1 概況
汕頭礐石大橋位于汕頭市西南部，全長2941m，主橋主跨首次在國內(nèi)采用，518m混合梁斜拉橋（圖1）。
橋位處海面寬1500m，主航道深槽偏南，水深流急，屬不正規(guī)的半日混合潮地區(qū)，最大潮差3.99m，最大潮速2.05m/s?；鶐r為花崗巖，覆蓋層由淤泥和殘積土層組成。
大橋采用六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度60km/h；橋面寬度30.35m；通航標(biāo)準(zhǔn)：凈寬2×200m，凈高38m。設(shè)計基本風(fēng)速V10 ＝42m/s；地震基本烈度8度，基巖加速度為0.2229g；極端最高氣溫38.6℃、最低氣溫0.4℃，相對濕度82～88％。
圖1 汕頭礐石 大橋全景
2 主橋結(jié)構(gòu)
主橋采用功×47+100+518+100+2×47=906m雙塔雙索面混合梁斜拉橋。主跨518m加兩個側(cè)邊跨各100m，長718m采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁上索距12m。兩端接兩孔47m的錨跨，梁上索距7米，采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的混合結(jié)構(gòu)（圖2）。
圖2 主橋立面
?。?） 主塔及基礎(chǔ)
兩座主塔在承臺頂面以上148m，為鋼筋混凝土鉆石型結(jié)構(gòu)（圖3、圖4）。橋面以上部分為A型剛構(gòu)，塔柱為矩形空心截面，順橋向塔頂寬度6m，變至塔底8m。基礎(chǔ)為16根直徑2.5m的鉆孔灌注樁組成的高樁承臺結(jié)構(gòu)。樁長19~44m。承臺的平面呈工字形，采用由三個無底套鋼箱加以組合的工藝，構(gòu)筑成整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。北主塔處的水下基巖在基礎(chǔ)范圍內(nèi)峰壑起伏，樁位間高差達(dá)10～15m，為了解決各樁之間長短懸殊造成在結(jié)構(gòu)受力上的困難和對高塔的不利影響，本橋采取了進(jìn)行水下控爆作業(yè)， 將巖面予以適當(dāng)?shù)南髌?，給大型橋梁深水基礎(chǔ)施工開了一個先例。
圖3 主塔立面圖
?。?） 主梁設(shè)計
1）主梁截面
鋼箱梁截面中心高度3.0m，由兩個邊箱、中間板塊和單獨(dú)的風(fēng)嘴塊共5件組成（圖5），除頂部橋面板采用縱向?qū)雍竿?，其余梁段和板塊間均用高強(qiáng)度螺栓連接。橋面板與邊箱底板采用U型閉口肋加勁，腹板等采用板肋加強(qiáng)。在縱向每3m設(shè)一道橫肋，索點(diǎn)橫梁與普通橫梁按相距6m間隔排列。鋼箱梁在車間進(jìn)行全截面組裝成長12m的節(jié)段出廠，一個標(biāo)準(zhǔn)段重約150 t。位于豎曲線的梁段通過調(diào)整接縫間隙形成主梁線形。兩端的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁截面外輪廓尺寸與鋼箱梁基本一致。在縱向每隔7m設(shè)一道橫隔梁。兩邊箱之間的橋面板中心設(shè)一道小縱梁予以加強(qiáng)。
圖4 南側(cè)主塔中塔柱施工
圖5 主梁橫截面圖
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鋼箱梁與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的連接接頭（圖6），設(shè)在距輔助墩頂1.5m處。是因?yàn)樵撎幹髁旱淖兾恍∫约笆┕すに嚭唵危|(zhì)量易于保證。雖彎矩稍大，是可以通過結(jié)構(gòu)措施得以解決的。接頭放在混凝土箱梁的端部橫隔梁處，兩種結(jié)構(gòu)的構(gòu)件以該處輔助墩上的支座中心線為界相互交叉。鋼箱梁套在混凝土箱梁的外面，鋼箱梁上下翼緣板通過抗剪焊釘與包覆的混凝土梁體牢固結(jié)合，并利用混凝土箱梁內(nèi)的縱向預(yù)應(yīng)力束，錨固在鋼箱梁的端隔板上，形成主梁彎曲應(yīng)力的傳遞。端隔板緊貼在混凝土橫隔梁的端面上，主梁的縱向壓應(yīng)力得以傳遞。梁中的剪應(yīng)力通過端面的抗剪焊釘?shù)玫絺鬟f。又通過焊接在鋼箱梁上下翼緣板U肋頂面上的T形肋逐漸變高，以及梁體的嵌套和錨固作用，形成主梁剛度的過渡，使主梁的剛度驟變得到緩解。本接頭方案曾采用1：2的模型測試驗(yàn)證其可靠性。
圖6 鋼箱梁與混凝土接頭圖
3）管錨結(jié)構(gòu)
斜拉索在鋼箱梁上的錨固采用受力直接的管結(jié)構(gòu)方案（圖7）。在鋼箱梁的邊腹板中嵌入無縫鋼管，利用焊接將斷開的腹板與鋼管焊為一體。為了減輕由腹板傳遞的縱向軸力對鋼管造成的徑向擠壓和鋼管穿過上下翼緣板對截面的削弱，采取在一定范圍內(nèi)將翼緣板加厚以增強(qiáng)其局部傳力的截面剛度，使腹板中傳遞的縱向力盡量降低。為了摸清斜索拉力通過鋼管及腹板的復(fù)雜傳力情況，經(jīng)采用1：2的模型通過多工況的測試，證實(shí)了鋼箱梁采用嵌入腹板的管錨結(jié)構(gòu)，只要細(xì)節(jié)合理是完全具有可靠的安全度的。
圖7 管錨結(jié)構(gòu)圖
4）主梁的成橋約束
主梁在兩座主塔及6座邊墩上均為豎向支承。水平抗風(fēng)支承只在兩座主塔和尾端墩上設(shè)置。縱向約束采取在兩座主塔的前后設(shè)彈性水平拉索予以控制，拉索中給以適當(dāng)?shù)某鯊埩?，以不出現(xiàn)松垂為原則。彈性索截面的極限強(qiáng)度的選定，以在發(fā)生相當(dāng)于抗震設(shè)計的地震烈度時可以破斷為準(zhǔn)。
圖8 南側(cè)鋼箱梁邊跨合攏
5）主梁合攏措施
主梁在分段吊裝架設(shè)中，有三次的合攏作業(yè)（圖8）。第一、二次為經(jīng)雙懸臂拼裝在邊跨鋼箱梁與混凝土箱梁端部伸出的鋼接頭進(jìn)行合攏。在施工安排中于兩座主塔的前后布置一對可操縱的水平千斤頂對鋼箱梁進(jìn)行縱向鎖定，合攏時利用千斤頂對合攏間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)。第三次則為主跨跨中的全橋合攏。是準(zhǔn)確測量合攏口間隙后，配切鋼箱梁合攏段的長度，等待合適的溫度進(jìn)行合攏的。
?。?）斜拉索設(shè)計
1）斜拉索結(jié)構(gòu)
斜拉橋向大跨度發(fā)展，首要的條件是應(yīng)改革當(dāng)前習(xí)用的廠制成品索的結(jié)構(gòu)方案。近年國外較為流行的采用全封閉鍍鋅平行鋼絞線組成，配以夾片群錨的新一代斜拉索體系，便是一種具有施工簡易、張拉輕便和有四層防護(hù)的新構(gòu)造。國內(nèi)已在幾座不大的斜拉橋上采用平行鋼絞線斜拉索的嘗試，但在理念上只是將預(yù)應(yīng)力群錨體系加以移植，似乎沒有顧及到斜拉索在橋上是處于低應(yīng)力張拉的不穩(wěn)定狀態(tài)這樣一種受力特點(diǎn)。本橋在設(shè)計中，著眼于對技術(shù)進(jìn)步的推動，在吸取國外已有的斜拉索結(jié)構(gòu)方式的啟示下，研制成功OVM250型斜拉索體系，應(yīng)用于本工程之中。
國際上該種斜拉索出現(xiàn)有兩種不同的錨固方式。一種是無粘結(jié)式，它便于復(fù)測索拉力和單根抽換鋼絞線。另一種是有粘結(jié)式，在斜索錨頭中灌注環(huán)氧砂漿，使鋼絞線與錨頭粘結(jié)在一起，是一種較為保守的方式。本設(shè)計鑒于本橋的自重較輕，安裝過程中要遭遇臺風(fēng)以及強(qiáng)地震等因素，因而采用有粘結(jié)的保守方案。
2）斜拉索的張拉原則
在一根斜拉索中具有多根獨(dú)立的鋼絞線，通過逐一張拉單根鋼絞線而形成整索的張拉力，保持各根鋼絞線的拉力基本一致是借助于“等張力法”（Isotension）予以實(shí)現(xiàn)。其原則是根據(jù)主梁和主塔變形剛度將第一根被張拉的鋼絞線算出。在操作中第一根是用工作夾片臨時固定并連接拉力傳感器。第二根被張拉的力停止在與第一根下降后拉力相等的位置。如此逐根進(jìn)行直至最后一根鋼絞線，最終所有各根必定是處在等拉力的狀態(tài)。
3）本橋的全模型風(fēng)洞試驗(yàn)由同濟(jì)大學(xué)主持，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明橋梁在整體上具有足夠的空氣動力穩(wěn)定性。但是有關(guān)斜拉索的風(fēng)致振動問題，風(fēng)洞試驗(yàn)則難于真實(shí)模擬作出判斷。設(shè)計中根據(jù)目前國際上在該項(xiàng)技術(shù)中的最新發(fā)展，請清華大學(xué)有關(guān)部門對在本橋斜拉索上，加裝體外制振裝置的研制。全橋合攏成橋后，平常陣風(fēng)風(fēng)力在6級以上時，8個索面產(chǎn)生不同程度的馳振現(xiàn)象。不得不先采取安裝二階索的臨時措施，風(fēng)振現(xiàn)象有所緩解，但對面外的振動，效用有限。1999年底在全橋160根斜拉索上完成了清華大學(xué)研制成功的外接粘性剪切阻尼器（HCA）的安裝經(jīng)實(shí)際在橋上檢測，斜拉索第1階模態(tài)阻尼δ值提高到原來的7～16倍，基本上抑制住有害的索振現(xiàn)象。這是本橋?qū)鴥?nèi)特大跨度斜拉橋的技術(shù)發(fā)展，所作的有益貢獻(xiàn)。
3.主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
本橋是國內(nèi)第一座大跨度的混合梁斜拉橋，其鋼混接頭，管錨結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，以及有4層防護(hù)的平行鋼絞線斜拉索，外接粘性剪切阻尼器和深水主塔基礎(chǔ)的新方案及工藝、水下控爆等都具有開拓性的技術(shù)成就。國內(nèi)大跨度斜拉橋梁采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，自本橋成功建成之后而開始流行。
4.有關(guān)資料
橋名：汕頭市礐石大橋
橋型：混合梁斜拉橋
跨徑：518m
橋址：廣東省汕頭市
設(shè)計單位：中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司
施工單位：中鐵大橋局集團(tuán)第三工程有限公司
廣東省長大工程有限公司
中鐵寶橋股份有限公司
柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司
工程造價：5.6億元
完成日期：1999年1月
