北海市冯家江大桥总体设计

 羊太康

 (上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司，上海200437)

摘要：冯家江大桥为连接北海市银滩旅游区和规划行政中心的关键节点工程。全桥总长530m，其中主桥为弧形塔独塔斜拉桥结构，跨径组合为100 m+70 m。简要介绍大桥的项目概况、主要技术标准、总体设计、桥梁设计及关键技术研究等，以期借鉴参考。

关键词：冯家江大桥；弧形塔斜拉桥；独塔斜拉桥；总体设计

中图分类号：U448.27 文章编号：1004-4655( 2016) 03-0027-04

1工程概况

  冯家江大桥位于北海市海景大道跨江连接线上，是该区域内连接冯家江南北两岸的唯一通道。冯家江南北两岸的区域开发已经启动，冯家江大桥将贯通南北两侧海景大道，充分发挥海景大道的交通功能，促进周边地块开发，对北海城市发展起到至关重要的作用。大桥工程地理位置示意图见图1。

  冯家江大桥工程西起规划滨江路(K0-009.375)，向东北延伸，跨越冯家江后与已建海景

大道( K1+661.8)接顺，工程范围全长1 671.136 m，规划红线宽度36 m。其中冯家江大桥全长530 m。

  大桥主桥方案立意取自北海自古就是天然港口的特点，桥塔造型别致，犹如“扬帆起航的帆船”，迎着波涛汹涌的大海，一往直前。以“扬帆起航”为设计初衷，借由景观桥梁的打造，对北海的美好未来寄予厚望。冯家江大桥效果图见图2。

2主要技术标准

 道路等级：城市次干路。设计速度：40 km/h。荷载标准：城-A级。人群荷载按CJJ 11-2011《城市桥梁设计规范》取值。抗震设防标准：地震动峰值加速度0.05g，地震基本烈度6度。结构重要性系数为1.1；桥梁设计基准期为100 a；桥梁设计使用年限为100 a。通航标准：通航限界80 x8 m；最高通航水位按3.51 m考虑。耐久性设计条件：自然环境属于热带湿热区气候，桥址又处于海洋大气环境，属于Ⅲ类地区。

3主桥桥梁工程

3.1平面设计

 冯家江大桥桥位根据北海市城市规划局关于《海景大道冯家江大桥段红线图》中批复及《北海市冯家江大桥（海景大道段）研讨会专家意见》确定。

3.2桥梁立面设计

桥梁立面布置示意图见图3。

3.3桥梁横断面设计

 主桥桥面全宽33 m，布置：1.5 m（拉索区）+0.25 m（人行护栏）+3m（人行道）+11.5 m（车行道）+0.5 m（中央分隔墩）+11.5 m（车行道）+3 m（人行道）+ 0.25 m（人行护栏）+1.5 m（拉索区）=33 m。标准横断面布置图见图4。

3.4主桥总体布置

 大桥主桥为帆船造型独塔双索面斜拉桥，主桥全长170 m，桥面全宽33 m，设2%双向横坡；采用塔梁墩固结体系；主跨主梁采用P-K双箱梁断面，梁高2.5 m；斜拉索采用平行钢丝，采用扇形布置，拉索梁上索距主跨为6m，锚跨为6m、3m2种，主塔上索距2.25 m；主塔采用钢一混凝土组合结构，上塔柱为钢结构，下塔柱采用混凝土结构，桥塔纵向采用圆弧线形，横向直线内倾120。

3.5跨径比选

 本桥主孔跨径由通航宽度决定，根据《北海市冯家江大桥（海景大道段）研讨会专家意见》，冯家江通航限界按五级航道（双向通航，80 x8 m）设计。本桥主跨跨径确定为100 m；边跨跨径选取60 m、70 m、80 m3种边跨跨径进行计算比选，在综合考虑景观、造价、结构受力等因素后，边跨跨径确定为70 m。因此，本桥的主桥跨径组合为100 m+ 70 m。

3.6结构体系

 斜拉桥按照塔、梁、墩相互结合方式，可划分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁墩同结体系。本方案主跨跨径100 m，桥址区地震烈度不高，地震效应不明显；同时，拉索对主梁产生的不平衡水平力较大，且桥塔处主梁无索区较长，综合考虑各种结构体系的优缺点，结合本方案的结构受力特点，设计采用塔梁墩同结体系，主梁在两边墩处设置活动支座，并在边跨部分区域设置压重。

3.7主梁

 斜拉桥常见的主梁结构形式有钢梁、混凝土梁、钢混叠合梁、钢混组合梁。考虑到本桥跨径仅为100 m，从经济性角度出发，本桥选择采用混凝土主梁。混凝土主梁主要有π形梁、整体式箱梁、P-K双箱梁3种截面形式。

形梁自重较轻，但抗弯刚度和抗扭均较小，适用于对主梁刚度要求较小的小跨径斜拉桥；整体式箱梁抗弯刚度和抗扭均较大，自重较大；P-K双箱梁综合2种结构的优势，自重和刚度均有较大优势。通过综合比较，考虑整体景观效果，本桥主梁主跨断面采用P-K双箱梁截面，由于本桥为不等跨斜拉桥，考虑到压重及刚度因素，边跨大部分断面采用整体式箱梁。

 主梁采用海T C55混凝土，梁中心线处梁高2.5 m，全宽为33 m（含两侧1.5 m拉索区），桥面设2.0%双向横坡，顶板厚28 cm，底板厚25 cm。在斜拉索锚同位置均设置内横梁，内横梁与纵梁等高，为2.5 m，马蹄结构，腹板厚40 cm；在主塔处设置中横梁，中横梁与主塔下横梁固结；在两边墩位置处设置端横梁，端横梁高2.5 m，宽1.5 m。

 主梁采用纵、横双向预应力体系。纵、横向预应力束采用中、15.2钢绞线，标准强度fpk=1 860 M Pa，塑料波纹管制孔，群锚锚固。

3.8斜拉索

 1)斜拉索的布置方式。采用扇形布置，在横桥向为双索面布置。

 2)斜拉索的布置间距。拉索布置间距一般≤8m，常见的间距为5m、6m、7m。本次设计分别对几种布置间距进行计算分析比选，综合考虑全桥整体受力、横梁受力、桥面板受力等因素，确定主跨斜拉索的布置间距为6m。边跨在压重区拉索布置间距为3m，其余部分为6m。斜拉索在塔上的布置间距主要受塔本身构造以及张拉空间等因素的制约，斜拉索塔上布置间距为2.25 m。

 斜拉索上端锚固于钢塔柱上，下端锚固于主梁底的锚块上，鉴于主塔尺寸的限制，本次拉索张拉端设置在主梁侧。全桥共52根索。

3.9主塔

 主塔是斜拉桥的主构要素，其高耸的形象引人注目，起着象征、标志的作用，是桥梁景观中最重要的因素。

 1)塔型。主塔的造型出于对景观的考虑，横桥向采用改进的A字形桥塔；顺桥向采用弧线型的结构形状，充分体现“扬帆起航”寓意。

 2)塔的结构形式。桥塔上塔柱呈曲线后仰式，立面呈帆船造型，为适应塔型在受力和制作上的要求及桥位处的海水环境，塔柱设计为钢一混凝土混合结构，上塔柱为钢结构，下塔柱为钢筋混凝土结构，上下塔柱之间采用钢混接头过渡。

 3)主塔构造。出于对景观的考虑，本桥桥塔总高72.816 m，其中桥面以上（上塔柱）高

57.201 m，桥面以下（下塔柱）高15.616 m。桥塔在横桥向内倾120。

 钢塔主体材质为Q345qC。钢塔柱截面采用单箱三室结构，上部标准截面尺寸为4.4 m×3.3 m，并设置0.4 m×0.3 m倒角，截面尺寸在横桥向保持不变、顺桥向由上至下逐渐加宽至钢混结合段处，钢混结合段处钢塔柱截面尺寸为8.17 m×3.3 m。主桥上塔柱钢结构断面示意图见图5。

  混凝土下塔柱为C50混凝土浇筑而成。自上而下截面尺寸由8.17 m×3.3 m增加到11 m×

5m。结构采用空心矩形变截面，塔梁墩固结处为实心断面。在下塔柱顶部，设置C50预应力混凝土横系梁一道，梁底为弧形，跨中高5m。

3.10主桥下部结构

 主桥由于采用塔梁墩固结体系，主塔下半段即为实际意义上的桥墩。为了承担上部结构下传竖向荷载及水平荷载，主塔基础采用大体积承台+群桩基础的结构形式。主塔基础采用分离式承台，每根塔柱下设置15根ф2.2 m钻孔注桩，桩中心距5.7 m，持力层为第(12)含砾粗砂层，桩长85 m，承台平面尺寸为26.8 m×15.4 m，厚5.5 m。两承台间设置系梁，以抵抗上部结构传下来的水平力。主塔承台基础布置示意图见图6。

4关键技术研究

4.1大桥计算分析

 总体静力分析采用MIDAS/Civil程序进行空间计算。结构模型立面示意图见图7。

 1)边界条件。结构体系采用塔梁固结体系；两侧的边支座仅提供竖向支承；主塔底部全固结。

 2)计算主要步骤。支架施工主塔、主梁、横梁、桥面系，施工完毕后张拉吊杆力；运营计算。

 3)计算结论。总体静力分析结果表明，主梁强度、刚度满足规范要求；钢塔柱应力水平满足规范要求；斜拉索索力均匀，索应力满足规范要求。静力稳定性分析结果表明，稳定安全系数均>4，满足规范要求，静力稳定性是安全的。结构静力抗风分析结果表明，桥梁颤振临界风速大于颤振检验风速，颤振稳定性满足规范要求，是安全的。结构自振特性结果表明，结构刚度和质量分布合理；结构在地震作用下，桩基、桥墩强度均满足规范要求。

4.2海洋环境下桥梁结构的耐久性设计

4.2,1混凝土耐久性设计

 本桥主要受力构件为梁、塔、墩、柱、台、桩基，均采用海工混凝土配制方式。在不同的部位，进一步采用不同的防腐措施：混凝土加阻锈剂，混凝土涂防腐涂层以及采用环氧涂层钢筋等措施。具体部位采用的措施组合见表1。  

水中区塔身标高+5.000 m以下浪溅区及水位变动区的混凝土表面采用表湿区涂装方案，标高+5.000 m以上墩身表面采用表干区涂装方案（见表2、表3）。

4.2.2钢结构的耐久性设计

 由于塔身钢结构所处的环境条件、工作条件和涂装维修的难易程度各不相同。本桥采用防腐涂装结合除湿机的方式提高结构的耐久性。

 本桥涂装面积大，维修工作量大且工作条件恶劣，养护成本非常高，首选耐腐蚀寿命长的方案，降低维护费用。钢结构防腐涂装见表4。

5结语

 冯家江大桥地处冯家江人海口，西南侧即是北海著名的银滩旅游度假区。冯家江大桥的建设将对周边建筑景观的提升起到关键的作用。为实现“扬帆起航”的造型效果，大桥的主塔造型为弧形的钢结构塔，给设计造成一定的难度，同时，大桥的滨海环境也给结构的耐久性提出严峻考验。通过整个团队的努力，大桥的诸多技术问题都得到很好的解决，希望本桥的设计可为同行们提供一定的参考。