现代桥梁之美：三塔空间缆悬索桥的设计与创新

图1 苍容浔江大桥效果图

苍容浔江大桥是世界最大跨径的三塔空间缆地锚式悬索桥，也是苍容高速全线关键控制性工程，大桥位于梧州市藤县与苍梧县交界处，跨越浔江，全长1688m，采用中央独塔设计，跨径布置为55m+2×520m+55m，中塔位于浔江中央，边塔位于浔江两岸。

苍容高速是《广西高速公路网规划（2018—2030年)》“联14线”梧州—玉林—钦州公路的重要组成部分，项目地理位置见图2所示，主线全长105.307公里。项目建成后，将进一步完善广西高速公路网，强化北部湾城市群之间的联系，提升珠江—西江经济带发展，为梧州市打造黄金水道中心城市战略构想提供交通支撑，对进一步融入粤港澳大湾区，构建广西“南向、北联、东融、西合”的全方位开放发展格局具有重要意义。

图2 项目地理位置图

苍容浔江大桥是苍容高速在梧州市藤县境内跨越浔江河的一座特大桥。桥位位于苍梧县岭脚镇上大义村附近至藤县维定村附近，路线与浔江交角接近90°，江面宽约1020m。

苍容浔江大桥采用主跨2×520m三塔空间缆钢箱梁悬索桥，空间缆和吊索形成三维索系，外形美观，刚劲挺拔，更好地体现出桥梁的现代感。设计桥位周边山体正与独塔空间缆的造型匹配，使桥梁结构与自然完美融合，体现桥与自然的协调。

1.地形地貌

桥位位于苍梧县岭脚镇上大义村附近至藤县维定村附近，路线与浔江交角接近90°，江面宽约1020m。两岸为丘间谷地，沿线海拔高程北段一般+46.50m，与坡脚高差约19.50～23.50m；南段一般+40～+58m，山顶与坡脚或沟谷高差一般20～30m，地势起伏大，山顶相对平坦。北岸桥下同时跨越S304省道（在建的梧州至藤县藤州镇公路），桥头为村庄和农田；南岸在藤县维定村附近，桥头为村庄和果园，两桥台均落在山坡上。

2.通航条件

桥位河段为单一河段，河道宽阔，水流平顺，水深充裕，河床稳定，附近无易变的洲滩。桥位最大江面宽约1020m，最大水深达37.6m。

桥位距上游藤县西江大桥约 21.18km、郁江桂平航运枢纽约 146.2km、黔江在建大藤峡水利枢纽约153.2km；距下游长洲水利枢纽约为10.8km，桥址属于长洲水利枢纽库区。本工程主桥通航净宽尺度如表1所示。

3.航空限高

桥位距离梧州西江机场约3.5km，处于机场航行服务程序净空保护区域的锥形面、内水平面，22#、04#进近面、爬升面及 DVOR 台导航设施范围内。结合考虑梧州西江机场远期规划需要，苍容浔江大桥桥塔顶限制高程为+134.858m（国家85高程）。

4.工程地质

路线所经区域地形地貌可分为构造剥蚀丘陵及丘间谷地和冲洪积平原、江域河流三个地貌单元，地貌条件复杂。桥位区特殊性岩土主要有素填土、冲洪积细砂、可塑粉质黏土、流塑-软塑淤泥质土、软塑粉质黏土、残坡积粉质黏土；场地下伏基岩粉砂岩，局部夹板岩。桥位处江面范围覆盖层薄，厚度仅为0～0.5m，部分区域为裸露中风化粉砂岩。

（1）桥位处最大水深达37.6m，且河床覆盖层很薄部分基岩裸露，应尽量减少在水中设置桥墩。结合通航、防洪的相关要求，若水中设置两个桥墩（含）以上时，应将承台埋置于河床面以下，若水中设置一桥墩可将承台提高至水面。考虑降低承台施工难度和施工风险，水中应设置一个桥墩或者不设置桥墩。

（2）江面宽度1020m，受航空限高的影响，2×520m的三塔斜拉桥和主跨1040m的单跨吊悬索桥桥塔高度无法满足要求，因此选用2×520m的三塔悬索桥方案。

（3）综合考虑施工难度、景观、工期以及经济性等因素，苍容浔江大桥采用主跨2×520m三塔空间缆悬索桥。方案综合比较表见表2所示。

苍容浔江大桥采用主跨2×520m三塔空间缆钢箱梁悬索桥，塔顶高程为+129.6m（国家85高程），引桥采用30m、40m预制T梁，桥型总体布置图如图3所示。

图3 桥型布置图（单位：cm）

苍容浔江大桥主缆采用空间缆，主缆跨径布置为153+2×520+210m，矢跨比为1/9.16；主缆在塔顶、跨中、锚碇处IP点横向间距分别为1m、31m和46m。主梁跨径布置为55m+2×520m+55m，索塔处均设横向抗风支座，其中中塔处设置纵向限位约束，过渡墩处设竖向支座和横向抗风支座。每跨布置31对吊索，吊索间距为16m。

苍容浔江大桥建成后将成为世界最大跨径的空间缆三塔悬索桥。

苍容浔江大桥首次在分体钢箱梁中采用新型“紊流制振”风嘴。钢箱梁抗风常采用的V形和Y形风嘴是考虑层流抑振，将加劲梁断面设计成流线型，气流经过不会产生规则旋涡脱落，尽可能不发生任何分离现象，从而可以有效抑制桥梁的振动。而新型“紊流制振”风嘴是根据紊流制振原理，通过在附属结构设计中选用特定构造尺寸，气流经过产生的旋涡之间相互消耗，同时也不会产生规则的涡，从而能够达到抑振的目的，钢箱梁的风嘴演变如图4所示。

图4 钢箱梁风嘴演变

苍容浔江大桥钢箱梁梁高3.0m，钢箱梁全宽36.2m（含检修道），主梁吊点横向间距32.4m。单侧顶板宽13.35m，平底板宽8.25m，外侧斜底板宽5.4m。箱梁外侧设置宽1.677m检修道，同时起到优化钢箱梁气动外形的作用。平底板两边设置检查车轨道及轨道导风板，钢箱梁三维图如图5所示。

图5 苍容浔江大桥钢箱梁三维图

标准梁段（B梁段）长16m，设置五道实腹式横隔板，横隔板间距3.2m。顶板U肋上口宽300mm，下口宽180mm，高300mm，U肋中心距600mm。底板U肋上口宽240mm，下口宽500mm，高260mm，U肋中心距800mm。

标准顶板厚度采用18mm以降低各疲劳细节的活载应力幅，同时采用端部加厚的热轧U肋，进一步加大U肋与桥面板的焊缝熔深和焊喉尺寸，提高钢桥面板疲劳性能。底板、斜底板厚10mm，U肋板厚6mm，外侧腹板厚30mm，内侧腹板厚14mm。标准横隔板由上、下两块板竖向组焊而成，上板为顶板横向加劲板，厚14mm，下板为实腹式横隔板，厚度12mm，上设竖向、水平向加劲，与上板通过水平加劲熔透焊接，与底板和斜底板焊接。横隔板设置两个高1.8m的人洞及6处管线孔道。每个吊索截面处设横向连接箱，横向连接箱宽3.2m，高3m，主梁标准横断面如图6所示。

图6 主梁标准横断面（单位：mm）

苍容浔江大桥共设两根主缆，主跨侧为空间缆，索塔缆中心距为1m，跨中缆中心间距为31m，锚碇处缆中心距为46m，主缆采用预制平行钢丝索股法(PPWS)制作。主缆由37股通长索股组成，每根主缆有效面积为0.132861m2。每根预制索股由相互平行的127丝、直径6.00mm的高强钢丝组成，钢丝标准强度为1960MPa，外表面镀锌-铝合金镀层防护。主缆空隙率索夹内取18%，索夹外取20%。主缆经索夹箍紧的直径为454mm，索夹以外主缆直径为460mm，主缆横断面如图7所示。

图7 主缆横断面（单位：mm）

主缆索股两端的锚具为锌铜合金灌注的热铸锚，锚具的结构形式采用锚板与锚杯合一的整体铸钢件，以最大限度地减少材料用量并方便施工。

主缆防护采用S型镀锌钢丝缠绕+干燥空气除湿体系，为了保证S型钢丝的密封性，在S型钢丝外面缠绕橡胶密封带进行密封。

为适应空间缆吊索双向转角，吊索为两段式。上段为钢丝绳吊索骑跨于索夹上，锚固于钢制关节连接器上。下段为平行钢丝吊索，上端锚固于钢制关节连接器上，下端锚固于钢梁耳板上。吊索结构在施工及后期运营阶段均可适应纵、横向转角，吊索构造图如图8所示。

图8 吊索构造

苍容浔江大桥吊索分为二类，第一类是受力较大和变形有特殊要求的塔侧长吊索，定义为加强吊索，塔旁侧吊点设置3根吊索，加强吊索下端设置可调节长度的套筒；第二类是除加强吊索外的吊索，定义为普通吊索，每侧吊点设置2根吊索。钢丝绳吊索采用结构形式为8×55SWS+IWR的镀锌钢丝绳。吊索为两段式，上段为钢丝绳吊索骑跨于索夹上，锚固于钢制关节连接器上，塔旁吊索公称直径为76mm，普通吊索公称直径为60mm。下段为平行钢丝吊索，上端锚固于钢制关节连接器上，下端锚固于钢梁耳板上，塔旁吊索规格为5-151，普通吊索规格为5-91，钢丝绳公称抗拉强度为1770Mpa，普通吊索与加强吊索的构造如图9所示。

图9 吊索一般构造（单位：mm）

苍容浔江大桥主索鞍为合并式主索鞍，平面上主缆与桥轴线的夹角，北侧边跨为8.3°，主跨为6.5°，南侧边跨为6.1°。主缆中心圆弧半径为4300mm。鞍槽侧壁最小厚度为120mm，鞍槽底部厚度为280mm，共设置两道纵肋板，纵肋板厚100mm，横肋板厚85mm。主索鞍鞍体长约4.5m，高约3m，宽约3.3m。鞍槽拉杆为通长穿过鞍槽侧壁，主索鞍一般构造如10所示。

图10 主索鞍一般构造（单位：mm）

苍容浔江大桥采用摆轴式散索鞍，由鞍体和底座组成。鞍体采用铸焊结合的混合结构，鞍槽部分是铸钢件，鞍体部分为板焊件并与鞍槽焊接。鞍槽内设竖向隔板，鞍槽顶部设置三道压紧梁，以压紧鞍槽内的主缆，增加主缆与鞍槽间的摩阻力，并方便索股定位。散索鞍下部设置摆轴、底座和底板，以完成主缆竖向分力的传递。散索鞍第一段竖弯半径5000mm，第二段竖弯半径4000mm，第三段竖弯半径2600mm，第四段竖弯半径1300mm。鞍槽侧壁最小厚度120mm，鞍槽底厚150mm，肋板板厚80mm，散索鞍构造如图11所示。

图11 散索鞍构造（单位：mm）

苍容浔江大桥索塔采用中央独柱塔，造型简洁、施工便利、工期短，塔柱为钢筋混凝土结构，采用C55混凝土。

中塔承台顶面高程+18.700m，塔顶高程+129.600m，总高度108.9m；边塔承台顶面高程+20.840m，塔顶高程+129.600m，总高度108.76m。

中塔下塔柱采用变截面圆端形截面（中塔一般构造如图12所示），中索塔塔柱高程范围为+20.700m至+63.100m，截面尺寸由14m×14m（横桥向×顺桥向，下同）过渡到4m×13m。其中塔底实心段高2m，带十字隔板断面高33.3m，塔柱壁厚横向1.2～2.7m，十字隔板厚度1.2m，其余断面横向设置隔板，横向隔板厚度1.2m。上塔柱采用圆端形截面，索塔塔柱高程范围为+63.1m至+129.600m，截面尺寸为4m×13m，塔柱壁厚1.2～1.6m，截面横向设置隔板，厚度1.2m。

图12 中塔一般构造（单位：cm）

边塔与中塔造型一致，下塔柱采用变截面圆端形截面，索塔塔柱高程范围为+20.840m至+59.150m，截面尺寸由13.04m×13.90m过渡到4m×13m。其中塔底实心段2m，带十字隔板断面高30.24m，壁厚横向1.2～2.0m，纵向1.8m，隔板厚度1.2m，其余断面横向设置隔板，隔板厚度1.2m。上塔柱采用圆端形截面，索塔塔柱高程范围为+59.150m至+129.600m，截面尺寸为4m×13m，壁厚1.2～1.6m，截面横向设置隔板，厚度1.2m。

索塔基础设计采用群桩基础，采用整体式承台。中塔承台为圆形，直径35.5m，厚度6.0m，塔座为圆台形，顶面直径22.0m，底面直径26m，厚度2.0m。中塔承台设置14根直径3.5m桩基。边塔承台为矩形，平面外轮廓尺寸为18.6m×15.6m（横桥向尺寸×纵桥向尺寸），厚度5.5m。边塔承台各设6根直径3.0m桩基。

锚碇是悬索桥结构重要组成部分，是将主缆拉力传递给地基的关键结构。它的稳定性直接关系到整座悬索桥结构的安全。

大跨径悬索桥锚碇基础常采用的结构形式有扩大基础、地下连续墙基础、沉井(沉箱)基础以及隧道锚。每种基础均需要开挖施工，施工周期长。

根据地质情况及锚体受力需要，苍容浔江大桥锚碇采用大直径桩基+铣接头结构方案（锚碇三维图如图13所示）。桩基与二期槽形成的剪力墙结构，抵抗主缆拉力。剪力墙锚碇基础为免开挖的新型结构，施工便利，同时桩基和二期槽组成的剪力墙结构参与结构受力，锚碇基础平面如图14所示。

图13 苍容浔江大桥锚碇三维图

图14 苍容浔江大桥锚碇基础平面

苍容浔江大桥锚体采用实腹式结构，南北锚体高度分别为18.0m、17m，主缆IP点标高分别为43.0m、42.0m。锚体平面采用前小后大的梯形，后锚室位于高水位线以上，保证锚固系统的耐久性，前锚室侧墙、前墙厚度0.80m，顶板厚度1m。锚体采用C40混凝土。边跨为空间缆，IP点横向间距46m，锚体与主缆方向相同，南北锚体分别相对于路线中心旋转8.366°、6.116°，南、北锚碇一般构造如图15所示。

图15 南、北锚碇一般构造（单位：cm）

锚碇基础桩基直径3m，每岸单侧锚碇基础纵桥向采用3列桩，每列8根，共24根桩基，两侧共48根桩基；基底嵌入中风化岩层不少于5m，桩基之间采用铣槽机铣槽，形成二期槽段，与桩基搭接，桩基与二期槽形成剪力墙，顶部设7m厚承台。承台下设1m厚垫层。Ⅱ期槽段长2.8m，宽1.5m，Ⅱ期槽段与桩基在轴线处搭接长度为0.5m。承台顶高程+28.00m。

苍容浔江大桥采用主跨2×520m三塔空间缆钢箱梁悬索桥，建成后将成为世界最大跨径的空间缆三塔悬索桥。项目提出了多项设计创新，主要包括：首次在分体箱钢箱梁中采用新型“紊流制振”风嘴；悬索桥锚碇首次采用大直径桩基+铣接头结构方案，桩基和二期槽组成的剪力墙结构参与结构受力，基础为免开挖的新型结构，施工便利，节约工期和建设成本；为适应空间缆吊索双向转角，苍容浔江大桥吊索设计分为两段式结构，可适应在施工及后期运营阶段的双向转动。

苍容浔江大桥的设计充分体现了安全、适用、经济和美观基本原则，创新的设计理念需要项目建设、施工、监理、监控以及科研试验等各方的共同努力才能实现。大桥自2023年4月正式开工建设，计划于2025年6月完成，建设工期2年2个月。希望本项目对后续大跨径空间缆悬索桥的建设有参考和借鉴意义。