丰城剑邑大桥主塔设计和施工
摘要：在斜拉桥设计中，主塔的设计最能体现该桥的特点，也通常是设计人员考虑的重点。结合丰城剑邑大桥设计及施工过程，对主塔设计构思过程、结构构造及施工过程做了简单介绍。
关键词：剑邑大桥；斜拉桥；主塔设计；主塔施工
1 工程概况
丰城剑邑大桥是丰城市规划跨越赣江的一座特大型桥梁，是丰城构筑“一江两岸”城市规划的连接通道。全桥长2367m，桥面有效宽度23m，主桥部分桥面加宽，双向4车道，两边还各设有非机动车道和人行道。设计行车速度为80Km/h，设计荷载为公路I级、人群3.5KN/m2，通航等级为III-（3）级航道，通航孔不少于4个。
大桥主桥采用独塔双索面斜拉—悬臂组合结构体系，跨径布置为55m+2×165m+55m。该桥主塔采用大直径群桩基础，主塔为钢筋混凝土结构，其型式在横桥向为H形塔，顺桥向为一字型，整个桥塔由基础、塔柱和上下横梁组成。主梁为π形与箱形组合型式梁。斜拉桥梁、塔、墩固接。
桥址处赣江东西两堤之间距1300m，河道基本顺直，常水位时河宽约700m，河床横断面呈复式断面。桥址处水文要素：设计流量Q0.33%=27234m3/s，相应水位：H0.33%=31.10m（黄海），平均流速：V=2.4m/s，最高通航水位：H5%=28.85m（黄海），桥前最大壅水高不超过5cm，最大壅水长约1000m。桥址处于中亚热带季风气候区，降水充沛，日照充足，无霜期长。多年平均气温16.4℃，最低月平均气温4.2℃,极端最低气温-10.5℃。最高月平均气温28.9℃，极端最高气温39.7℃。多年平均降雨量为1552.3mm，降雨多集中在4～6月，其降雨量占总数的50%左右。多年平均风速2.7m/s，最大风速26m/s。地震动峰加速度0.05g。
桥位地层主要为亚粘土、细砂、中砂、圆砾土等，基岩风化层较厚，因此大桥墩台基础主要的持力层为弱风化岩，岩石允许承载力为4～5Mpa。
2 结构设计
方案构思
丰城古称“剑邑”，相传西晋年间在丰城发现一石匣，内盛“龙泉、太阿”雌雄宝剑，从此丰城别称“剑邑”，城有剑邑大道、剑邑广场、剑匣湖、剑湖公园、剑匣亭等等，剑文化占据着丰城整个历史和社会生活。如何将此人文特点融入大桥的桥型设计，是该桥主塔方案设计的构思重点。
在设计中对主塔的造型进行了多方案的比选，最终采用门字形直立塔，两塔柱赋予宝剑内涵，象征着丰城历史传说中的龙泉、太阿双剑，“剑身”为桥面以上塔柱，“剑柄”为桥面以下塔柱，“前剑镡”为主梁，“后剑镡”为基础承台。该主塔气势恢弘、雄伟挺拔，非常具有现代气息，体现了大桥的大气和宏伟，同时该造型较为形象地结合了剑文化特点，与桥名相适应，其造型很好地处理了工学与美学的关系，且结构各部位尺寸均为满足受力需要为前提，使工程技术与文化需求有机地融合在一起。
结构设计
主塔的造型确定之后，就是对主塔各细部构造进行优化，除了从施工阶段到运营阶段对主塔结构的刚度、强度、稳定性进行计算外，还对主塔施工的可实施性、可操作性做了细致的分析，确保主塔安全顺利地施工。
主塔一般构造见图2所示，其结构设计主要包括基础、下塔柱、下横梁、上塔柱和上横梁五部分。
主塔采用桩基础。由于河床有较厚的砂砾覆盖层，下伏砂岩承载力较好，桩基按柱桩设计。基础采用8根大直径钻孔灌注桩，桩径Φ3.0m，桩长37m。每4根大直径钻孔灌注桩顶，设置一承台，承台平面尺寸为11.5m×12.0m，承台厚5m，为减少水阻力及船舶冲撞力，承台四角均以R=2.0m半径倒角。为加强两侧基础的整体刚度，减少基础间的不均匀沉降，增强抗船撞能力，两承台之间设置一道系梁，系梁宽3.0m，与承台同高。
主梁底面至承台顶面塔柱为下塔柱，高17.143m。下塔柱与主梁、下横梁固结在一起，这样设计的优点在于提高了整个结构的刚度，同时减少了梁和塔的扰度，不需要任何支座，克服支座困难，减除了支座的费用。为了将塔柱承受的荷载更均匀地传递到基础，相对于上塔柱，下塔柱截面加长加宽，截面为6.2m×4.0m，同时也大大增加结构本身的刚度。
上下横梁均为空心预应力混凝土构件。下横梁尺寸为5.5m×4.0m，为了减轻结构自重，下横梁中间部分掏空，中间掏空部分顶、底板厚为0.45m，两边腹板厚为0.50m，形成了面积70多m2，高4m多的空室，设计充分利用这个空间作为成桥后斜拉桥梁、塔、索的位移和应力变化的监控室，并设计好进出监控室的通道及预埋监控、电力、通信等管道。上横梁尺寸为2.5m×4.0m，上横梁中间部分也掏空，中间掏空部分顶板、底板和腹板厚度均为0.60m。
桥面以上部分塔柱为上塔柱，高81m，上塔柱非拉索部分的截面为八边形，截面沿桥纵向最大长度为5.5m，沿桥横向最大宽度为3.0m。上塔柱拉索部分的截面为工字形，拉索交错布置在腹板两侧，这样布置使混凝土腹板基本受压，充分发挥材料强度的优势，无需在塔柱中另加预应力，为了减少拉索水平力引起的扭矩，两侧拉索尽可能的靠拢，经计算截面边缘因扭矩产生的最大剪应力微不足道，只需按构造配置抗扭钢筋即可。工字形截面的空腔平面尺寸为1.5m×1.4m，并沿铅垂方向每4.434m设一隔板，厚0.4m，每个隔板上留有一0.6m×0.6m的人孔，塔柱空腔上设有人行爬梯，这样设置既加强了塔柱的纵、横向刚度，又可作安装和张拉拉索的操作平台之用，十分有利，尤其便于后期调索或换索，无需另架支架，且不影响车辆通行。为美观需要，采用玻璃幕墙和铝合金分格封闭空腔，既保护锚头免受风雨侵蚀，又使塔柱外形上下一致。两柱柱顶设置为尖顶造型，塔柱顶设置航空灯和避雷针。
3 主要施工特点
塔柱的爬模施工
本桥塔柱结构上下基本一致，这样设计除了结构受力明确外，还有一个明显的优势就是施工便利，尤其适用于爬模法施工。爬模施工系统由模板及爬架两部分系统组成，用一段模板带爬架固定在下段已浇混凝土主体上，浇上段混凝土，养生达适当强度后拆模，连爬架一起提升到上段混凝土顶部固定，循环操作，直到柱顶。
这样的爬模法施工可以有效地解决高空模板安装就位的难题，提高高空作业的安全性；摒弃了其它方法中模板施工的拆装繁琐工艺，大大简化了施工工序，从而可以加快施工进度；可以利用爬模自身携带的小型液压油缸作为爬架、模板提升的自身动力，可实现整套爬模同步爬升，抗风性好、安全可靠，并能大大缓解垂直运输的压力。
劲性骨架的应用
为了使钢筋、模板及斜拉索管的空间位置定位稳定方便、准确可靠，主塔设计时在基础承台、上塔柱和下塔柱中均设置了劲性骨架。劲性骨架的杆件由角钢和槽钢组成，采用分片加工、现场组拼的方法安装。在上塔柱施工时，利用劲性骨架安装定位斜拉索索管，可以简化索管的安装工序，减少索管的定位时间，确保索管位置准确。
劲性骨架对钢筋和模板具有定位、调整作用，对于控制主塔的线形非常有利，同时对于水上和高空的施工安全起到保证作用。
4 结束语
丰城剑邑大桥主塔的构思和设计过程，充分体现了城市的现代文明与历史文化的统一，在满足功能、技术、经济和安全的前提下进行结构尺寸、构造施工、景观文化及美学的综合考量，以最大限度实现美学、历史文化、功能、技术和经济的统一。
丰城剑邑大桥的建成后，必将成为丰城市的标志性建筑。
参考文献：
［1］王伯惠.斜拉桥结构发展和中国经验[M].北京：人民交通出版社，2004.
［2］杨国平，等.东海大桥Ⅶ标主桥斜拉桥主塔施工[J].公路，2003，（3）.
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