斜拉桥建筑设计

内蒙古交通设计研究院有限任务公司

摘 要：以A公路斜拉桥为例，对该公路斜拉桥主桥及根本方案设计进行研究，结合该桥所处实际情形，对主塔根本形式、根本桩径、造型比选及锚固设计方案进行比选，终极选用钻孔贯注桩根本作为该桥根本形式，设计为φ2. 8m的根本桩径，造型采取钻石形索塔，利用预应力锚固与钢锚梁相结合的形式进行锚固，符合该桥实际需求。

关键词：斜拉桥;主塔;根本;方案设计;

A公路大桥出发点接高速互通，终点顺接国道，主桥跨径为340m，该大桥桥面宽度为27.6m，路线全长2.01公里，荷载等级为I级，设计时速为80km/h。
A公路桥梁所在区域景象条件较为繁芜，每年均有台风上岸，风况繁芜，风力较大。
并且水下地形呈“V”字型，地形条件较繁芜，最大水深达56m。
A公路大桥位于航道弯道处，并且和航道轴线形成一定夹角。
结合A公路大桥实际情形，且通过综合比选，确定该大桥采取造型都雅、超过能力大且抗风性好的双塔单索面钢混组合梁斜拉桥方案，采取59+107+340+107+57的跨径组合，建后将成为当地一道亮丽的风景线。

A公路斜拉桥主塔根本需知足以下条件:(1)具有足够地承载能力;(2)构造整体变形较小，并具有一定刚度;(3)对水文地质地形条件具有较强适用性，并且根本抗船撞能力强;(4)施工风险与难度小，工程经济性好。

该桥主墩处水深约为26m，下卧基岩为中风化凝灰岩，中下地层为强风化泥质粉砂岩，上部地层为含砾粉质粘土，覆盖层厚度约为7m。
依据培植条件，主塔适宜采取沉井与钻孔贯注桩两种根本形式。

表1 主塔根本形式比选 下载原图

结合A公路斜拉桥实际情形，采取沉井根本对航道影响较大，并且施工难度与施工风险远高于钻孔贯注桩根本，因此A公路斜拉桥终极选用钻孔贯注桩根本。

A公路斜拉桥主塔根本须要承载较大的水平力与弯矩，因此单桩须要具备较好的抗弯能力，适宜采取大直径钻孔桩根本。
根据根本哀求，分别设计了3.2m、2.8m及2.5m三种直径桩方案，并对其支配进行了比选。
三种直径桩方案分别如下:

方案1:选用203.2m钻孔贯注桩，桩长62m，承台厚度为7m，混凝土封底厚度为2m，顺桥向宽度为25.8m，横桥向宽度为41.2m;

方案2:选用262.8m钻孔贯注桩，桩长62m，承台厚度为6.5m，混凝土封底厚度为2m，顺桥向宽度为23.4m，横桥向宽度为43.8m;

方案2:选用34φ2.5m钻孔贯注桩，桩长62m，承台厚度为6.5m，混凝土封底厚度为2m，顺桥向宽度为21.4m，横桥向宽度为49.8m。

A公路斜拉桥主塔根本桩径三种设计方案进行经济性，详细比选如下表2所示。

表2 根本各方案经济性比选 下载原图

根据表2对三种不同桩径的方案比选，方案2经济性最为合理，因此A公路斜拉桥采取2.8m钻孔贯注桩。

公路斜拉桥主塔是利用斜拉索将主梁的活载及恒载转移到索塔上，再经由主塔的竖向转移到根本，以发挥出对主梁的弹性支撑浸染。
A公路斜拉桥主塔为该桥最高的建筑，建成后将成为该地区的地标性建筑。
在进行主塔造型选时，应考虑主塔造型的整体景不雅观效果，并兼顾受力的合理性、施工的便捷性及培植的经济性等。

当前斜拉桥主塔造型紧张有倒Y形、A字形、H形、钻石形及单柱形等。
个中单柱形布局大略，主梁和塔柱固结，但是其横向水平力承受较低，且多运用于混凝土梁。
由A公路斜拉桥位于台风区，横向抗风性哀求较高，并且属于钢混组合结果，因此单柱形主塔并不适宜该公路斜拉桥工程。
其他主塔造型优缺陷比选如下表3所示。

表3 主塔形状比选 下载原图

A公路斜拉桥所在区域景不雅观风格紧张由缓和的丘陵及柔和的河水组成，整体景不雅观风格倾向柔美。
在进行A公路斜拉桥主塔选型设计时，适宜采取风格柔美的塔型，使得主塔与周围景不雅观风格得到和谐统一。
结合上表3中不同主塔造型的优缺陷综合比较，钻石形主塔造型秀美，与区域景不雅观能融为一体，景不雅观效果好，并且根本尺寸相对较小，可有效降落施工难度与工程造价，因此A公路斜拉桥终极选用钻石形主塔造型。

公路斜拉桥拉索承受的拉力巨大，在主塔进行锚固时还需开设空洞，使得主塔拉索锚固位置受力情形繁芜，且应力集中。
锚凝结构作为斜拉索的主要传力构造，可将斜拉索的集中应力安全通报到主塔柱全截面。
锚凝结构的选择与索塔布局、索塔造型、斜拉索支配、斜拉索施工及索力大小等诸多成分干系。

依据A公路斜拉桥斜拉索的构成形式及主塔构造，锚固可选用预应力锚固、钢锚梁及钢锚箱等形式，详细比选如下表4所示。

依据是那个表4中各锚固形式的综合比选，结合A公路斜拉桥的实际情形，选择钢锚梁和预应力锚固相结合的办法。
A公路斜拉桥单个主塔共有19对付斜拉索，个中1#～6#斜拉索与塔轴线的夹角较小，斜拉索索力相对较小，可将拉索直接锚固在主塔塔壁，在塔壁横桥及顺桥方向设置φ32预应力钢筋，将斜拉索水平分力在塔壁上产生的拉应力进行抵消;7#～19#斜拉索由于索力大，因此直接选用钢锚梁锚固形式。

为增强船只撞击抵抗力，减少水流对根本产生的拨流力，A公路斜拉桥主塔承台选用尖圆形(如下图1所示)。
承台厚度6.5m，底设2m厚的封底混凝土，横桥向43.8m，纵桥向宽23.4m，承台下设置2.8m钻孔贯注桩26根，依照嵌岩桩进行设计，桩端持力层为中风化含角砾凝灰岩。

表4 主塔拉索锚固办法比选 下载原图

图1 主塔根本承台示意图 下载原图

A公路斜拉桥主塔选用倒Y钻石形构造(如下图2所示)，主塔下塔柱选用单箱单室矩形截面，纵向与横向壁厚为120cm，高度为20m，横桥向宽度400～650cm，顺桥向宽度为700cm;中塔柱选用单箱单室矩形截面，横桥向壁厚为80cm，顺桥向壁厚120cm，外轮廓尺寸为700cm×400cm，高度为50.1m;上塔柱选用单箱双室矩形截面积，横桥向壁厚为80cm，顺桥向壁厚120cm，外轮廓尺寸为700cm×700cm，高度为49.9m，内壁壁厚70cm。

图2 主塔示意图 下载原图

A公路斜拉桥主塔横梁顶板、腹板及底板厚度为80cm，高度为450cm，宽度为650cm。
由于该桥下塔柱倾斜，横梁受到较大的水平拉力，因此在横梁中设置有15.2mm预应力钢纹线，详细如下图3所示。

图3 主塔横梁预应力支配示意图 下载原图

A公路斜拉桥单个主塔斜拉索共计19对，由上文2.4可知，1#～6#斜拉索力相对较小，拉索直接锚固在主塔塔壁，在塔壁横桥及顺桥方向设置32预应力钢筋，将斜拉索水平分力在塔壁上产生的拉应力进行抵消;7#～19#斜拉索由于索力大，墙壁直接锚固无法知足抗裂性哀求，因此选用钢锚梁锚固形式。
钢锚梁采取锚凝结构和受拉锚梁构成，各对斜拉索平衡水平力由锚固梁承受，不平衡水平分力经由剪力筋和预埋钢板通报到塔身，由主塔承受。
竖向分力经由牛腿通报到塔身，由主塔承受。
锚固梁共设置13对，每一对锚固一对斜拉索。

依据A公路斜拉桥所处的水文、地形、地质、气候、通航等条件，兼顾造型都雅，造价经济等条件，通过各种比选研究，该桥主塔终极选用钻石形塔，采取钢锚梁+预应力锚固相结合的办法，主塔根本采取2.8m的钻孔贯注桩。
不仅知足该工程实际需求，并设计都雅，降落了工程造价，取得了良好的设计效果。