蘇村壩大渡河大橋設(shè)計

田波

（四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川 成都 610041）

蘇村壩大渡河大橋設(shè)計

田波

（四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川 成都 610041）

蘇村壩大渡河大橋為雅安至瀘沽高速公路跨大渡河的特大橋梁。針對該橋的地形、地質(zhì)、水文、施工等技術(shù)條件，介紹了主橋高低塔混凝土斜拉橋總體設(shè)計及其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計。

高低塔斜拉橋；總體設(shè)計；關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

1　概述

蘇村壩大渡河大橋為雅安至瀘沽高速公路跨大渡河的特大橋梁。大橋橋位位于石棉縣蘇村壩，瀑布溝電站庫區(qū)，屬大渡河中游段，見圖1。橋位處谷深坡陡，地形切割強烈，高差急劇變化，相對高差大。起點（雅安岸）為大渡河淤積岸，淤積層呈階梯狀布置；止點（瀘沽岸）為沖刷岸，巖體出露，坡面陡峭，向河心傾角大于60°。橋軸線與河流流向方向斜交，交角67°。大渡河主河床位于瀘沽岸側(cè)，落差較大，流速快。

圖1　高低塔斜拉橋?qū)嵕皥D

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001，1：400萬）和四川省地震局工程地震研究所最新成果資料，橋位區(qū)50 a超越概率10%的烈度值為7.8度，即Ⅷ度地震烈度，地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，設(shè)計地震分組為第1組。

橋梁主跨基本位于直線段上，主梁整幅設(shè)計標準寬度27.5 m。橋梁縱坡為1.5%的單向坡設(shè)計。路線跨越大渡河后與徐店子隧道洞口直接連接。

本文主要介紹高低塔混凝土主梁斜拉橋總體設(shè)計及其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計情況。

2　主要技術(shù)標準

該橋按高速公路雙向四車道設(shè)計，設(shè)計車速80 km/h，橋?qū)?4.5 m，設(shè)計荷載等級：公路—Ⅰ級，地震基本烈度為Ⅷ級，設(shè)計洪水頻率：1/300，庫區(qū)規(guī)劃航道Ⅴ級通航標準（雙向航寬×高：92 m× 8 m），庫區(qū)蓄水后正常水位：850.5 m，設(shè)計基準風(fēng)速：24.6 m/s。

3　自然條件

多年平均氣溫 16.9℃～18.0℃，最高氣溫40.30℃，最低氣溫-3.30℃。年平均相對濕度68%，瞬時最大風(fēng)速15.3 m/s。

橋位處設(shè)計流量Q0.3%=11 800（m3/s），設(shè)計流速V0.3%=7.2（m/s）。庫區(qū)形成前施工水位為806.9 m，施工流速V=3.0（m/s）。

工程地質(zhì)調(diào)查測繪和鉆探揭露，橋位區(qū)出露地層主要有：第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）、沖洪積層（Q4-1al+pl、Q4-2al+pl）、第三系至第四系昔格達組（NQX）、三迭系上統(tǒng)白果灣組（T3bg）、震旦系下統(tǒng)開建橋組、蘇雄組（Zas-k）。

4　橋型構(gòu)思及孔跨的布設(shè)

根據(jù)橋區(qū)地形、地質(zhì)、運輸條件、水文條件，特別是石棉岸地形陡竣，山勢險要，河水水深、流速大，路線在此處隧道通過，見圖2。初步設(shè)計時提出了巖錨斜拉橋、高低塔斜拉橋、不對稱連續(xù)剛構(gòu)橋三種橋型方案進行比選。

根據(jù)最終的地質(zhì)鉆孔資料，巖錨處地質(zhì)為粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖，表層20 m內(nèi)邊坡強卸荷帶發(fā)育，巖石破碎，裂隙發(fā)育；50 m內(nèi)以多為豎向閉合裂隙，局部夾煤線，形成多段破碎；50 m以下巖體相對完整。

圖2　橋位處地形地貌

由于橋位處谷深坡陡，地形切割強烈，高差急劇變化，相對高差大。大渡河為季節(jié)性河流，河水水深、流速大要求橋梁一跨過河，水中不能布設(shè)橋墩，即主跨要求跨度為220～230 m。雖然，巖錨斜拉橋方案與地形結(jié)合較好，但由于巖錨處地質(zhì)條件較差，帶來較大的施工難度和工程措施費用的增加。該跨度區(qū)間，由于瀘沽岸山體阻擋，若布置連續(xù)剛構(gòu)，只能布設(shè)不對稱連續(xù)剛構(gòu)橋，但其主梁為不對稱結(jié)構(gòu)，梁體受力復(fù)雜，施工難度大，景觀效果不佳，庫區(qū)形成后對通航也有一定阻礙。

根據(jù)橋位實際地質(zhì)條件、綜合分析橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)行為、工程造價、施工條件、橋梁景觀效果等綜合因素，推薦采用高低塔斜拉橋方案為最終施工方案，見圖3～圖5。

圖3　高低塔斜拉橋方案（單位：m）

圖4　巖錨斜拉橋方案（單位：m）

圖5　不對稱連續(xù)剛構(gòu)方案（單位：m）

采用高低塔斜拉橋方案具有以下優(yōu)點:

（1）適應(yīng)地形和地質(zhì)條件，橋型技術(shù)成熟。

（2）兩岸均設(shè)計為雙縱肋混凝土主梁，受力協(xié)調(diào)、橋型經(jīng)濟、施工技術(shù)成熟。

（3）高低橋塔布設(shè)與周邊自然景觀良好協(xié)調(diào)，具有很好的景觀效果和視覺效果。

根據(jù)上述特點，主橋橋跨組合采用132 m+220 m+ 67.65 m的預(yù)應(yīng)力混凝土主梁高低塔斜拉橋，見圖6?？卓绮贾弥饕紤]的因素有：

（1）高低塔兩側(cè)主梁長度分配比例為6：4，即有利于主梁內(nèi)力的分配，也兼顧橋梁的景觀效果。

（2）由于主跨跨度不大，斜拉橋兩岸邊跨均取消輔助墩，利于施工工期的控制，橋梁視覺效果更具通透性。

（3）高塔兩側(cè)主梁對稱布置，方便主梁的掛藍懸臂澆筑；低塔瀘沽岸邊跨充分考慮隧道洞口的開挖和洞口防護、路基工程的實施操作空間。

5　關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.1主梁

主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土雙縱肋，肋中心高為250 cm，肋頂寬150 cm，肋底寬175 cm。為了改善主梁的縱向受力，雙縱肋間設(shè)兩道小縱梁，梁高80 cm，梁寬50 cm。雙縱肋頂板厚為28 cm，橋面設(shè)2.0%的橫坡和1.5%的單向縱坡，標準橋面全寬27.5 m，見圖7。

主梁標準塊件每節(jié)段長6 m，節(jié)段內(nèi)設(shè)一道28 cm厚的橫隔板，以加強兩邊縱肋橫向剛度。主塔處設(shè)豎向支座、橫向限位裝置，縱向限位裝置。全橋設(shè)一個跨中合龍段，長度為2 m。

主梁、主梁橫隔板均采用C55混凝土。主梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置了梁肋頂板束、梁肋上緣束、梁肋下緣束、中跨合龍束、中跨下緣束、邊跨上緣束和主梁橫隔板預(yù)應(yīng)力鋼束，均采用Φs15.24鋼絞線，采用塑料波紋管及真空壓漿。

主梁梁底設(shè)檢修車，主梁與索塔間豎向、橫向采用支座連接，縱向設(shè)阻尼器約束限制縱向變位。

設(shè)計考慮采用后支點掛藍施工主梁，掛藍重量約150 t。

5.2索塔

索塔設(shè)計，充分考慮了橋塔的景觀效果。主要對高低塔的協(xié)調(diào)性、索塔上下塔柱比例、索塔形式、橫梁形式、塔柱截面形式等各方面進行了充分比選，最終選定采用“A”型橋塔，見圖8。

采用的“A”型高（低）塔為空心薄壁箱型截面。上塔柱橫橋向?qū)?.5 m，順橋向?qū)?.0（4.5）～8.0（7.0）m，塔高76（51.5）m；下塔柱橫橋向?qū)?.0～8.0（7.0）m，順橋向?qū)?.0（7.0）～9.0（8.0）m，下塔柱高為40.5（46）m。索塔上橫梁為實心截面，高1.5～2.5 m；索塔下橫梁為箱形截面，箱高2.5～5.0（4.0）m，箱寬7.5（6.5）m，頂?shù)装搴?.6 m，腹板厚1.2 m。索塔基礎(chǔ)為承臺+樁基礎(chǔ)，樁徑為250 cm。

索塔采用C50混凝土，索塔承臺均采用C30混凝土，樁基采用C30水下混凝土。

圖7　主梁標準橫斷面（單位：cm）

圖8　“A”型索塔

索塔上塔柱斜拉索錨固區(qū)采用雙排“井”型布置的預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束沿塔柱豎向布置間距25cm，見圖9。由于橋塔設(shè)計為“A”型塔，塔柱非斜拉索錨固區(qū)存在三向分力，為了防止塔柱開裂該區(qū)域采用單排“井”型布置的預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束沿塔柱豎向布置間距180 cm，見圖10。鋼束均采用48ΦP5高強鋼絲、DM5A-48墩頭錨具和SBG塑料波紋管，真空輔助灌漿法施工。

圖9　錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束

圖10　非錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束

采用“井”字型布束的主要優(yōu)點有：預(yù)應(yīng)力鋼束損失較小，塔柱箱形薄壁轉(zhuǎn)角處無應(yīng)力盲區(qū)，預(yù)應(yīng)力鋼束施工簡單，并方便在施工中對鋼束進行位置調(diào)整。

5.3斜拉索

斜拉索采用Φ7低松弛高強鍍鋅鋼絲，鋼絲標準強度1 670 MPa，彈性模量不小于1.95×105MPa；護套采用高密黑色和彩色雙層聚乙稀。錨具采用與斜拉索型號相匹配的冷鑄墩頭錨，塔端為張拉端，梁端為固定端；主梁拉索索距標準間距6.0 m。

斜拉索在索塔上的豎向分力由塔柱承擔、縱向分力主要由兩側(cè)斜拉索自平衡、橫向分力由索塔上下橫梁平衡、錨固區(qū)局部應(yīng)力由“井”字型鋼束和索塔內(nèi)壁鋼墊板傳遞。

斜拉索在主梁上的內(nèi)力由主縱肋、小縱肋及主梁橫隔板傳遞分配給主梁全截面。主縱肋、小縱肋及主梁橫隔板均采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系，有效的解決了主梁的應(yīng)力分配問題。

5.4抗震設(shè)計

本橋處于高地震烈度區(qū)，針對該特點采取了以下措施：

（1）在計算地震動響應(yīng)時，考慮地震動的空間相關(guān)性；在進行地震動輸入時，采用地震動的多向輸入，當?shù)卣鸷奢d水平向輸入時（同時考慮豎向地震動、豎向地震動按水平地震動的1/2考慮）。

（2）為充分考慮主引橋模型在橫橋向的相互耦聯(lián)振動，計算模型考慮主引橋相互聯(lián)系。并選用P1（50 a10%）和P2（50 a5%）兩水準進行地震響應(yīng)分析。

（3）結(jié)構(gòu)驗算，在以上兩種設(shè)防條件下，樁、墩及主梁等構(gòu)件地震內(nèi)力及位移均滿足強度、位移驗算要求。在配筋設(shè)計時，根據(jù)橋墩、橋塔彎矩包絡(luò)圖進行分段配筋設(shè)計，節(jié)約工程造價。

（4）針對本橋主梁縱向采用漂浮體系，地震力作用下位移響應(yīng)大的特點，橋梁縱向限位采用液粘滯阻尼器，橫向限位采用采用橫向限位塊，見圖11。

圖11　縱向限位阻尼器

6　施工方案

索塔推薦采用翻模法或滑模法施工。主梁根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，在索塔下橫梁上安裝臨時支架現(xiàn)澆主梁0號塊節(jié)段。懸澆段節(jié)段施工步驟為組拼掛籃，對稱懸臂澆筑主梁節(jié)段，張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，初張斜拉索，再移動掛籃，如此反復(fù)，直至合龍。交界墩處主梁段直接采用掛藍澆筑；瀘沽岸橋臺處梁段，利用隧道洞門開挖搭架現(xiàn)澆。斜拉索工廠化制作后運至工地安裝。

7　結(jié)　語

隨著高速公路向山區(qū)延伸，路線經(jīng)過之處均為山嶺重丘區(qū)，地形特點是重巒疊嶂，延綿起伏，溪溝縱橫，立體地貌突出，高低錯落，多以大跨高墩橋梁和隧道通過。山區(qū)橋梁所在地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，地震烈度較高，氣候條件惡劣，建設(shè)運輸條件差。同時山區(qū)自然生態(tài)脆弱，環(huán)保要求高，特別是陡坡地段和順坡地段墩臺開挖易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

結(jié)合山區(qū)橋梁上的設(shè)計經(jīng)驗，進一步系統(tǒng)總結(jié)完善相關(guān)技術(shù)，因地制宜地選擇適宜的橋型方案并注重橋梁的景觀效果和對周邊環(huán)境的保護，對改進橋梁設(shè)計理念，提倡橋梁創(chuàng)新設(shè)計意識，確保結(jié)構(gòu)耐久性是十分必要的。

U448.27

B

1009-7716（2016）01-0064-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.019

2015-09-11

田波（1974-），男，重慶萬州人，高級工程師，從事橋梁工程設(shè)計及研究工作。