田波

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

蘇村壩大渡河大橋設計

田波

（四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設計研究院，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、水文、施工等技術條件，介紹了主橋高低塔混凝土斜拉橋總體設計及其關鍵結構設計。

高低塔斜拉橋；總體設計；關鍵結構設計

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，落差較大，流速快。

圖1　高低塔斜拉橋實景圖

根據《中國地震動參數區(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，地震動反應譜特征周期為0.45 s，設計地震分組為第1組。

橋梁主跨基本位于直線段上，主梁整幅設計標準寬度27.5 m。橋梁縱坡為1.5%的單向坡設計。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計及其關鍵結構設計情況。

2　主要技術標準

該橋按高速公路雙向四車道設計，設計車速80 km/h，橋寬24.5 m，設計荷載等級：公路—Ⅰ級，地震基本烈度為Ⅷ級，設計洪水頻率：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，設計基準風速：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%，瞬時最大風速15.3 m/s。

橋位處設計流量Q0.3%=11 800（m3/s），設計流速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）。

工程地質調查測繪和鉆探揭露，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　橋型構思及孔跨的布設

根據橋區(qū)地形、地質、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。初步設計時提出了巖錨斜拉橋、高低塔斜拉橋、不對稱連續(xù)剛構橋三種橋型方案進行比選。

根據最終的地質鉆孔資料，巖錨處地質為粉砂巖或泥質粉砂巖，表層20 m內邊坡強卸荷帶發(fā)育，巖石破碎，裂隙發(fā)育；50 m內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合較好，但由于巖錨處地質條件較差，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，只能布設不對稱連續(xù)剛構橋，但其主梁為不對稱結構，梁體受力復雜，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。

根據橋位實際地質條件、綜合分析橋梁結構力學行為、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）適應地形和地質條件，橋型技術成熟。

（2）兩岸均設計為雙縱肋混凝土主梁，受力協(xié)調、橋型經濟、施工技術成熟。

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

根據上述特點，主橋橋跨組合采用132 m+220 m+ 67.65 m的預應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）高低塔兩側主梁長度分配比例為6：4，即有利于主梁內力的分配，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　關鍵結構設計

5.1主梁

主梁為預應力混凝土雙縱肋，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)段內設一道28 cm厚的橫隔板，以加強兩邊縱肋橫向剛度。主塔處設豎向支座、橫向限位裝置，縱向限位裝置。全橋設一個跨中合龍段，長度為2 m。

主梁、主梁橫隔板均采用C55混凝土。主梁縱向預應力鋼束設置了梁肋頂板束、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應力鋼束，均采用Φs15.24鋼絞線，采用塑料波紋管及真空壓漿。

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

設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

索塔設計，充分考慮了橋塔的景觀效果。主要對高低塔的協(xié)調性、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。上塔柱橫橋向寬3.5 m，順橋向寬5.0（4.5）～8.0（7.0）m，塔高76（51.5）m；下塔柱橫橋向寬4.0～8.0（7.0）m，順橋向寬8.0（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，頂底板厚0.6 m，腹板厚1.2 m。索塔基礎為承臺+樁基礎，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”型布置的預應力鋼束，鋼束沿塔柱豎向布置間距25cm，見圖9。由于橋塔設計為“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”型布置的預應力鋼束，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)預應力鋼束

圖10　非錨固區(qū)預應力鋼束

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

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)局部應力由“井”字型鋼束和索塔內壁鋼墊板傳遞。

斜拉索在主梁上的內力由主縱肋、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應力結構體系，有效的解決了主梁的應力分配問題。

5.4抗震設計

本橋處于高地震烈度區(qū)，針對該特點采取了以下措施：

（1）在計算地震動響應時，考慮地震動的空間相關性；在進行地震動輸入時，采用地震動的多向輸入，當地震荷載水平向輸入時（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分析。

（3）結構驗算，在以上兩種設防條件下，樁、墩及主梁等構件地震內力及位移均滿足強度、位移驗算要求。在配筋設計時，根據橋墩、橋塔彎矩包絡圖進行分段配筋設計，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。主梁根據結構特點，在索塔下橫梁上安裝臨時支架現澆主梁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，張拉預應力鋼束，初張斜拉索，再移動掛籃，如此反復，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澆。斜拉索工廠化制作后運至工地安裝。

7　結　語

隨著高速公路向山區(qū)延伸，路線經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、地質條件復雜，地震烈度較高，氣候條件惡劣，建設運輸條件差。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)地質災害。

結合山區(qū)橋梁上的設計經驗，進一步系統(tǒng)總結完善相關技術，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，對改進橋梁設計理念，提倡橋梁創(chuàng)新設計意識，確保結構耐久性是十分必要的。

U448.27

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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，從事橋梁工程設計及研究工作。