武汉阳逻长江公路大桥方案设计

武汉阳逻长江公路大桥方案设计

徐国平（中交公路规划设计院）

摘要：本文介绍了武汉阳逻长江公路大桥的方案构思和方案设计，提出了适合本桥建设条件的三塔悬索桥、单跨悬索桥和三塔斜拉桥三个桥型方案，重点对三塔悬索桥方案的难点及要点进行了研究。

关键词：武汉阳逻大桥方案设计

一、概况

武汉阳逻长江公路大桥是武汉绕城公路东北段跨越长江的重点工程，并与京珠、沪蓉国道主干线共同构成湖北省“四纵二横一环”公路主骨架的“一环”。桥址位于武汉市城区东北，在武汉长江二桥下游27km处，大桥北岸为武汉市新洲区阳逻镇，南岸为武汉市洪山区。

桥址北岸为自然岸坡，南岸为人工堤防(武惠堤)，常水位时江面宽约1000～1100m，河床深槽偏于北岸。两岸大堤间的距离约为1400～1500m。南大堤顶面高程29.4m(黄海高程，以下同)，地面高程一般在18～23m之间，属长江Ⅰ级阶地。

南、北两岸下伏基岩均为泥质胶结砂岩，岩面自北向南除距北岸约600m处发生急剧下降外，其余均平缓下降。北岸岸坡岩面裸露，南岸覆盖层由粘土、粉砂层和卵石质土层组成，基岩埋深约60sm。桥位区地震烈度为Ⅵ度。

工程总长10km，其中桥梁长度约2330m，接线长度约7670m。工程计划于2001～2002年开工，总工期48个月。

二、主要技术指标

本桥为双向四车道高速公路特大桥，桥面净宽28m。计算行车速度12Okm/h。计算荷载为汽车－超20级、挂车－120。桥位区20m高度处重现期100年10分钟平均最大风速为27.6m/s。设计最高通航水位25.24m，设计最低通航水位

9.17m。桥下通航净高为设计最高通航水位以上大于24m，通航净宽为双向通航不小于425m、单向通航不小于230m。桥面最大纵坡3%，桥面横坡2%。

三、桥型方案的构思

1、桥型方案构思的基本原则

(1)本桥建成后将成为武汉市东北第一大门，同时桥梁作为不可再生的人造资源，桥型方案的构思既要考虑与武汉市古老的风景名胜相衬托，又要与长江、汉江上数座大桥相映成趣，避免结构型式的重复。

(2)本桥是跨越长江的宏伟工程，规模大投资多，桥型方案的选择应认真贯彻适用、安全、经济、美观的设计方针。

(3)为了及时发挥武汉东北绕城高速公路的经济效益，本桥应在近期开工建

设，设计施工周期很短。因此，在满足桥梁使用功能的基础上，尽量使用成熟可靠的桥型结构及新技术、新工艺和新材料，增加桥梁方案的科技含量，降低工程造价，加快施工速度，减少施工风险。

(4)桥型方案选择时，除了应满足行车安全外，还必须保证满足地质、水文、通航、防洪等诸多方面的要求。特别是悬索桥锚陡基础方案应充分考虑长江大堤防洪的要求。

(5)为了较好地满足待建的阳逻军用机场的使用要求，在构思桥型方案、桥跨布置时，应满足航空限高190m的要求。

(6)桥型布置应尽量将主墩避开深槽区及地质断层，减少船舶撞击主墩的机率及对上下游港口、码头等设施的影响。

2、桥型方案的构思

根据桥位区的地形、地质、河势、水文、通航、防洪、航空等方面的要求以及上述基本原则，本桥选择了斜拉桥、悬索桥和斜拉一悬索组合桥三种结构体系的桥梁。针对三种体系桥梁的特点，结合桥位区的建设条件，提出了主跨为

660m+660m三塔两跨悬索桥和主跨为1176m单跨悬索桥二个悬索桥方案、跨径布置为70m+70m+485m+485m+70m+70m三塔混合梁斜拉桥方案及跨径布置为

270m+1176m+456m跨中悬吊部分为600m的斜拉－悬索组合桥方案。

斜拉－悬吊组合桥可以减少主缆缆力，缩小锚碇规模。但根据结构分析计算，该方案与同跨径悬索桥相比，缆力仅减少约25%，效果不明显，却存在斜拉-悬吊交界处刚度不匹配吊索疲劳以及设计、施工技术不成熟等缺点，因此在方案选择中放弃了斜拉-悬吊组合桥方案。

四、桥型方案设计

1、主跨660m+660m三塔悬索桥方案

三塔悬索桥方案布跨为260m+660m+660m+295m，边中跨比分别为0.394和0.447，桥型布置详见图1。为了减小主缆缆力及中塔塔顶的水平力，适当增加索塔高度，主缆矢跨比采用1:9。两个主缆横桥向间距为29.5m，每根主缆直径为548mm，由70束127丝直径为5.2mm的平行渡锌钢丝组成，钢丝的设计强度为1670MPa。为了防止主缆在中塔塔顶发生滑移，其中9束127丝直径为5.2mm 的平行渡锌钢丝锚固在中塔塔顶的主鞍上，在中塔锚固的9束索股的安全系数为2.5，其余主缆索股的安全系数达到3.1。吊杆采用平行镀锌钢丝制成，顺桥向吊杆间距为16m。

图1 三塔悬索桥方案(尺寸单位：m)

主梁采用封闭式流线形钢箱梁结构，梁高3m，钢箱梁宽度为31.5m，采用

Q345-D材质。全桥钢箱梁总长为1316m，共分87个梁段，标准梁段长度为l6m。钢箱梁全桥连续，在中塔处不设竖向支座以改善受力条件。

三个索塔均采用钻孔灌注桩基础。中塔为了承受活载产生的塔顶水平力(约为3OMN)，在顺桥方向设置成A形。三个索塔均为门形框架式钢筋混凝土索塔。为了增加全桥景观效果和主缆在中塔塔顶的抗滑能力，中塔比边塔高lOm。

北锚碇采用扩大基础重力式锚，南锚基础选择了地下连续墙、桩基础、冷冻壁加排桩及沉井等方案作比较。锚身采用框架式重力锚。

为了提高三塔悬索桥的整体刚度，设计计算时采取了如下措施：

①中塔在顺桥方向采用A字形，通过计算该措施效果十分明显，但由于中塔刚度大，塔顶两侧主缆不平衡的水平力较大，中塔塔顶主索鞍必须采取主缆抗滑措施；

②在三个索塔塔顶之间设置水平索，水平索矢跨比采用l:90，计算表明设置水平索能增加全桥刚度，减小中塔塔顶不平衡水平力约25%，但由于水平索受温度影响大，施工困难讲且影响全桥的景观效果；

③在主跨跨中设置中央扣，对提高全桥刚度效果甚微，同时设置中央扣难于克服温度的影响；

④在中塔处将主梁和索塔进行固结处理，对改善全桥刚度效果甚微，构造处理有一定的难度；

⑤采用不同矢跨比的两根缆，两根缆之间采用刚性杆连接，以增加主缆的抗弯刚度。但施工架设困难，景观效果较差。通过综合比较，本桥型方案将中塔在顺桥向设置成A字形来满足全桥的整体刚度。

本桥型方案由于跨径较小，减小了主缆缆力及锚淀规模，从而降低了南锚基础施工对长江大堤防洪的影响。另外，其综合造价低于一跨过江的单跨悬索桥。但该方案应重点解决：①主缆在中塔顶鞍座中的滑移；②跨中短吊索的疲劳问题；

③中塔的防船撞及南锚基础设计。

2、主跨1176m单跨悬索桥方案

该桥型方案跨径布置为270m+1176m+456m，边中跨比分别为0.230和0.388。桥型布置图详见图2。主缆矢跨比采用1:10，横桥向两根主缆间距为29.5m，每根主缆直径为724.2mm，由127束127丝直径为5.lmm的平行镀锌钢丝组成，钢丝的设计强度为1670MPa。主缆索股的安全系数为2.5。吊杆、钢箱梁、索塔及锚碇方案基本与三塔悬索桥方案相同。

本方案由于南锚基础规模大，施工及防洪风险性较大。桥梁综合造价高。

图2 单跨悬索桥方案(尺寸单位：m)