峽口香溪河大橋方案設計

林 杰 李 秋 高建麗

(1.中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056；2.興山縣交通運輸局，湖北 宜昌 443700)

1 項目概況

峽口香溪河大橋位于湖北省宜昌市興山縣峽口鎮(zhèn)，該片區(qū)位于舉世矚目的長江三峽工程庫區(qū)、長江西陵峽北側，屬國務院確定的長江三峽經濟開發(fā)區(qū)。

興山縣山環(huán)水繞，環(huán)境優(yōu)美，人杰地靈；水能、礦產、旅游文化資源豐富，交通四通八達。香溪河是流經湖北興山與秭歸的最大河流，于香溪鎮(zhèn)東側注入長江，在三峽大壩建成，達到設計最高通航水位173.31m(85高程)時，香溪河可通航河道里程達37km，一躍成為湖北省三峽庫區(qū)最大的支流，航運發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

為實現(xiàn)分流峽口鎮(zhèn)街道過境交通及港口運輸交通，同時考慮航道發(fā)展的需要，預留足夠的通航凈空，使峽口河段在三峽庫區(qū)高水位時能夠達到內河I級航道標準，峽口香溪河大橋的建設顯得尤為迫切[1]。

2 技術標準

峽口香溪河大橋采用的主要技術標準見表1。

表1 峽口香溪河大橋技術標準

3 橋位概況

3.1 地形地貌

圖1 橋址區(qū)地貌

場地處于鄂西南山地，鄂西南地處揚子準地臺的上揚子臺褶帶，地質構造較復雜。項目區(qū)整體處于低山峽谷地貌區(qū)，總體上北低南高，地形起伏較小，地面高程在167～239m之間，相對高差72m左右。橋址香溪河左岸多為碳酸鹽巖低山地貌，山坡陡峭，山頂多呈渾圓狀，山頂高程在600～2000m之間。香溪河右岸以砂泥巖侵蝕構造低山為主，多系單面山，山脊尖棱，山頂高程500～1400m之間。山脊基本上山由砂巖組成，而泥巖則多形成溝谷或緩坡。

3.2 河段特征

橋位處為河流中等切割的低山峽谷地貌，河流下切作用較淺，橋位處河床斷面呈深U形，河床底部較為平緩，兩側岸坡較為陡峭；橋位處右岸側原為砂石料碼頭，拆遷后現(xiàn)狀形成一處平臺；兩岸山體均較為陡峭，山體坡角約40～45°。河道往下游較為順直，水面寬度較窄；河道往上游略有轉向，且水面寬度逐步變寬；

大橋所跨越的工程河段屬于三峽庫區(qū)，最大水深約62m，庫區(qū)最高蓄水位173.25m下河面寬度約為225m，庫區(qū)最低蓄水位143.25m下河面寬度約為160m。

3.3 地質條件

橋址區(qū)主要為碎石土、粘土、耕植土、強風化泥巖、強風化白云灰?guī)r、中風化白云灰?guī)r。碎石土分布于原砂石料碼頭處，為修建碼頭時的人工填筑土；強風化泥巖主要分布于S255省道上方的山體處。橋位處廣泛分布有強風化白云灰?guī)r、中風化白云灰?guī)r，中風化白云灰?guī)r是良好的橋梁基礎持力層。

4 橋型方案構思及擬定原則

主橋橋型方案是項目方案選擇的重要環(huán)節(jié)[2]，本橋方案構思主要原則：

(1)橋址區(qū)域位于三峽庫區(qū)范圍內，在橋型方案選擇時，以通航、防洪等專題報告研究結論為基礎，滿足通航要求的條件，同時執(zhí)行水利部門對橋跨布置方面的要求，合理布跨，減少工程造價。

(2)橋型方案應結合工程河段及兩岸地形的特點，盡量減小關鍵工程的難度和技術風險，控制工程的總體規(guī)模。

(3)橋型方案的選擇應盡量避免在不良地質地段設置大型橋墩及基礎。

(4)特大型橋梁是區(qū)域性的標志性工程之一，橋梁的建設不但要滿足交通功能，還要從橋梁的建筑與景觀出發(fā)，設計出具有特色的橋型，使橋梁與周邊環(huán)境協(xié)調，適當融入當地歷史文化特色，創(chuàng)造具有獨特地域性文化的景觀橋梁。

(5)在滿足大橋使用功能的基礎上，應技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理，反映當代造橋的技術水平。

5 橋型方案擬定

5.1 預應力混凝土連續(xù)鋼構橋

受橋位處地形條件限制[3]，大橋主跨跨徑至少需220m，同時為滿足橋墩受力的需要[4]，需要抬高主橋縱斷面設計標高約30m。為減小大橋兩端接線的開挖量，右岸邊跨跨徑選取為70m，這需對大樁號側邊跨箱梁采取壓重設計以便平衡主跨重量[5]。該橋型方案的立面布置如下圖所示：

圖2 主跨220m預應力混凝土連續(xù)剛構方案橋型立面布置圖(單位：m)

連續(xù)剛構橋方案缺陷在于：①主跨跨徑較小、主墩尺寸較大，侵占了高水位期的可通航水域、壓縮了河道行洪斷面面積，對橋位上下游的港口運營影響亦較大；②主橋兩端接線范圍內為中風化泥巖且存在多個滑坡體，縱斷面被抬高約30m后，接線長度較長、縱坡較大，較大的開挖會對原有滑坡體的產生劇烈擾動，存在安全風險；③主墩樁基采用旋挖樁或沖擊鉆成孔，需供大型機械作業(yè)的空間，但主墩樁基位于河道半坡處，坡面呈40～45°度角，坡面陡峭且為質地堅硬的中風化灰?guī)r，水中搭設施工平臺的技術難度及施工風險很大。

綜合以上因素，預應力混凝土連續(xù)剛構橋方案的可行性較低，本項目不適合采用剛構橋橋型。

5.2 方案一(90+238)m中央索面獨柱斜塔斜拉橋

本方案采用(90+238)m的鋼箱梁與混凝土箱梁混合梁單索面獨塔斜拉橋，全橋跨徑布置為：(90+238)m獨塔斜拉橋+(2×15)m現(xiàn)澆箱梁，全橋長361m。橋型立面布置如下：

圖3 (90+238)m混合梁獨塔斜拉橋方案橋型立面布置圖(單位：m)

本方案造型新穎獨特，氣勢宏偉，與周圍的自然環(huán)境相協(xié)調。橋塔造型借用昭君攜琵琶出塞的典故，將鉆石型橋塔圓潤化處理，模擬琵琶造型，并將橋塔傾斜10°布設，其意境恰如昭君懷中的琵琶，貼切的體現(xiàn)了興山縣的昭君文化特色[1]。本方案主橋邊中跨比極小，為0.378(按雙塔類比為0.189)，橋塔向岸側傾斜10°，可很好的利用主塔的部分重力與邊跨斜拉索水平力，來共同平衡主跨斜拉索的水平力，改善結構的受力，達到避免出現(xiàn)邊跨負反力的目的。

本方案主跨采用自重較輕的鋼箱梁，橋寬25.5m，梁高3.0m，扁平鋼箱梁斷面，單箱三室構造，全焊結構，由中部的封閉鋼箱與兩側的挑臂組成，標準長度12.8m?？紤]到常規(guī)的鋼橋面鋪裝造價昂貴[6]、較易損壞且地方公路養(yǎng)護機構不具備鋼橋面鋪裝的養(yǎng)護能力，推薦采用超高性能混凝土鋪裝結構[7]，即4.5cm厚UHPC層+3.5cm厚SMA面層，其中UHPC層可滿足全壽命周期耐久性要求，日常維護僅需考慮常規(guī)的SMA面層。

邊跨混凝土梁采用單箱雙室的形式，為平衡主跨梁體重量，對混凝土箱梁頂、底板進行特別加厚，混凝土梁頂板厚40cm，底板厚60cm，斜腹板厚50cm。鋼混結合段設于主跨側距主墩理論跨徑線11.05m處，此處主梁的彎矩較小[8]。

圖4 方案一鳥瞰效果圖

斜拉索為單索面雙排索，布置在中央分隔帶處，橫向間距2.0m，邊跨順橋向標準索距為4.0m，主跨為12.8m，邊中跨各17對拉索，全橋共計34對，扇形式布置，采用φ7高強度低松弛成品高強平行鋼絲，強度1770Mpa，錨具為冷鑄墩頭錨具，梁上為錨固端，塔上為張拉端。

主塔為“琵琶”造型塔，主塔總高度126m?！芭谩毙蜆蛩譃樯纤?、中塔柱及下塔墩三個部分。塔身采用空心矩形截面，上塔柱為變截面，塔頂截面尺寸為7.0×7.0m(順×橫)，橫橋向壁厚0.8m，順橋向壁厚0.8m；中上塔柱之間設有變截面的分叉過渡段；中塔柱為變截面，截面尺寸7.6×6.3m～8.1×4.5m(順×橫)，橫橋向壁厚0.8m，順橋向壁厚0.8m；下塔墩為整體式變截面單箱六室空心薄壁墩，塔墩頂部為墩梁固結區(qū)。

采用群樁基礎，共15根鉆孔樁，樁徑2.2m，順橋向樁中心間距5.5m，橫橋向樁中心間距5.5m。承臺采用整體式，尺寸為26×15m(橫×順)，高6.5m。

5.3 方案二 主跨260m單跨雙鉸雙鋼邊箱組合梁懸索橋

本方案采用主跨260m單跨雙鉸雙鋼邊箱組合梁懸索橋，全橋跨徑布置為：2×30m現(xiàn)澆箱梁+260m懸索橋+19m現(xiàn)澆箱梁，全橋長351m。

圖5 方案二鳥瞰效果圖

加勁梁采用雙邊鋼箱組合梁形式，加勁梁由兩側的雙鋼邊箱、鋼橫梁、小縱梁及混凝土橋面板組成。鋼邊箱總寬2.0m，頂板厚16mm，外側腹板厚28mm，內側腹板厚16mm，斜底板厚16mm，平底板厚24mm。頂板采用球扁鋼加勁，內側腹板、斜底板、外側腹板均采用扁鋼加勁。鋼橫梁縱橋向標準間距4m，為工字形鋼板梁，主梁中心線處梁高1.43m，頂板24×600mm，腹板厚12mm(非吊點橫梁)、14mm(吊點橫梁)，橫梁底板跨中區(qū)域50×800mm、兩側區(qū)域24×600mm?；炷翗蛎姘搴?2cm，橫橋向分為兩塊預制板。橋面板利用濕接縫與剪力釘與鋼縱、橫梁聯(lián)接為整體。

主纜矢跨比采用1:8，橫向布置兩根，間距22.0m。采用PPWS(即預制平行索股)法架設，鋼絲標準抗拉強度為1770MPa。每根主纜由37根索股組成，每根索股由91絲直徑為5.1mm的熱鍍鋅-鋁合金鍍層高強鋼絲組成。主纜纏圓形鋼絲纏絲+纏包帶進行防腐。

主塔為鋼筋混凝土框架結構，由塔座、塔柱、上橫梁、下橫梁組成。主1號塔高56.0m，主2號塔高53.8m。塔柱為等截面的矩形空心截面，橫橋向尺寸為3m，縱橋向尺寸為4m，壁厚0.6m。主塔采用分離式群樁基礎，承臺高均為3.5m，樁基直徑為2.4m，縱、橫橋向均兩排，共四根。

根據地形及地質情況，采用隧道式錨碇。錨塞體長度均為14m；前錨面7.8m×8.4m(寬×高)；后錨面9.0m×13.1m(寬×高)。主纜錨固系統(tǒng)采用型鋼錨固系統(tǒng)，型鋼錨固系統(tǒng)錨體錨面與水平面的夾角為47°，理論散索點IP點到前錨面的距離為14.0m。后錨梁中心線與后錨面在同一個平面上。

5.4 方案三 跨徑270m的中承式鋼管混凝土拱橋

本方案采用計算跨徑270m的中承式鋼管混凝土拱橋，全橋跨徑布置為：2×25m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁+(29×10m)組合T梁+1×14m現(xiàn)澆簡支箱梁，全橋長354m。橋型立面布置圖如下所示：

圖6 主跨270m中承式鋼管混凝土拱橋方案橋型立面布置圖(單位：m)

主拱肋計算跨徑270m，矢跨比為1/4，主拱軸線為懸鏈線，拱軸系數m=1.167，拱肋為四鋼管混凝土桁架式結構[9]。拱肋上、下弦桿為兩根φ1000mm鋼管+綴板形成的啞鈴型截面，上下綴板外側間距為800mm，灌注混凝土，混凝土采用早強、緩凝、微膨脹C50混凝土。整個拱肋截面高5.5～9.5m，寬2.7m，上下弦桿間用φ500×16的豎、斜腹桿連接。

兩道拱肋之間設有11道橫撐以保證拱肋橫向穩(wěn)定。橋面至拱頂之間共設7道鋼管桁架“X”形橫撐，橋面與拱肋相交處設拱上橫梁，拱上立柱處設“K”字撐。

吊桿采用鋼絞線整束擠壓拉索，成品索采用15.24mm無粘結環(huán)氧噴涂鋼絞線纏包后熱擠HDPE，鋼絞線抗拉強度σb=1860MPa。吊桿間距10m，D01號、D19號拉桿采用GJ37吊桿，其余采用GJ25吊桿。

主橋行車道系為鋼橫梁、鋼邊縱梁、小縱梁形成的梁格體系與混凝土橋面板組合形成的整體式、全連續(xù)的組合梁橋面系。橋面系由過渡墩、拱上立柱、肋間橫梁及吊桿提供豎向支撐，形成半漂浮體系。吊桿橫梁、拱上及立柱橫梁均為工字形鋼板梁，橋梁中心線處梁高1990mm，上翼緣板厚24mm、寬600mm，腹板厚16mm，跨中區(qū)域底板厚42mm、寬800mm。

主拱2號、3號拱座均為整體式擴大基礎，基底落在中風化巖層上。

6 方案比較

結合結構受力、施工難度、景觀效果、通航、防洪、工程經濟性、工期等對以上三個橋型方案進行綜合比選。

表2 主橋方案比選表

續(xù)表

從上表中可以看出，盡管斜拉橋方案的總造價微微高于懸索橋及鋼管拱橋方案，但該方案橋跨較小，施工工藝成熟，難度較低，不存在懸索橋隧道錨施工的困難，質量易保證，工期為28個月，亦優(yōu)于其他方案；且斜拉橋總體造型在考慮受力需要的基礎上，還融合了地方文化特色，景觀效果明顯優(yōu)于其他方案。在通航、港口規(guī)劃、防洪等方面，斜拉橋方案的影響均較為輕微，總體沒有明顯的不足。綜合以上因素，推薦景觀效果突出、施工難度較低的斜拉橋方案。

7 結束語

該橋方案擬定階段，因地制宜、結合橋位建設條件，考慮連續(xù)剛構、斜拉橋、懸索橋及鋼管混凝土拱橋四種橋型方案，并從結構受力、施工難度、工程經濟性、工期等多個方面進行比選，最終確定了(90+238)m的獨斜塔斜拉橋的推薦方案，很好的響應了方案擬定的原則，為類似的橋梁設計提供參考。

峽口香溪河大橋建設進展順利，目前在前期研究的基礎上，已完成施工圖設計并獲得主管部門的批復，現(xiàn)已進入施工階段。