重慶長(zhǎng)壽長(zhǎng)江大橋設(shè)計(jì)特點(diǎn)與施工的技術(shù)創(chuàng)新

夏玉榮 黃志良

1 概述

重慶長(zhǎng)壽長(zhǎng)江公路大橋是一座在長(zhǎng)壽區(qū)跨越長(zhǎng)江的特大型雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,大橋北岸連接319國(guó)道,南岸與南涪路長(zhǎng)壽支線相接,是跨越長(zhǎng)江的特大型橋梁工程。主橋跨徑組合為207 m+460 m+207 m的雙塔雙索面斜拉橋,引橋:北岸為3×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁,南岸為6×30 m簡(jiǎn)支T梁,大橋全長(zhǎng)1 160 m。大橋于2005年12月開工建設(shè),于2009年3月竣工通車。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

1)設(shè)計(jì)荷載:公路—Ⅰ級(jí),人群2.5 kN/m2。2)橋面寬度:0.25 m人行道欄桿+2.0 m人行道+16.0 m行車道+2.0 m人行道+0.25 m人行道欄桿,橋面總寬20.5 m。3)地震:抗震設(shè)防按場(chǎng)地安全性評(píng)價(jià)結(jié)論,采用50年超越概率2%的地震動(dòng)參數(shù)。4)設(shè)計(jì)洪水頻率:1/300。5)設(shè)計(jì)洪水水位:193.09(黃海高程)。6)設(shè)計(jì)通航水位:186.99(黃海高程)。7)通航標(biāo)準(zhǔn):Ⅰ(2)級(jí)航道,最高通航水位按20年一遇洪水位計(jì)。8)通航凈空要求:主跨460 m為單孔雙向通航孔,通航凈寬378 m,通航凈高不低于18 m;南岸側(cè)邊跨207 m為單孔單向通航孔,通航凈寬179 m,通航凈高不低于18 m。9)船舶撞擊力:順?biāo)鞣较?8 000 kN,橫水流方向14 000 kN。10)風(fēng)荷載:基本風(fēng)速取24.2 m/s。

3 橋梁工程設(shè)計(jì)

3.1 橋梁總體布置

長(zhǎng)壽長(zhǎng)江公路大橋?yàn)橹骺?60 m的雙塔預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,跨徑組合為207 m+460 m+207 m(為有利于南岸邊孔洪水期的通航,邊主跨比取為0.45);引橋,北岸為 3×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁,南岸為6×30 m簡(jiǎn)支T梁,橋全長(zhǎng)1 160 m。

3.2 主梁

從方便施工的角度考慮,斜拉索主梁采用分離式雙主肋截面,其間通過橋面板與橫隔梁相互連為整體。斜拉索錨于縱肋上,端部縱梁高2.7 m,寬1.8 m;索塔根部部分縱梁適當(dāng)加寬至2.4 m,頂板設(shè)1.5%的雙向橫坡,人行道部分頂板設(shè)1%的橫坡,橋面全寬20.5 m,主梁全寬23.4 m,頂板厚 0.32 m,拉索橫向間距21.6 m;每一節(jié)段設(shè)一道橫隔板,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段橫隔板厚0.28 m。

3.3 索塔結(jié)構(gòu)

索塔采用花瓶形,由下塔柱、下橫梁、中塔柱、上橫梁、上塔柱及塔冠構(gòu)成。索塔在主墩以上高144.3 m。上塔柱截面外輪廓尺寸為700 cm×460 cm,內(nèi)腔尺寸為 400 cm×260 cm,中塔柱為變截面,外輪廓尺寸由700 cm×460 cm逐漸增至982 cm×460 cm。下塔柱也為變截面,順橋向漸變至1 200 cm,橫橋向?yàn)?60 cm等寬度。上橫梁截面外輪廓尺寸為600 cm×600 cm,頂?shù)装搴?00 cm,側(cè)板厚100 cm。下橫梁截面外輪廓尺寸為700 cm×700 cm,頂?shù)装搴?20 cm,側(cè)板厚100 cm。

3.4 斜拉索

拉索布置于人行道欄桿外面,位于標(biāo)準(zhǔn)梁段主肋截面中間,橫向間距為21.6 m。全橋4×28對(duì)拉索和2對(duì)0號(hào)拉索,梁上標(biāo)準(zhǔn)索距8 m,最外一根拉索傾角22.9°,最內(nèi)一根拉索傾角為79.8°。

3.5 索塔墩

塔墩為箱形結(jié)構(gòu),北岸索塔墩高 20.3 m,南岸索塔墩高27.2 m,為了防止船舶撞擊,并改善水流形態(tài),塔墩上下游側(cè)均設(shè)計(jì)分水尖。

3.6 主墩承臺(tái)和樁基

兩岸主墩基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁。其中,北岸基礎(chǔ)采用25根φ 250鉆孔灌注樁,樁深26 m,承臺(tái)高7 m,平面尺寸為2 690 cm×2 850 cm;南岸為高樁承臺(tái)樁基礎(chǔ),承臺(tái)高7 m,平面尺寸為2 850 cm×2 850 cm,采用25根φ 250樁,樁深40 m。

4 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1 全橋設(shè)1.5%單向縱坡,最大雙懸臂189 m(岸側(cè)185 m)

受兩岸地形、通航及道路連接限制,全橋設(shè)1.5%單向縱坡。通過文獻(xiàn)檢索,大跨度斜拉橋很少采用單向坡,原因是受縱坡影響,對(duì)稱懸臂主梁拉索產(chǎn)生不平衡索力,無論是大橋設(shè)計(jì)還是施工監(jiān)控,都帶來了很大難度;對(duì)大橋的抗風(fēng)要求也很高。例如宜賓長(zhǎng)江大橋?yàn)?84 m+460 m+184 m雙塔斜拉橋,采用的是1.6%單向縱坡,但其最大雙懸臂長(zhǎng)度只有133 m,邊跨設(shè)置了兩個(gè)輔助墩,相對(duì)重慶長(zhǎng)壽長(zhǎng)江公路大橋,其結(jié)構(gòu)受力和施工監(jiān)控相對(duì)容易,最大雙懸臂時(shí)大橋抗風(fēng)能力也要高很多。

4.2 主梁雙懸臂不平衡自重下不設(shè)永久或臨時(shí)輔助墩,也無需平衡壓重

由于大橋兩岸交界墩離地面近40 m高,邊跨搭架現(xiàn)澆太長(zhǎng),會(huì)增大施工難度和建設(shè)成本,施工工期也難以保證;南岸邊跨為通航孔,不允許設(shè)輔助墩;最后設(shè)計(jì)為大橋最大雙懸臂江側(cè)189 m,岸側(cè) 185 m,邊跨現(xiàn)澆段 20 m長(zhǎng);主梁最大雙懸臂狀態(tài)下結(jié)構(gòu)本身不平衡重約200 t,不需要進(jìn)行中跨平衡壓重或設(shè)置臨時(shí)輔助墩,該類設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)尚屬少見。

主梁采用懸臂澆筑法,主梁一般是對(duì)稱平衡的,對(duì)于不平衡部分,有的設(shè)置臨時(shí)輔助墩,如200 m+500 m+200 m湖北荊沙長(zhǎng)江橋,在離梁端70 m處設(shè)臨時(shí)輔助墩,待斜拉橋體系轉(zhuǎn)換完成后將其拆除。有的中跨設(shè)有平衡壓重,如205 m+460 m+205 m忠縣二橋,從14節(jié)段～27節(jié)段均需施工配重。有的采用永久輔助墩,如184 m+460 m+184 m宜賓長(zhǎng)江大橋,在邊跨設(shè)有兩個(gè)輔助墩。

4.3 索塔拉索錨固區(qū)足尺模型試驗(yàn)研究

為了完全了解索塔拉索錨固區(qū)的特性,通過試驗(yàn)掌握大噸位小半徑環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋的成孔、穿束以及真空吸漿工藝,驗(yàn)證相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋計(jì)算參數(shù)(如摩阻系數(shù)等),準(zhǔn)確驗(yàn)算索塔拉索錨固區(qū)的承載能力,保證索塔錨固區(qū)的安全,我們進(jìn)行了索塔拉索錨固區(qū)的節(jié)段模型試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)安全系數(shù)大于2,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全。

4.4 大伸縮量梳齒形多變位伸縮縫在大橋中的應(yīng)用

和傳統(tǒng)模式伸縮縫相比,梳齒形多變位伸縮縫構(gòu)造簡(jiǎn)單,各模塊相互獨(dú)立,預(yù)埋槽較淺,安裝和更換方便;能適應(yīng)大橋多個(gè)方向變位的要求;荷載沖擊力相對(duì)較小,有力地減輕了梁體振動(dòng)、變形對(duì)伸縮裝置的破壞,提高了伸縮裝置的安全性和可靠性。

4.5 油壓阻尼器和拉索減振器在大橋中的應(yīng)用

長(zhǎng)斜拉索在風(fēng)、雨、地震及交通等外界激勵(lì)下,極易振動(dòng)過大,拉索容易產(chǎn)生疲勞破壞,振動(dòng)嚴(yán)重的還會(huì)危及梁體的結(jié)構(gòu)安全,拉索振動(dòng)也會(huì)促使PE外套及拉索端部索套破裂,發(fā)生滲水,產(chǎn)生銹蝕;當(dāng)伴有腐蝕時(shí),拉索的疲勞壽命將大大縮短。11號(hào)～28號(hào)斜拉索安裝減振器,可達(dá)到減小和抑制斜拉索的振動(dòng)。

相對(duì)于以前設(shè)計(jì)采用的彈性索,油壓阻尼器吸收能量大、阻尼效果好,不需要根據(jù)溫度變化調(diào)整彈性索索力。油壓阻尼器改善了橋梁結(jié)構(gòu)的行駛條件和使用性能,改善了下部結(jié)構(gòu)的受力,特別是提高了大橋抗震能力。

5 主要施工工藝

5.1 索塔U形預(yù)應(yīng)力束施工

本橋?yàn)橹骺?60 m的斜拉橋,索塔拉索錨固區(qū)節(jié)段長(zhǎng)度最小為1.45 m,單柱外輪廓尺寸為4.6 m×7.0 m,索塔內(nèi)布置U形環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋19φs15.2,采用了PT-PLUS塑料波紋管,壓漿采用真空吸漿,以保證壓漿密實(shí)。

為了全面了解索塔拉索錨固區(qū)的特性,通過索塔錨固區(qū)足尺試驗(yàn)來掌握大噸位小半徑環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋的成孔、穿束以及真空吸漿工藝,得到相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋計(jì)算參數(shù),并求解索塔拉索錨固區(qū)的承載能力,為施工時(shí)提供張拉工藝。

5.2 塔梁同步施工

在塔梁同步施工過程中,作好上下重疊作業(yè)的安全遮蓋,無一起安全事故發(fā)生。通過增加節(jié)段前的鋼筋網(wǎng),確保了梁體不同齡期的基巖效應(yīng)得到很好控制,采取臨時(shí)索塔代替索塔,通過兩邊斜拉,自行調(diào)節(jié)標(biāo)高變化,較好地控制了塔偏。

5.3 掛籃一體化設(shè)計(jì)新理念

對(duì)于主梁的施工,采用懸澆掛籃體系與0號(hào)、1號(hào)塊托架一體化設(shè)計(jì)與施工新理念。該法是將混凝土斜拉橋主梁0號(hào)、1號(hào)塊施工的托架體系與其他塊件施工的掛籃體系融合,即將0號(hào)、1號(hào)塊托架設(shè)計(jì)成為掛籃的一部分。施工時(shí),先拼裝0號(hào)塊托架,施工0號(hào)塊;然后在0號(hào)托架的基礎(chǔ)上繼續(xù)拼裝,形成1號(hào)塊托架,施工1號(hào)塊;最后在 1號(hào)塊托架的基礎(chǔ)上繼續(xù)拼裝,就基本形成了掛籃,進(jìn)行其余塊件施工。

此種設(shè)計(jì)新理念使主梁0號(hào)、1號(hào)塊托架與其他懸臂塊件的施工掛籃一體化,技術(shù)措施簡(jiǎn)捷高效,各工序之間銜接緊湊,解決了主梁施工問題,保證了主梁施工質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

正是重慶長(zhǎng)壽長(zhǎng)江大橋在設(shè)計(jì)與施工中采取的技術(shù)創(chuàng)新,加快了施工進(jìn)度,節(jié)省了工程費(fèi)用,在質(zhì)量、安全、工效、成本控制等方面均取得較好的效果。

[1] 林元培.斜拉橋[M].北京:人民交通出版社,1994.

[2] JTJ 027-96,公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 梁建林.斜拉橋施工監(jiān)控實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)[J].山西建筑,2008,34(2):305-306.