望东长江公路大桥主桥设计
亜尤吉，等：望东3路大桥主桥设计
设
望东长江公路大桥主桥设计
尤吉1，魏乐永S尹超3
(1.安徽省交通控股集团有限公司，安徽合肥230088；2.中交公路规划设计院有限公司，北京100010；
3.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥230088)
摘要：望东长江公路大桥是目前国内外已建最大跨度组合梁斜拉桥，主桥设计为(78+228+638+228+78)m双塔双索面半漂浮体系。主梁设计为PK箱组合梁，采用了在预制桥面板中预先埋设部分横隔板的钢混组合梁一体化设计方案。大桥主塔设计为钻石型桥塔，塔高216m。塔柱下横梁与下塔柱结合部位采取圆弧过渡，设计为外挑7.15m的大悬臂结构。桥塔基础塔采用矩形承台及桩基础。全桥共设224根斜拉索，采用4X28对扇形空间索面布置。
关键词：斜拉桥；组合梁；一体化设计；大悬臂结构桥塔；桥梁设计
中图分类号:U44&27；U442.5十2文献标识码：A文章编号：1673-5781(2019)01-0050-04
1工程概况
望东长江公路大桥是国家高速公路网中“G35”济南至广州高速公路组成部分，大桥南岸为池州市东至县，北岸为安庆市望江县。桥址位于长江东流河段的进口段牌石矶下游侧，桥址处最高通航水位97m，最低通航水位3.10m,100年一遇水位20.61m,300年一遇水位21.65m，主通航孔单孔双向净宽575m，单孔单向2X325m，净高24m[1]。大桥主跨638m，主桥全联长1250m均采用组合梁设计，是目前国内外已建最大跨径、最长联长组合梁桥。主桥桥型立面布置如图1所示。
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图i主桥立面布置图
2主要设计技术指标
(1)公路等级：双向六车道高速公路。
⑵设计速度：100km/h o
(3)车辆荷载等级：公路一I级。
(4)最大纵坡：2.5%；桥面横坡：双向2%。
(5)抗震设防标准：大桥的地震动峰值加速度0.05g o
(6)施工阶段基本风速：23.8m/s(重现期：20年)；运营阶段基本风速:27.lm/s(重现期:100年)。
⑺设计洪水频率：300年一遇。3主体设计
3.1主桥总体布置
跨径布置为(78+228+638+228+78)m，主通航孔由638m的主跨跨越，副通航孔由228m的边跨跨越，辅助通航孔由78m的辅助跨跨越。索塔处设置竖向支座、横向抗风支座，纵向设置2个E型动力耗能装置，全桥共4个；辅助墩设置竖向弹性支座(一侧为单向滑动，一侧为双向滑动)，支座竖向刚度600kN/cm；a渡墩处设置竖向支座、横向抗风支座。组合梁南北两端各设一道伸缩缝，其不受约束的伸缩总量为1040mm。斜拉索采用抗拉标准强度为1860MPa平行钢绞线斜拉索，拉索最长34&99m，全桥共224根斜拉索，扇形空间索面布置。斜拉索在主梁上采用锚拉板构造锚固，在索塔上采用钢锚梁构造锚固，张拉端设置在塔端。
3.2组合梁设计
组合梁桥是混凝土桥面板与钢梁通过连接件组合在一起共同受力的梁型。相较于钢箱梁，组合梁以廉价且刚度较大的混凝土桥面板代替了造价较高且受力复杂的正交异性钢桥面板，因此它在经济性及耐久性上有一定的优势；相较于混凝土梁，组合梁的自重较轻，更加适用于大跨度斜拉桥，且施工质量更易控制②。由于组合梁独特的优势，它在国内外中、大跨度斜拉桥上被较多采用。望东大桥全联长1250m均设计为组合梁，主梁共13种类型,123个梁段，其中设计采用浮吊起吊梁段最大重量485.5t，采用桥面吊机起吊梁段最大吊重39&5t o 3.2.1主梁断面设计
主梁采用PK箱组合梁，梁高3.5m，宽(含导流板)3&0m o 主梁标准断面如图2所示。PK箱形组合梁由顶板、底板、边腹板、中腹板、横隔板构成，钢梁为分离式的倒梯形双箱，两箱通过中间的钢横梁连接。钢梁构造示意如图3所示。钢梁采用钢材Q345D。混凝土桥面板分为预制桥面板与纵向湿接缝以及横向
收稿日期：2018-12-25；修改日期：2019-01-16
基金项目：交通运输部建设科技基金项目(基金编号：2014318J14250)；安徽省交通厅科技基金项目(基金编号：2012418).作者简介：尤吉(1981-)，男，安徽五河人，博士，安徽省交通控股集团有限公司高级工程师.
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尤 吉，等：望东长江公路大桥主桥设计
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1113韶设湿接缝三部分。桥面板全宽35. 2m，横向4块预制板宽分别为天兴洲大桥
7. 98m.7. 9m.7. 9m.7. 98m，纵向湿接缝分为I 、U 、III 三类，分别宽
0. 82m 、0. 6m 、0. 6m，横向湿接缝宽均为0. 5m o 钢梁上铺设混凝 土桥面板，钢混通过剪力钉连接以形成组合截面。工字钢上翼
缘布置6列©22 X  250焊钉，横桥向间距17cm，顺桥向间距
15cm 。中腹板顶板布置©22X150焊钉，其横桥向、顺桥向间距
均为15cm，横隔板上翼缘布置机9 X  150焊钉，横桥向间距
20cm 、顺桥向间距15cm 。全桥组合梁节段标准长度10. 8m 、边
跨尾索区节段为7. 2m o
图3钢梁构造示意图
3. 2.2 钢混主梁一体化设计
目前，钢混组合梁的钢梁与桥面板叠加施工工艺，大多数 采用两种方式。第一种是将预制好的桥面板铺设于已架设钢
结构梁段的纵横梁上，通过设置于纵梁和横梁上的湿接缝，将
各桥面板连接成整体并与钢结构叠合为一体，如杨浦大桥、南
浦大桥、青州闽江桥、武汉二七桥匕―刃。该方案现场湿接缝较
多，受力龄期差异较大。希腊Rion —antRion 桥与上海东海大
桥采用的是现浇桥面板模式页，即在完成组合梁的钢结构梁体
加工后，在其上进行混凝土桥面板的浇筑，两侧各留出一定长
度的湿接缝，主梁节段通过桥面吊机或浮吊整体起吊连接后，
现场浇筑梁段间混凝土桥面板的湿接缝⑺。该方案可有效减
小现场工作量，易于控制质量，但混凝土的前期收缩无法有效
释放，将在钢梁上产生一定的二次应力；此外，混凝土桥面板内 需设置较多配筋⑻。
望东大桥主桥在设计中提出了钢混一体化的组合梁设计 及施工方案。桥面板在预场集中预制后，存放6个月后，在钢
梁胎架上与钢梁叠合形成整体梁段，然后运至现场整体吊装。
设计中，借鉴了钢箱梁组装的工艺，将一部分横隔板及其上翼
缘作为预埋件在预制桥面板时预埋，在板梁叠合时，焊接横隔 板对接焊缝。该种工艺主要优点有:①将大量工作放在工厂胎
架上完成，质量易控制，架设现场工作量小，工期较短⑨；②梁
体浇筑完成后在梁场存放6个月，充分减小混凝土桥面板受力
龄期的差异性;③借鉴钢箱梁组拼工艺，将横隔板拆分为上、下 两部分，一部分随预制板预埋，拼装时横隔板对接，可大量减少 桥面板横向湿接缝的数量，降低由湿接缝处产生裂缝的概率。
如图4、5所示。
”横向湿接缝
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图5组合梁一体化施工图
3.3桥塔及基础3. 3.1基础设计
主塔采用矩形承台及桩基础，承台顶标高为7. 0m，厚
8m，下设32根直径3. 0m 的钻孔灌注桩，按端承桩设计。承台
采用C35混凝土，桩基采用C30水下混凝土。大桥南主塔位 于长江主河道，河床为裸露中风化灰岩，岩面起伏倾斜度达
26°，最大高差10. 8m o 由于施工水域不允许使用爆破方法整 平岩面，经过工期、成本、施工安全性多方面比较，主墩钢围堰
采取高低刃脚结构设计形式，采用整体卧式拼装、气囊下水、卧
式浮运、整体水中竖转、定位、着床、封底施工工艺［诃。该方案
实施时，钢围堰在专业船厂整体加工，保证了钢结构的焊接质
量，避免了现场拼装受外界环境因素影响造成的焊接质量问
题；与钢围堰工地现场立向拼装进行对比，节省了 10%〜15%
用钢量；钢围堰可提前在厂家进行加工，节约工期2
个月
3. 3. 2 大悬臂混凝土塔柱设计
大桥主塔设计为钻石型桥塔，如图6所示，主塔塔高
216m，采用C50混凝土，桥面以上为倒Y 型。上塔柱为抗风性 能较好的八边形断面，高度为76m ；断面为单箱单室结构形式,
塔柱正面开宽1.6X0. 2m 的凹槽。中塔柱为六边形断面，高 度为102. 8m，单肢断面为单箱单室结构形式，根据受力需要,
沿高度方向塔柱外侧壁厚按直线变化从0. 95m 到1. 25m 。下
塔柱为断面为单箱双室结构形式，横桥向宽32. 0m，顺桥向宽
9. 2m o 墙式断面在中间设1道横隔墙，厚0. 8m ；下塔柱顺桥
向壁厚1.5m，横桥向壁厚3.0m 。为增强索塔的景观效果，在
下塔柱外壁处沿高度方向开了 5道景观凹槽。
《工程与建设》2019年第33卷第1期
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亜尤吉，等：望东3路大桥主桥设计设
立面图
▽+224.0
侧面图
图6望东大桥桥塔设计示意图
望东大桥主梁设计为组合梁，相比较钢箱梁而言，结构自重大，对桥塔的强度、刚度要求较高，桥塔受力比较复杂［⑶。大桥主墩设防船撞力较大，南主塔达到4800t。为满足设防船撞力要求，将传统的桥塔双肢下塔柱合并在一起增加桥塔自身刚度。此外，由于主梁宽度为35.2m，中塔柱根部双肢分开的间距较大，为了减小下塔柱与承台基础的尺寸，下横梁与下塔柱结合部位采取圆弧过渡，设计为外挑7.15m的大悬臂结构，该大悬臂承受桥塔和斜拉索收集的主梁重量，在大跨度斜拉桥索塔设计中尚属首例，如图7所示。为了保证大悬臂结构满足受力要求，设计在下横梁处配置80根15.2-25预应力钢束，分7批次张拉。
图7望东大桥塔柱大悬臂设计示意图
采用空间有限元软件ANSYS对大桥桥塔进行结构分析，混凝土主塔采用SOLID45实体单元，预应力钢束采用LINK10杆单元，模型共采用116235个节点,515088个单元。混凝土与预应力钢束通过约束方程连接，预应力的张拉通过降温实现。计算结果为：最大横向拉应力约1.2MPa，位于下横梁倒角与中塔柱交接处；横梁外侧表面处最大横向正拉应力为0.4MPa，横向拉应力较小；下横梁最大竖向拉应力约2. 2MPa，位于下横梁倒角与中塔柱交接处；塔壁箱室内侧最大纵桥向拉应力约1.9MPa；下横梁主拉应力基本小于2.6MPa；倒角顶面最大剪应力约4.5MPa。结果表明：倒角处主压应力小于规范允许值；下塔
柱倒角处剪应力最大值虽然较高，但分布区域较小，仅仅出现在倒角面层，如图8所示，抗剪承载力验算满足规范要求。
图8塔柱下横梁剪力有限元计算
（下转第70页）
52《工程与建设》2019年第33卷第1
期
设亜章金河，等：某车船直取码头关键问题及其解决措施
2.2污水处理是项目设计重点之一
港口装卸货物为散货，环保用水量多，加之初期雨水同样需收集处理，在方案设计中需采取对应措施收集全部的污水和初期雨水，做到污水不外排是本项目设计重点。
2.3降低对X032公共交通的影响是本项目研究目标
码头通过堤顶道路与X032在双涧涡河公路大桥桥头连接。作为唯一的对外通道，重载货车在此交汇、调头，与社会车辆交织在一起，从原来临时码头使用情况看，容易出现拥堵情况，对公共交通影响较大。
3解决措施
3.1多种工程措施抑制码头扬尘产生
参考省内类似码头的成功经验，在码头前沿设喷雾装置，在装卸过程中不间断对船喷雾，降低抓取物料过程中的扬尘；在装车料斗上设喷雾设施，控制抓斗放下物料时扬尘情况；对于比较干燥的砂石料，可在装卸前在船上喷水湿润，有效减少扬尘产生。码头区域的所有道路两侧设有喷淋装置，定期喷淋并配合人工冲洗；出港车辆必须经过自动洗车装置冲洗后方允许出港。
3.2多种措施进行雨、污水回收利用
码头面及港内道路两侧均设污水收集沟接到沉淀池，将冲洗水和初期雨水收集沉淀后，排到回用水池，确保污水不外排。
回用水池设计充分考虑码头日常使用和蒙城暴雨情况，尽可能做到综合利用。码头用水方案设计时充分利用中水，节能环保。
3.3码头设计外延，有效降低对X032公共交通的不利影响
考虑到疏港道路在上坡后与X032在桥头平交，大批疏港重载车辆在桥头汇入X032，将会对X032的交通组织造成较大压力。本次设计方案为解决这一问题，将上堤斜坡道与堤顶道路交点向下游平移约30m，并将平交道口加大，在该处设计一个92m长、20m宽的水平道口，便于重载车辆在此排队、转弯或交汇错车，降低对X032交通的不利影响。
4结束语
目前码头除尘问题、雨污水收集处理问题是散货码头设计的难点与重点，本文结合具体项目介绍了散货码头除尘、雨污水收集问题的解决方案。
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(上接第52页)
4结束语
望东长江公路大桥是目前国内外已建最大跨度组合梁斜拉桥，主桥设计为(78+228+638+228+78)m双塔双索面半漂浮体系，主桥1250m全联长均采用组合梁。大桥采用了钢混组合梁一体化设计及施工方案，通过在预制桥面板中预埋部分横隔板，大量减少了桥面板横向湿接缝的数量，缩短了大桥施工工期，降低了由湿接缝处产生裂缝的概率。大桥采用钻石型塔结构，将桥面以下塔柱收成一个整体，整个塔柱轻盈稳重、比例协调，下横梁与下塔柱结合部位采取圆弧过渡，大悬臂结构较大地减小基础尺寸，节省了工程造价。
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