摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥设计与技术特点

书书书摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥设计与技术特点廖慕捷，刘小林（中铁大桥勘测设计院有限公司，湖北武汉４３００５６）摘　要：布里格里格河谷斜拉桥项目位于摩洛哥王国境内拉巴特绕城高速公路上，离首都拉巴特市区３０ｋｍ。大桥全长９５１．６６ｍ，主桥采用（１８３＋３７６＋１８３）ｍ叠合梁斜拉桥，桥塔和主梁在塔、梁交接处固结。斜拉桥主梁采用边主梁结构，混凝土边主梁之间通过金属横梁连接，金属横梁上安装预制混凝土桥面板，桥面宽２９．８２ｍ。梭形混凝土桥塔由四肢分离式曲线型塔柱组成，造型优美，塔墩基础均采用扩大基础。全桥共设８０对斜拉索，采用平行钢绞线拉索体系，空间呈扇形索面布置。主梁０号块在桥塔处的临时支架上施工，主梁标准节段采用牵索挂篮施工工艺。关键词：斜拉桥；叠合梁；边主梁；结构设计；技术特点中图分类号：Ｕ４４８．２７；Ｕ４４２．５文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－７７６７（２０１２）０４－０００１－０５收稿日期：２０１１－１０－０８作者简介：廖慕捷（１９７６－），男，高级工程师，１９９８年毕业于同济大学土木工程专业，工学学士（Ｅ－ｍａｉｌ：[e-mail]）。１　工程概况布里格里格河谷斜拉桥位于摩洛哥王国境内拉巴特绕城高速公路上，离首都拉巴特市区３０ｋｍ。大桥上跨布里格里格河谷，桥位上游１ｋｍ处为大坝库区（见图１）。项目业主为摩洛哥国营高速公路公司（ＡＤＭ），于２０１０年初进行国际公开招标，来自中国的中海外－大桥局联合体中标，承担该项目的施工及详细设计；大桥院（中国）－爱集思（法国）设计联合体作为总承包商的设计分包，承担施工图设图１　大桥地理位置计工作。该项目于２０１０年６月１４日正式开工，总合同工期３４个月。２　设计技术标准（１）设计荷载：按照法国设计规范ＣＰＣ　ＣＣＴＧ－６１分册［１］桥梁活载中的规定取值。（２）设计车道：双向６车道；设计车速：８０ｋｍ／ｈ。（３）桥梁纵坡：１．０％；桥面横坡：双向２．５％。（４）净空标准：桥面净空５．１ｍ。（５）设计基本风速：桥面处和桥轴线正交方向Ｚ＝１００ＮＧＭ处Ｖ＝３２ｍ／ｓ。（６）地震：按法国抗震设计规范ＡＦＰＳ９２规定的反应谱，场地土Ｓ０（岩石类），设计加速度为２．１１２ｍ／ｓ２。３　总体设计３．１　桥跨布置布里格里格河谷斜拉桥全桥长９５１．６６ｍ（见图图２　桥跨布置示意１摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥设计与技术特点　　廖慕捷，刘小林２），主桥为３跨斜拉桥，其中主跨长３７６ｍ，２个边跨长１８３ｍ。引桥为（４０．８５＋２×４１．７３＋４１．７０＋４０．８５）ｍ的５跨预制Ｔ梁结构。３．２　横断面布置桥面上设双向６车道公路，车道两侧设有防撞护栏，斜拉桥部分在护栏两侧设斜拉索锚固区，桥面宽２９．８２ｍ。４　斜拉桥结构设计４．１　主梁为有效减轻桥梁上部结构的自重，充分发挥混凝土、钢２种材料的特性，斜拉桥主梁设计采用了混凝土边主梁和金属横梁的结合，上铺预制混凝土板。这种设计有别于国内叠合梁的常规做法［２］，即：钢主梁（纵横梁体系）＋混凝土桥面板，而是将边主梁设计成预应力混凝土结构，金属横梁作为重要受力构件和横向联结与混凝土边主梁结合在一起，不设钢纵梁。因此，该设计的钢用量指标比常规叠合梁要低很多。（１）梁段划分。全桥主梁总长７４５ｍ（见图３），塔根处设１８ｍ长０号块，标准节段长８ｍ，边跨直线段长９．５ｍ，边跨合龙段与跨中合龙段长度均为６．０ｍ。图３　１／２主桥梁段划分示意（２）主梁横断面。主梁采用边主梁结构（见图４），混凝土边主梁宽度为２．２ｍ，高度为２ｍ，边主梁之间通过金属横梁连接。金属横梁上安装１层图４　主梁横断面结构示意２５ｃｍ厚的预制混凝土桥面板，然后再铺０．５ｃｍ厚的防水层和７．０ｃｍ厚的沥青路面，斜拉索左右对称锚固在混凝土边主梁上。　　（３）金属横梁。斜拉桥两边主梁通过金属横梁连接，每隔４ｍ设置１道金属横梁，全桥共１７１道。金属横梁采用“工”字形断面（见图５），上翼缘板和端板设剪力钉与混凝土桥面板连接。钢横梁钢板采用Ｓ３５５ＮＬ钢材，执行ＮＦ　ＥＮ１０１１３－２标准［３］；剪力钉采用ＭＬ１５钢材。单根金属横梁长约２６ｍ，桥梁对称中心线处高１．８３２ｍ，腹板厚１６ｍｍ，上、下翼缘宽度均为７０ｃｍ，上翼缘厚２０ｍｍ，下翼缘厚３０ｍｍ。横梁单根重约１５ｔ，可整体起吊。预制混凝土桥面板考虑分块吊装，单块预制板尺寸为５．６ｍ×３．７ｍ。（４）主梁预应力体系。混凝土边主梁采用单向预应力体系，仅在纵向设计预应力（见图６），均为体内束。纵向预应力采用１９Ｔ１５Ｓ钢绞线，采用１０２ｍｍ的金属镀锌波纹管制孔，１５－１９夹片式锚具锚固。为了不使纵向预应力钢束与斜拉索管道相冲突，预应力钢束向边主梁内侧弯出锚固。（５）主梁施工方法。主梁０号块在桥塔处的临时支架上施工。主梁标准节段采用牵索挂篮［４，５］施工工艺（见图７）。金属横梁（整体吊装）、预制桥面板（分块吊装）均利用塔吊吊至桥面上，通过平板车运至安装起吊位置，再利用桥面吊机进行安装。４．２　桥塔为使斜拉桥在所处山谷中产生挺拔、雄伟的建筑效果，桥塔设计成具有流线型空间曲线的混凝土结构，在立面上呈梭形（见图８）。塔柱在顺桥向和图５　金属横梁结构示意２世界桥梁　　２０１２，４０（４）横桥向均分离，分为４肢，各肢柱在下塔柱通过混凝土裙板连接在一起。在塔柱中部设计预应力混凝土横梁，使塔柱与桥面板在该部位固结。Ｐ１、Ｐ２号桥塔立面总高度分别为１９７．４５ｍ和１８５．０５ｍ；其上塔柱高度均为９４．９１ｍ，下塔柱高度分别为１０２．５４ｍ和９０．１４ｍ。两桥塔结构尺寸完全一致，所不同的是：为调整桥面标高需要，Ｐ１号墩下塔柱底部多了一段１２．４ｍ高的塔座。塔柱的４个分离式柱腿在下塔柱（见图９）通过混凝土裙板连接（见图８），在中塔柱（见图１０）部分完全分离开，四柱腿在上塔柱合并形成索塔锚固区。各塔肢呈不规则矩形断面，长边由５．０ｍ变化到５．２ｍ，短边为３．５ｍ左右，壁厚为０．６５ｍ。顺桥向裙板厚１．０ｍ，横桥向厚度为０．６５ｍ。为平衡斜拉索在桥塔锚固区截面产生的拉应力，斜拉索锚固区截面沿塔壁四周布置３６根４Ｔ１５Ｓ预应力钢绞线。４．３　斜拉索为减少斜拉索用量，有效降低斜拉索自重和垂度，提高斜拉索刚度，且方便现场施工，该桥斜拉索采用平行钢绞线拉索体系［６］，空间呈扇形索面布置（见图１１），索面横桥向间距为２８ｍ，顺桥向标准索距为８ｍ。全桥斜拉索共设８０对（两主塔两侧各２０对），由１７种规格组成，最小为２９Ｔ１５Ｓ钢绞线，最大为６６Ｔ１５Ｓ钢绞线；单根斜拉索最长为２０１．４５ｍ，最短为６８．０５ｍ。为平衡０号块主梁施工期间的自重，在距离桥塔中心线２３ｍ处设临时拉索。钢绞线斜拉索的施工安装［７］，采用逐根钢绞线牵引挂拉的方式进行，用专门的群锚体系进行锚固，３摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥设计与技术特点　　廖慕捷，刘小林图１１　斜拉索布置示意避免了在工厂精确测量长度、下料、浇制锚头和整索操作等作业，工艺装备和施工方法均大大简化。４．４　桥塔基础由于该桥两桥塔墩均落脚在山体附近，覆盖层较浅，基底岩层强度较高，因此塔墩基础均采用扩大基础。为防止布里格里格河谷里的河水渗入塔墩基础，在Ｐ１塔墩处基坑靠河侧设计了塑性混凝土连续墙作为挡水防护堤；基坑靠山体侧边坡防护采取喷锚支护型式［８］。Ｐ２塔墩基坑边坡防护亦采取喷锚支护型式。Ｐ１、Ｐ２塔墩基础承台尺寸均为２５ｍ×３０ｍ×５ｍ。Ｐ１塔墩基坑最大开挖深度约为４８ｍ，Ｐ２塔墩基坑平均开挖深度约为２５ｍ。５　技术特点（１）该桥采用３跨斜拉桥结构体系［９］，不设辅助墩，主梁在边跨采取增大边主梁截面的方式来进行主动压重，克服桥台处的负反力。不同于常规斜拉桥所采取的飘浮体系［１０］，该桥桥塔和主梁在塔、梁交接处固结，有效地降低了主梁的内力、约束了主梁的纵向位移。（２）该桥是世界上第一座采用空间曲线型桥塔的斜拉桥，塔柱在顺桥向及横桥向均分离，成为一个拥有４个肢柱的组合结构。这种设计不仅有效地增加了桥塔的纵向及横向刚度，而且建筑造型优美，这与希腊闻名遐迩的四塔斜拉桥———里翁－安蒂里翁桥［１１］的塔柱结构较为相似，所不同的是：里翁－安蒂里翁桥塔柱的４个肢柱均是直线型的，而该桥塔柱的４个肢柱在空间上均呈曲线，虽然这给施工带来了很大的困难，但建筑造型优美、与桥址处的周围环境也非常协调。（３）该桥叠合主梁采用混凝土边主梁和金属横梁的结合，上铺预制混凝土板，这种主梁型式有效地减轻了桥梁上部结构的自重，充分发挥了混凝土、钢２种材料的特性，经济合理。目前这种叠合梁型式在国内没有采用过，在国外仅有３座桥梁采取这种型式，分别是：美国的东亨廷顿桥（８０年代），主跨２７４．３ｍ，斜拉桥桥面宽１２．２ｍ；葡萄牙瓦斯科·达伽马桥（１９９８年），主跨４２０ｍ，斜拉桥桥面宽３０ｍ；法国ＢＵＲＥＳＴ桥（２０１０年），城市立交桥，桥面宽１４ｍ。布里格里格河谷斜拉桥主跨３７６ｍ，边主梁横向间距２８ｍ，斜拉桥桥面宽２９．８２ｍ，这在同类型桥梁中居世界第一。（４）该桥斜拉索采用平行钢绞线斜拉索体系，与平行高强钢丝束斜拉索相比，其强度高，能减少斜拉索用量，因而自重轻，垂度小，可提高斜拉索刚度。此外，该体系还有如下特点：安装简单、易于操作；换索简便；具有４层防护，可靠性好；斜拉索的外套管箱带有边旋线，能有效防止斜拉索的风雨激振，动力性能较好。（５）该桥塔墩基础采用扩大基础，减少了基础工程量，有效地降低了工程造价。６　结　语布里格里格河谷斜拉桥是摩洛哥首都拉巴特绕城高速公路上的关键节点工程，其上跨布里格里格河谷，地理位置和景观效果都非常重要。斜拉桥设计采用了新颖的主梁断面型式和具有浓郁伊斯兰风格的“尖塔”式桥塔，整体造型优美（见图１２），实现了桥梁建筑风格和人文环境的和谐统一。该桥将于２０１３年底竣工，竣工后必将成为摩洛哥乃至非洲地区的一座标志性建筑。图１２　大桥建成效果参　考　文　献：［１］法国设计规范ＣＰＣ　ＣＣＴＧ－６１分册———桥梁活载［Ｓ］．［２］高宗余．青洲闽江大桥结合梁斜拉桥设计［Ｊ］．桥梁建设，２００１，（４）：１３－１７．［３］ＣＣＴＧ法国通用技术规范第６１分册第５卷－钢结构和桥梁计算及设计［Ｓ］．［４］胡文俊．重庆忠县长江大桥牵索挂篮施工技术［Ｊ］．桥梁建设，２００９，（１）：５２－５５．［５］法国住房及运输装备部公路及高速公路设计及技术中心．挂篮连续法施工的预应力混凝土桥梁－设计指南４世界桥梁　　２０１２，４０（４）［Ｍ］．２００３．［６］祖祥胜，刘征宇，柏国清．钢绞线拉索与钢丝拉索体系的比较［Ｊ］．安徽建筑，２０１０，（３）：２６－２８．［７］法国住房及运输装备部公路及高速公路设计及技术中心．实施预应力的有关建议－斜拉索部分［Ｍ］．２００１．［８］ＧＢ　５００８６－２００１，锚杆喷射混凝土支护技术规范［Ｓ］．［９］陈　炜，张德平．武汉二七长江大桥结构体系方案研究［Ｊ］．桥梁建设，２０１１，（１）：１－４．［１０］朱　斌，林道锦．大跨径斜拉桥结构体系研究［Ｊ］．公路，２００６，（６）：９７－１００．［１１］董学武，周世忠．希腊里翁－安蒂里翁大桥的设计与施工［Ｊ］．世界桥梁，２００４，（４）：１－４．（编辑：赵兴雅）Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｆｅａｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｃａｂｌｅ－Ｓｔａｙｅｄ　Ｂｒｉｄｇｅｏｖｅｒ　Ｂｏｕｒｅｇｒｅｇ　Ｒｉｖｅｒ　ｉｎ　ＭｏｒｏｃｃｏＬＩＡＯ　Ｍｕ－ｊｉｅ，ＬＩＵ　Ｘｉａｏ－ｌｉｎ（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｍａｊｏｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ　４３００５６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　Ｃａｂｌｅ－Ｓｔａｙｅｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｏｖｅｒ　Ｂｏｕｒｅｇｒｅｇ　Ｒｉｖｅｒ　ｃａｒｒｉｅｓ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒａｂａｔ　Ｒｉｎｇ　Ｅｘ－ｐｒｅｓｓｗａｙ　ｉｎ　Ｍｏｒｏｃｃｏ，３０ｋｍ　ｔｏ　Ｒａｂａｔ　ｄｏｗｎｔｏｗｎ．Ｔｈｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｈａｓ　ａ　ｔｏｔａｌ　ｌｅｎｇｔｈ　ｏｆ　９５１．６６ｍ，ｏｆｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ