1 .概况
海河大桥位于天津市塘沽区海河入海口，全长2650m，主桥主跨采用310m独塔混合梁斜拉桥（图1）。
图1 海河大桥全景
桥址处属软弱地基地表层下有一层很厚的游泥层，岩层深埋于地下在标高-60m在一层9～15m的饱和粘土层可作为桩尖持力层。气候属于温暖带半湿润大陆型季风气候，多年平均气温12.03℃，七月平均气温26℃，一月平均气温-4.6℃，年极端最高气温40.3℃，年极端最低气温-20.3℃。多年平均降水量602.9mm，最大日降水量191.5mm。极端最大风速33m/s。
大桥采用四车道城市快速路标准，桥面宽23.0m；设计速度80Km/h ；航道净宽≥220m，净高31.5m（一线船闸）和37.5米（复线船闸）；地震，基本烈度7度，按8度设防。
2 主桥结构
本桥处于强震区，主跨跨径达310米，采用独塔混合梁斜拉桥是一种较合理的选择，它充分利用并发挥混凝土和钢结构两种材料的优点，即主跨钢主梁可发挥其自重轻、结构跨越能力强的特点，满足本桥大跨径的客观需要；边跨混凝土主梁可充分发挥其结构刚度大的特点，主动参与结构受力，提高全桥整体刚度，改善结构受力性能，同时满足边跨压重需要；此外边跨采用混凝土主梁可大大减少全桥钢材用量，经济性能好。
（1）总体布置
主桥为独塔双索面混合梁斜拉桥（图2），全长500m，由310m主跨和190m边跨组成，其中边跨190m又分为3×48m+46m四个小跨，大桥位于半径5000m的竖曲线上，南、北纵坡分别为3.2％和3.8％。主梁为分离式双箱单室结构，梁高3.0m，除主跨靠近主塔20m及边跨190m范围内为预应力混凝土箱梁外，其余290m均为钢箱梁。主塔采用“钻石”型混凝土结构，塔高167.3m，塔墩基础采用直径1.5m钻孔灌注桩。斜拉索采用镀锌平行高强钢丝束，钢箱梁索距16m，预应力混凝土箱梁索距8m，塔前20m、塔后48m为无索区。
图2 总体布置（单位：cm）
（2）结构体系
与常规桥梁支承体系有所区别，本桥处于强震区，结构体系应有利于改善结构抗震性能。本桥除主塔处设置抗震固定支座外，各辅助墩均采用双向活动支座，以释放地震荷载。为了抵抗横桥向水平荷载，在主塔塔柱内侧与主梁交叉处设横向水平限位支座，在24、28号边墩墩顶设有横向抗震挡块。
（3）主塔
良好的抗风抗震性能，选择A字形具有空间稳定几何形态的框架结构，桥面以下塔柱内收形成钻石型，可有效减小基础规模，主塔塔柱及横梁均采用箱形截面，以减轻结构自重，改善结构抗震性能。本桥 “钻石”型主塔塔高167.3m，其中桥面以上高126m，塔高与跨度之比为1/2.46。塔柱间设置上、下两道横梁，下横梁位于下塔柱与中塔柱交接处，主要承受两反向斜柱引起的拉力，并为主梁提供支撑效应；中横梁将桥面以上塔柱等分为两部分，一方面减小塔柱自由长度，另一方面增强主塔整体刚度(图3)。
图3 主塔结构图
主塔顺桥向尺寸从塔顶6m渐变至中塔柱根部8m，并等宽至下塔柱根部；横桥向尺寸从塔顶3m渐变至中塔柱根部4.35m，随之渐变至下塔柱根部7m。上塔柱壁厚顺桥向0.6m，横桥向1.5m；中塔柱壁厚均为0.6m；下塔柱壁厚均为1.2m。在塔柱截面变化区段对截面均进行了局部加强。塔柱为钢筋混凝土结构，上下横梁为预应力混凝土结构。斜拉索锚固在上塔柱内壁的锯齿块上，锚固点偏离塔柱中心线，锚管出口位于塔柱中心线上。为平衡斜拉索水平分力在塔柱截面产生的拉力，在斜拉索锚固区塔柱截面四周设置了井字型预应力粗钢筋。塔柱采用爬模施工，上、下横梁采用膺架法施工。为避免倾斜塔柱施工过程中自重引起混凝土表面开裂，施工期间，在中塔柱范围内设置四道水平对撑构架，上塔柱范围内设置三道水平对撑构架，其支撑刚度由计算确定。
（4）主梁
主梁为钢与混凝土混合梁，其中边跨190m及主跨靠近主塔附近20m为混凝土箱梁外，其余290m均为钢箱梁。设计阶段，对主梁截面进行了多方案比选，整体式单箱截面在边跨距梁端一定范围内，主梁底板易出现纵、横向压力作用不到的盲区而易造成底板开裂，分离式双箱单室截面的两分离式边箱通过横梁连成整体，其横桥向受力由横梁单独承担，简捷明了，只要在横梁截面内配置足够横向预应力筋来抵抗横桥向拉力即可，安全可靠，故本桥主梁采用分离式双箱单室结构。
1）钢箱梁
钢梁全长290m，顶面宽24.2m（含两侧风嘴），桥梁中线处梁高3.0m，两侧风嘴处梁高1.0m。钢梁采用正交异性钢桥面板分离式双箱单室结构（图4），材质为16Mnq，标准截面顶板厚14mm，底板及内腹板厚均为12mm，外腹板厚24mm，U型加劲肋板厚6mm。箱梁每隔3.2m设一道横梁，有索横梁为实腹式结构，无索横梁位于箱体内部分采用空腹结构，以改善箱内作业环境。全桥钢箱梁纵桥向共分20个节段，标准节段长16m，起吊重量1600KN（全桥最大起吊重量1900KN），在工厂全部焊接制作，运至工地悬臂拼装时桥面板采用焊接，腹板、底板及U加劲肋等均采用高强度螺栓连接，从而使钢桥面板的刚度尽量保持一致，改善了行车条件。
图4 钢箱梁
本桥钢箱梁的主要特点是将斜拉索锚管嵌在箱梁外腹板中，这不仅细节构造简单，而且传力直接。为了适应斜拉索横向角度的需要，将锚管设计成两节，在桥面处用法栏盘连接。
2） 预应力混凝土主梁
预应力混凝土主梁长210m，C50混凝土，为两分离的单箱单室箱形截面（图5），截面外形尺寸与钢箱梁保持一致，顶板厚25cm，底板厚40cm，内腹板厚50cm，外腹板厚75～133.5cm。为了提高箱梁的整体刚度，每4m设置一道横梁，墩顶横梁厚1~2m，主塔前后无索区横梁厚20cm，其余横梁厚均为30cm。
图5 预应力混凝土箱梁
主梁为双向预应力体系，纵向预应力采用φ32mm预应力精轧螺纹粗钢筋和9-7φ5钢绞线，前者贯穿主梁全长，配合主梁逐段施工张拉锚固边接长，后者根据主梁受力需要布置在主塔下横梁顶部负弯距区和各跨跨中正弯距区段的主梁截面内。横梁预应力束主要用以抵抗主梁横向弯距，根据各横梁的内力大小进行配置，满足横向受力需要。边跨预应力混凝土箱梁采用满布膺架法现浇施工。
3）结合段构造
结合段长4.8m，结合面以外部分长3.2m，其构造与钢箱梁基本相同，但根据受力需要对板件进行了加厚，且在U肋下增设T肋，以实现主梁刚度的平顺过渡；结合面另一侧1.6m长的钢箱梁外壳包裹在混凝土箱梁外，两者通过剪力钉及接头预应力粗钢筋结合成整体，实现结构内力的可靠传递。结合段钢箱梁桥面板厚18mm，底板厚20mm，外腹板厚24mm，内腹板厚14mm。节段设一道普通横隔板和一道结合面隔板，间距2.4m。
图6 结合段结构图
4）斜拉索
斜拉索采用φ7镀锌高强钢丝束斜拉索，扇形布置，Rby=1670MPa，双层护套防护，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为浅灰色高密度聚乙烯。全桥斜拉索有55φ7、85φ7、109φ7、121φ7、139φ7、163φ7、199φ7、253φ7等8种类型，合计36对72根斜拉索，最长斜拉索319.5m，单根重量165KN。
5）塔墩基础
主塔墩设在香蕉岛上，塔墩基础采用钻孔摩擦群桩基础，共布置96根直径1.5m钻孔桩，桩长68m。塔墩承台为整体式钢筋混凝土矩形承台，平面尺寸为46.5×34.5m，厚5.0m。
6）施工监控
主塔施工期间，全长210m预应力混凝土箱梁采用满布膺架法同期进行现浇施工，即可缩短工期，又使主跨钢箱梁架设变为单悬臂拼装施工，大大降低施工风险，工程质量易于保证。
主梁是通过控制安装过程中斜拉桥结构各构件单元的无应力长度和无应力曲率来实现对成桥目标的逐步逼近。在钢梁架设过程中，除前7对斜拉索采取“二拉到位”外，剩余各对斜拉索均采取“一拉到位”。
竣工后，主梁实测线型最大偏差为2.8cm，全桥边主跨索力实测误差为0.20%和0.06%，全桥结构的受力状态与设计相当吻合，内力与线型控制在设计允许的范围内（图7）。
图7 主桥贯通
3 主要技术特点和创新点
（1）独塔双索面混合梁斜拉桥，主跨310m，国内首次采用，结构新颖、技术先进、经济性好。
（2）钢箱梁节段内各板件全部采用焊接连接，工地安装时桥面板采用焊接，腹板和底板用高强度螺栓连接。该连接方式安全可靠，定位准确，并使钢桥面板的刚度保持一致。
图8 大桥夜景
（3）主梁采用带风嘴的分离式双箱单室、混合梁结构型式，受力合理，经济性好，抗风性能优越，具有较好的推广价值。
（4）斜拉索下锚点作用力大，是斜拉桥设计的重要细节，本桥采用锚管嵌入钢箱梁外腹板的锚固方式，受力直接，构造简单，同时将斜拉索出口导管分离为两段式设计，成功解决了斜拉索在管口偏移的问题，为以后同类桥梁设计提供有益的技术支持。
（5）本桥抗震按8度设防，属于强震区，与常规桥梁支承体系有所区别，本桥除主塔处设置抗震支座外，各辅助墩均采用双向活动支座，以释放地震荷载。该设计构思巧妙、效果显著，具有一定的借鉴作用。
（6）结合建桥条件，因地制宜，边跨混凝土主梁采用支架法施工，使主梁与主塔可同期施工，既降低了施工难度，又缩短了工期，节省投资，取得了良好的社会、经济效益。
（7）主跨310m长的主梁全部采用悬臂法架设，突破了在主跨边墩搭设墩旁膺架进行主梁合龙的施工方法，施工便捷，主梁线形准确，推动斜拉桥施工控制技术进步。
4 有关资料
桥名：天津塘沽海河大桥
桥型：独塔双索面混合梁斜拉桥
跨径：310m
桥址：天津市塘沽区
设计单位：中铁大桥勘测设计院有限公司
施工单位：上海市基础工程公司
中铁山桥股份有限公司
上海浦江缆索有限公司
混凝土用量：42880.2m3
钢材用量：75175KN
造价：1.2亿元
建成日期：2002年5月1日
