1 .概況
海河大橋位于天津市塘沽區(qū)海河入?？冢L(zhǎng)2650m，主橋主跨采用310m獨(dú)塔混合梁斜拉橋（圖1）。
圖1 海河大橋全景
橋址處屬軟弱地基地表層下有一層很厚的游泥層，巖層深埋于地下在標(biāo)高-60m在一層9～15m的飽和粘土層可作為樁尖持力層。氣候?qū)儆跍嘏瘞О霛駶?rùn)大陸型季風(fēng)氣候，多年平均氣溫12.03℃，七月平均氣溫26℃，一月平均氣溫-4.6℃，年極端最高氣溫40.3℃，年極端最低氣溫-20.3℃。多年平均降水量602.9mm，最大日降水量191.5mm。極端最大風(fēng)速33m/s。
大橋采用四車道城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，橋面寬23.0m；設(shè)計(jì)速度80Km/h ；航道凈寬≥220m，凈高31.5m（一線船閘）和37.5米（復(fù)線船閘）；地震，基本烈度7度，按8度設(shè)防。
2 主橋結(jié)構(gòu)
本橋處于強(qiáng)震區(qū)，主跨跨徑達(dá)310米，采用獨(dú)塔混合梁斜拉橋是一種較合理的選擇，它充分利用并發(fā)揮混凝土和鋼結(jié)構(gòu)兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，即主跨鋼主梁可發(fā)揮其自重輕、結(jié)構(gòu)跨越能力強(qiáng)的特點(diǎn)，滿足本橋大跨徑的客觀需要；邊跨混凝土主梁可充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)剛度大的特點(diǎn)，主動(dòng)參與結(jié)構(gòu)受力，提高全橋整體剛度，改善結(jié)構(gòu)受力性能，同時(shí)滿足邊跨壓重需要；此外邊跨采用混凝土主梁可大大減少全橋鋼材用量，經(jīng)濟(jì)性能好。
?。?）總體布置
主橋?yàn)楠?dú)塔雙索面混合梁斜拉橋（圖2），全長(zhǎng)500m，由310m主跨和190m邊跨組成，其中邊跨190m又分為3×48m+46m四個(gè)小跨，大橋位于半徑5000m的豎曲線上，南、北縱坡分別為3.2％和3.8％。主梁為分離式雙箱單室結(jié)構(gòu)，梁高3.0m，除主跨靠近主塔20m及邊跨190m范圍內(nèi)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁外，其余290m均為鋼箱梁。主塔采用“鉆石”型混凝土結(jié)構(gòu)，塔高167.3m，塔墩基礎(chǔ)采用直徑1.5m鉆孔灌注樁。斜拉索采用鍍鋅平行高強(qiáng)鋼絲束，鋼箱梁索距16m，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁索距8m，塔前20m、塔后48m為無(wú)索區(qū)。
圖2 總體布置（單位：cm）
?。?）結(jié)構(gòu)體系
與常規(guī)橋梁支承體系有所區(qū)別，本橋處于強(qiáng)震區(qū)，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有利于改善結(jié)構(gòu)抗震性能。本橋除主塔處設(shè)置抗震固定支座外，各輔助墩均采用雙向活動(dòng)支座，以釋放地震荷載。為了抵抗橫橋向水平荷載，在主塔塔柱內(nèi)側(cè)與主梁交叉處設(shè)橫向水平限位支座，在24、28號(hào)邊墩墩頂設(shè)有橫向抗震擋塊。
?。?）主塔
良好的抗風(fēng)抗震性能，選擇A字形具有空間穩(wěn)定幾何形態(tài)的框架結(jié)構(gòu)，橋面以下塔柱內(nèi)收形成鉆石型，可有效減小基礎(chǔ)規(guī)模，主塔塔柱及橫梁均采用箱形截面，以減輕結(jié)構(gòu)自重，改善結(jié)構(gòu)抗震性能。本橋 “鉆石”型主塔塔高167.3m，其中橋面以上高126m，塔高與跨度之比為1/2.46。塔柱間設(shè)置上、下兩道橫梁，下橫梁位于下塔柱與中塔柱交接處，主要承受兩反向斜柱引起的拉力，并為主梁提供支撐效應(yīng)；中橫梁將橋面以上塔柱等分為兩部分，一方面減小塔柱自由長(zhǎng)度，另一方面增強(qiáng)主塔整體剛度(圖3)。
圖3 主塔結(jié)構(gòu)圖
主塔順橋向尺寸從塔頂6m漸變至中塔柱根部8m，并等寬至下塔柱根部；橫橋向尺寸從塔頂3m漸變至中塔柱根部4.35m，隨之漸變至下塔柱根部7m。上塔柱壁厚順橋向0.6m，橫橋向1.5m；中塔柱壁厚均為0.6m；下塔柱壁厚均為1.2m。在塔柱截面變化區(qū)段對(duì)截面均進(jìn)行了局部加強(qiáng)。塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上下橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。斜拉索錨固在上塔柱內(nèi)壁的鋸齒塊上，錨固點(diǎn)偏離塔柱中心線，錨管出口位于塔柱中心線上。為平衡斜拉索水平分力在塔柱截面產(chǎn)生的拉力，在斜拉索錨固區(qū)塔柱截面四周設(shè)置了井字型預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。塔柱采用爬模施工，上、下橫梁采用膺架法施工。為避免傾斜塔柱施工過(guò)程中自重引起混凝土表面開(kāi)裂，施工期間，在中塔柱范圍內(nèi)設(shè)置四道水平對(duì)撐構(gòu)架，上塔柱范圍內(nèi)設(shè)置三道水平對(duì)撐構(gòu)架，其支撐剛度由計(jì)算確定。
?。?）主梁
主梁為鋼與混凝土混合梁，其中邊跨190m及主跨靠近主塔附近20m為混凝土箱梁外，其余290m均為鋼箱梁。設(shè)計(jì)階段，對(duì)主梁截面進(jìn)行了多方案比選，整體式單箱截面在邊跨距梁端一定范圍內(nèi)，主梁底板易出現(xiàn)縱、橫向壓力作用不到的盲區(qū)而易造成底板開(kāi)裂，分離式雙箱單室截面的兩分離式邊箱通過(guò)橫梁連成整體，其橫橋向受力由橫梁?jiǎn)为?dú)承擔(dān)，簡(jiǎn)捷明了，只要在橫梁截面內(nèi)配置足夠橫向預(yù)應(yīng)力筋來(lái)抵抗橫橋向拉力即可，安全可靠，故本橋主梁采用分離式雙箱單室結(jié)構(gòu)。
1）鋼箱梁
鋼梁全長(zhǎng)290m，頂面寬24.2m（含兩側(cè)風(fēng)嘴），橋梁中線處梁高3.0m，兩側(cè)風(fēng)嘴處梁高1.0m。鋼梁采用正交異性鋼橋面板分離式雙箱單室結(jié)構(gòu)（圖4），材質(zhì)為16Mnq，標(biāo)準(zhǔn)截面頂板厚14mm，底板及內(nèi)腹板厚均為12mm，外腹板厚24mm，U型加勁肋板厚6mm。箱梁每隔3.2m設(shè)一道橫梁，有索橫梁為實(shí)腹式結(jié)構(gòu)，無(wú)索橫梁位于箱體內(nèi)部分采用空腹結(jié)構(gòu)，以改善箱內(nèi)作業(yè)環(huán)境。全橋鋼箱梁縱橋向共分20個(gè)節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)16m，起吊重量1600KN（全橋最大起吊重量1900KN），在工廠全部焊接制作，運(yùn)至工地懸臂拼裝時(shí)橋面板采用焊接，腹板、底板及U加勁肋等均采用高強(qiáng)度螺栓連接，從而使鋼橋面板的剛度盡量保持一致，改善了行車條件。
圖4 鋼箱梁
本橋鋼箱梁的主要特點(diǎn)是將斜拉索錨管嵌在箱梁外腹板中，這不僅細(xì)節(jié)構(gòu)造簡(jiǎn)單，而且傳力直接。為了適應(yīng)斜拉索橫向角度的需要，將錨管設(shè)計(jì)成兩節(jié)，在橋面處用法欄盤連接。
2） 預(yù)應(yīng)力混凝土主梁
預(yù)應(yīng)力混凝土主梁長(zhǎng)210m，C50混凝土，為兩分離的單箱單室箱形截面（圖5），截面外形尺寸與鋼箱梁保持一致，頂板厚25cm，底板厚40cm，內(nèi)腹板厚50cm，外腹板厚75～133.5cm。為了提高箱梁的整體剛度，每4m設(shè)置一道橫梁，墩頂橫梁厚1~2m，主塔前后無(wú)索區(qū)橫梁厚20cm，其余橫梁厚均為30cm。
圖5 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁
主梁為雙向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力采用φ32mm預(yù)應(yīng)力精軋螺紋粗鋼筋和9-7φ5鋼絞線，前者貫穿主梁全長(zhǎng)，配合主梁逐段施工張拉錨固邊接長(zhǎng)，后者根據(jù)主梁受力需要布置在主塔下橫梁頂部負(fù)彎距區(qū)和各跨跨中正彎距區(qū)段的主梁截面內(nèi)。橫梁預(yù)應(yīng)力束主要用以抵抗主梁橫向彎距，根據(jù)各橫梁的內(nèi)力大小進(jìn)行配置，滿足橫向受力需要。邊跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用滿布膺架法現(xiàn)澆施工。
3）結(jié)合段構(gòu)造
結(jié)合段長(zhǎng)4.8m，結(jié)合面以外部分長(zhǎng)3.2m，其構(gòu)造與鋼箱梁基本相同，但根據(jù)受力需要對(duì)板件進(jìn)行了加厚，且在U肋下增設(shè)T肋，以實(shí)現(xiàn)主梁剛度的平順過(guò)渡；結(jié)合面另一側(cè)1.6m長(zhǎng)的鋼箱梁外殼包裹在混凝土箱梁外，兩者通過(guò)剪力釘及接頭預(yù)應(yīng)力粗鋼筋結(jié)合成整體，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的可靠傳遞。結(jié)合段鋼箱梁橋面板厚18mm，底板厚20mm，外腹板厚24mm，內(nèi)腹板厚14mm。節(jié)段設(shè)一道普通橫隔板和一道結(jié)合面隔板，間距2.4m。
圖6 結(jié)合段結(jié)構(gòu)圖
4）斜拉索
斜拉索采用φ7鍍鋅高強(qiáng)鋼絲束斜拉索，扇形布置，Rby=1670MPa，雙層護(hù)套防護(hù)，內(nèi)層為黑色高密度聚乙烯，外層為淺灰色高密度聚乙烯。全橋斜拉索有55φ7、85φ7、109φ7、121φ7、139φ7、163φ7、199φ7、253φ7等8種類型，合計(jì)36對(duì)72根斜拉索，最長(zhǎng)斜拉索319.5m，單根重量165KN。
5）塔墩基礎(chǔ)
主塔墩設(shè)在香蕉島上，塔墩基礎(chǔ)采用鉆孔摩擦群樁基礎(chǔ)，共布置96根直徑1.5m鉆孔樁，樁長(zhǎng)68m。塔墩承臺(tái)為整體式鋼筋混凝土矩形承臺(tái)，平面尺寸為46.5×34.5m，厚5.0m。
6）施工監(jiān)控
主塔施工期間，全長(zhǎng)210m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用滿布膺架法同期進(jìn)行現(xiàn)澆施工，即可縮短工期，又使主跨鋼箱梁架設(shè)變?yōu)閱螒冶燮囱b施工，大大降低施工風(fēng)險(xiǎn)，工程質(zhì)量易于保證。
主梁是通過(guò)控制安裝過(guò)程中斜拉橋結(jié)構(gòu)各構(gòu)件單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和無(wú)應(yīng)力曲率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)成橋目標(biāo)的逐步逼近。在鋼梁架設(shè)過(guò)程中，除前7對(duì)斜拉索采取“二拉到位”外，剩余各對(duì)斜拉索均采取“一拉到位”。
竣工后，主梁實(shí)測(cè)線型最大偏差為2.8cm，全橋邊主跨索力實(shí)測(cè)誤差為0.20%和0.06%，全橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)相當(dāng)吻合，內(nèi)力與線型控制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)（圖7）。
圖7 主橋貫通
3 主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
（1）獨(dú)塔雙索面混合梁斜拉橋，主跨310m，國(guó)內(nèi)首次采用，結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)性好。
（2）鋼箱梁節(jié)段內(nèi)各板件全部采用焊接連接，工地安裝時(shí)橋面板采用焊接，腹板和底板用高強(qiáng)度螺栓連接。該連接方式安全可靠，定位準(zhǔn)確，并使鋼橋面板的剛度保持一致。
圖8 大橋夜景
?。?）主梁采用帶風(fēng)嘴的分離式雙箱單室、混合梁結(jié)構(gòu)型式，受力合理，經(jīng)濟(jì)性好，抗風(fēng)性能優(yōu)越，具有較好的推廣價(jià)值。
?。?）斜拉索下錨點(diǎn)作用力大，是斜拉橋設(shè)計(jì)的重要細(xì)節(jié)，本橋采用錨管嵌入鋼箱梁外腹板的錨固方式，受力直接，構(gòu)造簡(jiǎn)單，同時(shí)將斜拉索出口導(dǎo)管分離為兩段式設(shè)計(jì)，成功解決了斜拉索在管口偏移的問(wèn)題，為以后同類橋梁設(shè)計(jì)提供有益的技術(shù)支持。
?。?）本橋抗震按8度設(shè)防，屬于強(qiáng)震區(qū)，與常規(guī)橋梁支承體系有所區(qū)別，本橋除主塔處設(shè)置抗震支座外，各輔助墩均采用雙向活動(dòng)支座，以釋放地震荷載。該設(shè)計(jì)構(gòu)思巧妙、效果顯著，具有一定的借鑒作用。
?。?）結(jié)合建橋條件，因地制宜，邊跨混凝土主梁采用支架法施工，使主梁與主塔可同期施工，既降低了施工難度，又縮短了工期，節(jié)省投資，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。
?。?）主跨310m長(zhǎng)的主梁全部采用懸臂法架設(shè)，突破了在主跨邊墩搭設(shè)墩旁膺架進(jìn)行主梁合龍的施工方法，施工便捷，主梁線形準(zhǔn)確，推動(dòng)斜拉橋施工控制技術(shù)進(jìn)步。
4 有關(guān)資料
橋名：天津塘沽海河大橋
橋型：獨(dú)塔雙索面混合梁斜拉橋
跨徑：310m
橋址：天津市塘沽區(qū)
設(shè)計(jì)單位：中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司
施工單位：上海市基礎(chǔ)工程公司
中鐵山橋股份有限公司
上海浦江纜索有限公司
混凝土用量：42880.2m3
鋼材用量：75175KN
造價(jià)：1.2億元
建成日期：2002年5月1日
