu)（單位：mm）

塔頂設(shè)有格柵底座，以安裝主索鞍。格柵要求表面平整，與塔頂構(gòu)成一體并具有足夠的豎向彎曲剛度，故采用縱橫向垂直的格構(gòu)形式。索鞍采用全鑄造結(jié)構(gòu)，與塔頂鋼板焊接。格柵懸出塔頂以外,以便安置控制鞍體移動的千斤頂，鞍體就位后將格柵的懸出部分割除。

因橋塔在恒載作用下壓縮量為28 mm，為保證主纜在成橋狀態(tài)達(dá)到設(shè)計標(biāo)高位置，在格柵設(shè)計中考慮對該變形量的補償。

2.4 散索套設(shè)計

傳統(tǒng)懸索橋一般采用散索鞍，鞍體豎直方向只具有向下的發(fā)散結(jié)構(gòu)，索股在豎直方向的分力始終向下。安裝過程中，這個下壓力保持索股的穩(wěn)定，同時由于沒有向上的分力，索股安裝方便，結(jié)構(gòu)簡單。但為了保持整個索股均向下發(fā)散，主纜在錨碇位置需下轉(zhuǎn)，使得整個錨固面偏下，造成錨碇開挖量大，錨體體積大，工程造價昂貴。

為減小工程規(guī)模，本橋采用散索套散開主纜。一般的散索套構(gòu)造基本可定義為帶喇叭口的索夾，構(gòu)造簡單，但主要存在兩個問題：一是主纜索股在散索套中較凌亂，二是架設(shè)過程中向上發(fā)散的索股安裝困難[6]。本橋散索套采用了全新的形式，有效解決了上述問題。

本橋散索套由套體和壓緊梁組成,總長3.4 m（見圖3）。以散索套中軸線為中心，主纜對稱向四周散開。在散索套套體內(nèi)布置隔片，隔片在高度方向進(jìn)行分層，分層間用焊接和栓接進(jìn)行連接。通過設(shè)置隔片，使得索股可整形后進(jìn)入對應(yīng)位置，避免了索股凌亂的問題。為了限制安裝時索股的上移，在隔板前端開孔，索股單根就位后即安裝定位銷。索股安裝完成后，在頂部設(shè)置壓緊梁，壓緊梁和套體間采用M20螺栓壓緊。為減小散索套套體橫向受力，在散索套外壁之間設(shè)置6對M42橫向拉桿。

圖3 散索套結(jié)構(gòu)（單位：mm）

2.5 主纜錨固系統(tǒng)設(shè)計

與常用的預(yù)應(yīng)力后錨系統(tǒng)不同，為增加結(jié)構(gòu)耐久性并且方便施工，錨碇采用鋼拉桿錨固系統(tǒng)，錨固方式為無粘接后錨承壓式[7]。

錨固系統(tǒng)由索股錨固連接構(gòu)造和鋼拉桿錨固構(gòu)造組成。索股錨固連接構(gòu)造由連接拉桿組件、連接器組成；錨固構(gòu)造由錨固鋼拉桿、后端錨固承壓板、前端轉(zhuǎn)換螺母等構(gòu)成。索股錨固連接構(gòu)造上端與索股錨頭相連接，另一端與錨固鋼拉桿連接。

索股錨固連接構(gòu)造均為單索股錨固單元。單索股錨固單元由2根連接拉桿和單索股連接器構(gòu)成，每根主纜共有91個單索股錨固單元。

拉桿采用40CrNiMoA，連接拉桿直徑為75 mm，錨固拉桿直徑為85 mm。錨固拉桿分兩段制造，通過止轉(zhuǎn)連接器連接。錨固拉桿采用金屬鋁涂層+防腐油脂+熱縮護(hù)管的防腐體系。拉桿方向均與其對應(yīng)的索股方向一致，拉桿方向誤差用球面螺母予以調(diào)整。

3 橋塔及基礎(chǔ)設(shè)計

主塔基礎(chǔ)采用樁基承臺基礎(chǔ)。承臺底部平面尺寸為16.6 m×16.6 m，高度為5.5 m。每個承臺底面設(shè)9根2.5 m的樁基礎(chǔ)，樁基中心間距6.25 m。樁基均按嵌巖樁設(shè)計。

索塔為“羊角編鐘”造型，高100 m。塔柱在縱向由兩個1/4圓形截面逐步合并為1個半圓截面。塔柱底部橫橋向高度為5.7 m，順橋向?qū)挾葹?1.3 m，以圓弧的方式向塔頂漸變?yōu)闄M橋向?qū)?.625 m，順橋橋向?qū)?.249 m。

主塔根部以上16 m均為預(yù)應(yīng)力混凝土塔柱，其余部分均為鋼塔柱?；炷了捎每招慕孛?，壁厚0.9 m，在塔柱四周均設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，共計10束，每束鋼束由21根 ?s15.2 mm高強低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成。

為保證鋼塔柱與混凝土塔柱之間的連接過渡段應(yīng)力均勻、有效過渡，構(gòu)造設(shè)計上遵從多次應(yīng)力擴散的設(shè)計原則。內(nèi)部灌注混凝土的局部空間，同時作為施加預(yù)應(yīng)力的承壓柱,以保證鋼混凝土接合面始終處于受壓狀態(tài)[8]，見圖4。

圖4 鋼混連接構(gòu)造圖（單位：mm）

鋼塔柱采用Q370D鋼，節(jié)段均采用焊接接頭。塔柱面板厚48 mm，加勁肋尺寸為30 mm×360 mm，面板加勁肋最大間距為790 mm。鋼塔內(nèi)橫隔板間距為3 m，節(jié)段間橫隔板間距為1.5 m。普通橫隔板厚度均為16 mm,橫隔板高度900 mm，端頭設(shè)置T形加勁構(gòu)造。

索鞍下方節(jié)段采用塔柱+橫梁的形式。橫梁高度5 m，橫梁內(nèi)部設(shè)置縱橫交錯的隔板承受上方巨大的纜力。橫橋向豎直隔板厚度為30 mm，間距725 mm，縱橋向豎直隔板厚度為30 mm間距由606 mm漸變至2 640 mm。該節(jié)段最頂上設(shè)置70 mm鋼板作為承壓板[9]。

4 加勁梁設(shè)計

主梁采用單箱四室扁平流線型全焊鋼箱梁，全寬37.7 m，中心高3.5 m（外輪廓）。鋼箱梁頂板厚16 mm、上斜腹板14 mm，底板、下斜腹板厚12 mm，見圖 5。

圖5 1/2鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段截面（單位：mm）

鋼箱梁頂板在機動車道、非機動車道區(qū)域采用U肋進(jìn)行縱向加勁，U肋上口寬300 mm，底寬170 mm，高280 mm，板厚 8 mm，間距 600 mm。鋼箱梁在上斜腹板設(shè)置板式加勁肋，高190 mm，板厚16 mm。鋼箱梁頂板在人行道區(qū)域，以及鋼箱梁底板、下斜腹板采用板式加勁肋進(jìn)行縱向加勁，加勁肋高140 mm，板厚12 mm，間距350 mm。

鋼箱梁內(nèi)，每隔2～3.33 m設(shè)置一道橫隔板。普通橫隔板板厚10 mm，支座處橫隔板板厚16 mm；吊點橫隔板出于受力需要，分區(qū)域采用了12～60 mm的板厚。除端頭橫隔板外，其余橫隔板均采用雙面加勁。

鋼箱梁設(shè)置3道通長縱隔板。中間縱隔板厚度為14 mm，在直吊點位置縱隔板厚度加厚為20 mm。兩側(cè)的邊縱隔板厚度為18 mm,為適應(yīng)頂推的需要，下端設(shè)置馬蹄形加勁肋，肋厚16 mm，加勁肋側(cè)面與底板縱肋焊接，加勁肋底面要求與箱梁底板磨光頂緊[10]?？v隔板均采用雙面加勁。

鋼箱梁采用Q345C鋼，節(jié)段連接采用全焊方式。

5 錨碇設(shè)計

本橋兩岸錨碇均為重力式錨碇，基底持力層均為中風(fēng)化泥巖，錨碇整體抗滑移及抗傾覆系數(shù)均大于2.0。由于本橋為單主纜結(jié)構(gòu)，因此兩岸均只在引橋正下方設(shè)1個錨碇。

錨碇基礎(chǔ)均采用擴大基礎(chǔ)，為便于錨碇基坑開挖支護(hù)，基礎(chǔ)采用圓形，直徑為57 m，高度10 m，基礎(chǔ)共分四塊進(jìn)行澆筑，各部分之間設(shè)置2 m寬后澆帶，后澆段采用微膨脹混凝土。為減小水化熱，基礎(chǔ)采用空心結(jié)構(gòu)，設(shè)置28個空腔，內(nèi)部填充砂卵石壓重。錨體長度47.89 m，前端寬度6 m，后端寬度24.8 m，散索套距離前錨面22 m，前錨面距離后錨面20 m。

為保證錨碇的防水性能，所有地面以下部分均采用防滲混凝土，防滲等級P8。此外，錨碇外表面均設(shè)置防水層，各施工縫間均設(shè)置止水帶。

6 結(jié)語

南寧英華大橋結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍v史文化特點，設(shè)計了極具民族特色的羊角鈕編鐘形狀的橋塔，采用了雙塔單索面懸索橋的橋型，結(jié)構(gòu)形式新穎。在設(shè)計工程中，依據(jù)橋梁本身的結(jié)構(gòu)特點采用了曲面鋼橋塔、帶隔片的散索套、主纜鋼拉桿錨固等創(chuàng)新設(shè)計，可為類似橋梁提供借鑒。該橋于2012年12月開工建設(shè)，于2014年12月建成通車。