云臺通江河特大橋總體設(shè)計

何鋒 蔣建軍

[摘? 要]：云臺通江河特大橋是鎮(zhèn)巴至廣安高速公路通江至廣安段控制性工程，橋位處為通河特有魚類國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)核心區(qū)，主橋采用凈跨徑380 m上承式鋼筋混凝土拱橋一跨過江。該橋按雙向四車道高速公路橋設(shè)計，左幅增設(shè)凈寬6.5 m雙車道農(nóng)村公路。通過介紹該橋的總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工方案，為類似工程提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]：拱橋; 結(jié)構(gòu)設(shè)計; 勁性骨架

U442.5+4A

1 工程概況

1.1 項目概況

鎮(zhèn)巴至廣安高速公路通江至廣安段是鎮(zhèn)巴至廣安至重慶高速公路的重要組成路段，路線縱貫川陜兩省，向北通過巴中與陜西相連，形成北向出川大通道，向南通過廣安實現(xiàn)聯(lián)系重慶，進而連接廣西，形成南向出海大通道。云臺通江河特大橋位于平昌縣云臺鎮(zhèn)，為跨越通江河而設(shè)，是鎮(zhèn)廣高速通江至廣安段控制性工程。大橋按雙向四車道高速公路橋設(shè)計，左幅增設(shè)凈寬6.5 m雙車道農(nóng)村公路，設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級。

1.2 自然地理概況

（1）地形、地貌。場區(qū)地貌為剝蝕侵蝕低山地貌，附近山嶺標高556～701 m，橋位處通江河河道標高309～319 m，切割深度小于500 m。橋址區(qū)通江河河道整體較順直，河谷兩岸為山巒疊嶂、植被茂密的低山，并呈臺階狀寬臺與陡崖交替的地形特征，斜坡自然坡度一般10～35°。緩坡處生長灌木或雜草，陡坡、陡崖處基巖呈條帶狀大面積裸露。

（2）工程地質(zhì)特征。擬建橋址區(qū)處于巴中～儀隴～平昌蓮花狀構(gòu)造帶內(nèi)，橋址區(qū)位于稅家槽背斜西翼，場區(qū)內(nèi)無斷裂通過，場區(qū)內(nèi)巖層近水平。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動并不強烈，其總的表現(xiàn)是以緩慢的抬升為主的差異運動。河流以下切加深河谷為主，側(cè)蝕作用微弱。橋位處斜坡第四系松散層整體厚度小，斜坡體整體穩(wěn)定，場區(qū)內(nèi)無大型不良地質(zhì)體，下伏地層巖性為砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，場地穩(wěn)定。

（3）氣候。測區(qū)處于四川盆地的東北緣，區(qū)內(nèi)氣候溫和，雨量豐富。年平均氣溫在16 ℃左右，夏季氣溫一般25～30 ℃，即使盛夏時節(jié)最高氣溫一般亦不超過30 ℃，冬季（除山地外）氣溫也大多在0 ℃以上（通常為3～6 ℃，最低為1.8 ℃左右），年均相對濕度為75%左右。

（4）水文。橋址區(qū)通江河河道整體較順直，下游1.5 km為雙灘電站，水庫正常高水位為319 m，兩岸岸坡均為階梯狀基巖陡坎、陡崖，漫灘不發(fā)育，河道及岸坡基巖條帶狀出露。

2 主要技術(shù)標準

（1）公路等級：高速公路。

（2）設(shè)計速度：主線100 km/h。

（3）荷載等級：用公路-Ⅰ級。

（4）橋梁寬度：左幅20 m（含地方道路），右幅13 m。

（5）設(shè)計洪水頻率：1/300（特大橋） 。

（6）通航等級：Ⅴ級。

（7）地震動峰值加速度：0.05g。

3 總體設(shè)計

該橋位控制主橋跨徑的因素主要有：

（1）橋位處為通河特有魚類國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)核心區(qū)，需一跨過江，常水位下水面寬度約360 m。

（2）路線平面線形為“一直接兩曲”。其中直線長度為490 m，兩側(cè)曲線平均半徑為1 110 m，主橋應(yīng)盡量布設(shè)在直線段，以消除曲線線形帶來的附加內(nèi)力影響。

根據(jù)上述控制條件，可供選擇的橋型主要為懸索橋和拱橋，對于360 m左右主跨的懸索橋，經(jīng)濟性較差，且懸索橋施工工序復(fù)雜，施工工期長、后期養(yǎng)護工作量較大。對于鋼管混凝土拱橋方案，由于該橋位于偏遠山區(qū)，交通不便，無水運條件，大型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段無法運輸，且后期養(yǎng)護維修工作量較大。按照“技術(shù)先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理”的設(shè)計理念和要求，本橋理想的橋型應(yīng)采用鋼筋混凝土拱橋。綜上所述，擬定了鋼筋混凝土拱橋作為橋型方案。在滿足通航、魚評、行洪等相關(guān)論證要求下，主橋采用凈跨徑380 m上承式鋼筋混凝土拱橋（圖1），引橋采用40 m簡支T梁。

該橋上游300 m處為紅渡河渡口，為解決當?shù)厝罕娺^江問題，該橋左幅增設(shè)凈寬6.5 m農(nóng)村公路，全橋總寬33 m（圖2），斷面布置為0.5 m（防撞護欄）+6.5 m（農(nóng)村公路）+26 m（四車道高速路寬度）。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 主拱圈設(shè)計

主橋凈跨徑380 m，凈矢跨比為1/4.65，拱軸系數(shù)為1.83。主拱采用等截面懸鏈線無鉸拱，拱圈采用三拱肋，三拱肋間設(shè)置足夠的橫向連接構(gòu)造[1]，每個拱肋為單箱單室截面，拱圈截面高度和寬度分別為6.5 m和7 m（圖3）。

拱圈標準段頂、底板厚45 cm，腹板厚35 cm;拱圈拱腳設(shè)置2 m長實心段和2 m過渡段，拱圈頂、底板厚度從過渡段沿拱軸線至第1道箱內(nèi)隔板由100 cm漸變?yōu)?0 cm，腹板厚度為55 cm;第1道箱內(nèi)隔板至第3道箱內(nèi)隔板頂?shù)装搴穸炔捎?0 cm，腹板厚度采用55 cm;頂?shù)装搴穸韧ㄟ^4.5 m漸變段由80 cm變?yōu)?0 cm;頂?shù)装搴穸妊毓拜S線長度方向至第6道箱內(nèi)隔板范圍內(nèi)采用60 cm，腹板厚度采用35 cm;最后通過4.5 m長度漸變?yōu)闃藴蕯嗝妗?/p>

4.2 主拱勁性骨架設(shè)計

勁性骨架為型鋼與鋼管混凝土組成的桁架結(jié)構(gòu)，每肋上、下各2根540（外徑）×18（22） mm、內(nèi)灌C100補償收縮自密實混凝土的鋼管砼弦桿;弦桿通過橫聯(lián)角鋼和豎向角鋼連接而構(gòu)成型鋼-鋼管混凝土桁架，在拱肋橫聯(lián)應(yīng)設(shè)置設(shè)交叉撐，加強橫向連接。腹桿及平聯(lián)與弦桿均采用焊接連接。

勁性骨架所有鋼材均應(yīng)進行預(yù)處理，鋼管外表面及角鋼等鋼材均涂裝車間底漆，保證其在從加工到拱圈混凝土澆筑完成期間不受腐蝕，確保其性能。

勁性骨架鋼管優(yōu)先采用無縫鋼管，經(jīng)技術(shù)論證可行時可采用直縫焊接鋼管，各焊縫需錯開。

全橋勁性骨架劃分為21個吊裝節(jié)段（圖4），吊裝節(jié)段長度18.3～21.4 m，骨架節(jié)段最大吊重為50 t。

4.3 拱上構(gòu)造設(shè)計

拱上構(gòu)造由墊梁、拱上立柱、蓋梁組成拱上排架，采用搭架現(xiàn)澆的施工方法。

拱上墊梁較低一側(cè)高均為50 cm，另一側(cè)高度隨墊梁位置的變化而變化。

拱上立柱橫向為三柱，高立柱采用空心薄壁結(jié)構(gòu)，空心立柱橫橋向?qū)?.1 m，縱橋向墩頂寬1.8 m，1#～3#和10#～12#立柱縱橋向按80∶1的比例向下變寬，4#和9#立柱縱橋向不放坡，空心墩薄壁厚度為35 cm。5#和8#立柱采用實心等截面結(jié)構(gòu)，橫向尺寸為2.1 m，縱向尺寸為1.8 m。6#～7#為拱上橫墻，橫向尺寸為32.95 m，縱向尺寸為2.3 m。

立柱蓋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，蓋梁頂?shù)酌婢O(shè)置雙向2%橫坡，蓋梁寬為230 cm，高為200 cm，。

4.4 行車道梁

行車道梁采用30.5 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，每孔橫向15片梁，梁高為200 cm，中梁預(yù)制頂板寬為160 cm，邊梁預(yù)制頂板寬為180 cm，左幅梁中心線間距為223.1 cm，右幅梁中線間距為217 cm。

4.5 拱座和交界墩

拱座設(shè)計為鋼筋混凝土拱座，拱座基礎(chǔ)置于穩(wěn)定的、完整的中風(fēng)化基巖上。粉砂質(zhì)泥巖承載力基本容許值為0.8 MPa，砂巖承載力基本容許值為1.8 MPa。

拱座采用整幅設(shè)置，橫橋向?qū)?4.6 m，順橋向長24.8 m，拱座總高16 m，分三級臺階，每級臺階高為5～6 m，寬為6～7 m，臺階開挖面按1∶0.3放坡。

拱座基坑開挖止水采用布設(shè)咬合樁的方案，按照“跳樁施工”原則施工，先施工素混凝土樁，再施工鋼筋混凝土樁，素混凝土樁和鋼筋混凝土樁之間咬合20 cm。

交界墩為三柱薄壁空心墩，橫橋向墩寬3 m，縱橋向?qū)? m，厚度為50 cm。交界墩蓋梁高3.0 m，寬5.5 m。交界墩直接設(shè)置在拱座上。

4.6 引橋

引橋上部結(jié)構(gòu)為40 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁。左幅每孔由9片梁組成，右幅每孔由6片梁組成，梁高為250 cm，中梁預(yù)制頂板寬為160 cm，邊梁預(yù)制頂板寬為180 cm，左幅梁中心線間距為223.1 cm，右幅梁中線間距為217 cm。

整幅式引橋墩采用三柱方墩，分幅式引橋墩采用雙柱墩+獨柱墩，與主橋立柱數(shù)量保持統(tǒng)一。橋臺采用重力式橋臺。

5 勁性骨架法施工

鋼管混凝土勁性骨架成拱技術(shù)用途廣、跨徑大，已成為300 m以上混凝土拱橋主要的建造技術(shù)[2]。鋼管混凝土勁性骨架不僅在施工中起支架作用，也是拱圈完成后的重要承力構(gòu)件[3]。

5.1 勁性骨架的加工

主拱圈鋼管勁性骨架的加工應(yīng)由專業(yè)廠家完成，并應(yīng)進行全面的自檢和復(fù)檢。由于本項目運輸條件受限，上下弦桿及其相連的節(jié)點板應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)加工廠焊接成型，檢測合格后散件運輸至工地;然后在工地拼接廠對弦桿、豎桿、斜腹桿和平聯(lián)支撐等進行焊接組裝，預(yù)拼裝合格后再運輸至起吊位置進行起吊安裝。

5.2 勁性骨架節(jié)段安裝

勁性骨架節(jié)段安裝采用兩岸對稱懸拼，采用吊裝系統(tǒng)吊裝勁性骨架節(jié)段。每拱肋勁性骨架每半跨分10個吊裝節(jié)段和1個合龍段（吊段最大重量約為50 t）。每2個吊段為一扣段，每一扣段中，前一吊段采用臨時扣索扣住，待后一吊段就位后張拉正式扣索，同時拆除臨時扣索。節(jié)段為單肋安裝，單肋節(jié)段安裝就位后，應(yīng)拉抗風(fēng)索，確保橫向穩(wěn)定。帶有肋間橫聯(lián)的吊段，肋間橫聯(lián)叉撐與相應(yīng)節(jié)段同時安裝。

5.3 勁性骨架合龍

當左、右半跨各5個正式扣索均已扣定并調(diào)整至設(shè)計值后即可進行骨架的合龍工序。合龍前應(yīng)在的氣溫較為穩(wěn)定的時段內(nèi)（以清晨為好）精確測量每根鋼管的間隙長度，先以嵌管、嵌片將節(jié)段間間隙填塞緊密，再將預(yù)加工好的2個半圓管套在合龍間隙間合龍，以高強螺栓栓緊，并將套管管口與弦管管壁焊好，即完成了勁性骨架的合龍工序。

5.4 鋼管混凝土澆筑

桁架在松索以后，經(jīng)各項測試及計算分析滿足規(guī)范要求以后，即可灌注主拱圈上、下弦鋼管內(nèi)砼。采用C100高性能混凝土，以泵壓法自拱腳向拱頂，按設(shè)計的灌注順序灌注鋼管內(nèi)混凝土[4]。

5.5 拱圈澆筑

待勁性骨架弦管內(nèi)混凝土達到設(shè)計強度后，方可澆筑拱圈混凝土。拱圈的澆筑采用“先底板，再兩個腹板，后頂板”的三環(huán)澆筑方式[5]。每環(huán)混凝土澆筑分10個工作面，每個工作面分為12個節(jié)段（圖5），每次澆筑前，應(yīng)保證前1節(jié)段澆筑的拱圈混凝土不少于5天齡期，且達到設(shè)計強度的90%后，再澆筑下一段混凝土。先按上、下游對稱且兩岸對稱方式分10個工作面逐個節(jié)段外包第一環(huán)混凝土直至合龍，然后再按同樣方式分10個工作面，每個工作面按3個節(jié)段整體澆筑腹板混凝土;再分10個工作面，每個工作面12個節(jié)段整體對稱澆筑頂板混凝土，最后澆注肋間橫聯(lián)混凝土。

6 結(jié)束語

云臺通江河特大橋采用凈跨徑380 m上承式鋼筋混凝土拱橋不僅滿足一跨跨越通河特有魚類國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)核心區(qū)的要求，同時該橋型方案具有養(yǎng)護簡單，后期病害少、造價較低的特點。該橋左幅增設(shè)凈寬65 m農(nóng)村公路，極大解決了當?shù)厝罕娺^江問題。該橋采用勁性骨架法成拱技術(shù)，為該類工法在大跨度橋梁的運用又推進了一步。

參考文獻

[1] 鋼筋混凝土箱形拱橋設(shè)計規(guī)程： DB51/T 1992-2015[S].

[2] 謝邦珠，莊衛(wèi)林，蔣勁松，等. 鋼管混凝土勁性骨架成拱技術(shù)的興起和發(fā)展[C]//中國土木工程學(xué)會橋梁及結(jié)構(gòu)工程分會.第二十一屆全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集（上冊）.中國土木工程學(xué)會橋梁及結(jié)構(gòu)工程分會：中國土木工程學(xué)會，2014：4.

[3] 鄧年春，李長勝，郭曉，等. 鋼管混凝土勁性骨架拱橋主拱圈施工方法進展[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2021（15）：6132-6139.

[4] 公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范： JTG/T D65-06-2015[S].

[5] 黃雨忠，向陽. 三沙大橋總體設(shè)計[J]. 中外公路，2021（2）：125-129.