梁 健, 肖 雨, 鄭旭峰

(四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院, 四川成都 610041)

1 工程概述

溜索是居住在我國(guó)西部大山深處群眾的一種原始出行方式，長(zhǎng)期以來(lái)，當(dāng)?shù)鼐用褚揽苛锼魍鶃?lái)于高山峽谷之間或者河流之上，以之作為主要的甚至是唯一的出行手段。使用溜索出行存在很大的安全隱患，給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚a(chǎn)資料和生活必須品的運(yùn)輸造成極大的困難，許多地區(qū)陸續(xù)對(duì)溜索進(jìn)行了改造。“十一五”以來(lái)，國(guó)務(wù)院扶貧辦、交通運(yùn)輸部先后在西藏自治區(qū)和云南省怒江州組織實(shí)施了84 對(duì)、42 對(duì)“溜索改橋”項(xiàng)目，大大改善了當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷某鲂袟l件，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

2012年3月4日，國(guó)務(wù)院扶貧辦在兩會(huì)期間接受中央電視臺(tái)專(zhuān)訪時(shí)表示：“十二五”期間將力爭(zhēng)完成對(duì)全部溜索的改造，結(jié)束這種原始落后的交通方式。2012年3月28日，交通運(yùn)輸部與國(guó)務(wù)院扶貧辦就“溜索改橋”工作進(jìn)行了會(huì)談，商定將在“十二五”期間，合作實(shí)施貧困地區(qū)“溜索改橋”工程，結(jié)束“溜索時(shí)代”。2013年8月8日，由國(guó)務(wù)院扶貧辦、交通運(yùn)輸部組織的“溜索改橋”工程建設(shè)座談會(huì)在北京召開(kāi)，決定于2013年～2015年在全國(guó)實(shí)施290對(duì)“溜索改橋”項(xiàng)目。

金陽(yáng)縣對(duì)坪一村西營(yíng)組溜索改橋工程(圖1)位于四川省涼山州金陽(yáng)縣對(duì)坪鎮(zhèn)和云南省昭通市巧家縣東坪鎮(zhèn)之間，項(xiàng)目區(qū)域?qū)傥覈?guó)邊遠(yuǎn)落后的少數(shù)民族地區(qū)。因地處高山峽谷，地勢(shì)險(xiǎn)峻，過(guò)去受經(jīng)濟(jì)條件限制，建橋成本高，溜索一直以來(lái)是四川、云南兩岸居民橫跨金沙江最主要甚至是唯一的交通方式。

圖1 金陽(yáng)縣對(duì)坪西營(yíng)組溜索

對(duì)坪鎮(zhèn)一村西營(yíng)組溜索位于四川省與云南省交界的金沙江上，溜索長(zhǎng)度325 m，為柴油機(jī)卷動(dòng)的箱籠溜，為川滇兩省的私人投資興建。一村西營(yíng)組溜索主要連通四川省金陽(yáng)縣對(duì)坪鎮(zhèn)與云南省巧家縣東坪鎮(zhèn)太平場(chǎng)移民安置點(diǎn)，可運(yùn)輸行人、摩托車(chē)、小轎車(chē)通行，直接涉及人口四川岸約8 000人，云南岸人口約1 193人。當(dāng)前，從奧威大橋(上游13.9 km)至通陽(yáng)大橋(下游25.6 km)之間的40 km內(nèi)，原有思茅坪村溜索、山江村溜索、老渡口村溜索、么米花村溜索、春江街下溜索、王家屋基溜索等己相繼拆除，兩岸居民來(lái)往只能遠(yuǎn)距離繞行。

該橋主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：

荷載等級(jí)：公路—Ⅰ級(jí)；橋梁寬度：10.5 m(含兩側(cè)各1.5 m人行道)；地震基本烈度：Ⅶ度；地震動(dòng)峰值加速度：0.15g。

2 橋型方案

橋位于溪洛渡庫(kù)區(qū)，兩岸地形陡峻，最高蓄水位時(shí)水面寬度約260 m。此跨徑可選用的橋型有連續(xù)剛構(gòu)橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋。由于兩岸地形所限，采用常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨布置困難，不推薦采用。同時(shí)，因該橋所在位置偏僻，資金不足，養(yǎng)護(hù)人員和技術(shù)條件有限，無(wú)法對(duì)懸索橋、斜拉橋等橋型進(jìn)行有效的后期維護(hù)，因此也不是合適的橋型。因此，拱橋是最為合適的選擇。

同樣由于養(yǎng)護(hù)、維修及工程造價(jià)的因素，鋼拱橋和鋼管混凝土拱橋也不是該工程的優(yōu)選橋型。因此，考慮采用上承式鋼筋混凝土拱橋一跨跨越金沙江。

為避開(kāi)兩岸卸荷裂隙，主跨采用凈跨徑280 m。大橋全橋長(zhǎng)391.9 m。主橋橋面采用0.3 %的雙向縱坡。全橋跨徑組合為2×22.7 m(預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁)+295.1(13×22.7) m(鋼筋混凝土拱橋)+2×22.7 m(預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁)，主孔凈跨為280 m，起拱標(biāo)高為604.461 m。主橋長(zhǎng)295.1 m，引橋長(zhǎng)為96.8 m(圖2)。

圖2 橋跨總體布置

3 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.1 主拱圈設(shè)計(jì)

主拱采用等截面懸鏈線無(wú)鉸拱，凈跨徑280 m，凈矢高46.7 m，矢跨比1/6，拱軸系數(shù)2.5。拱圈采用橫向?qū)挾? m、高度4.9 m的單箱雙室截面，標(biāo)準(zhǔn)段頂、底板厚0.4 m，腹板厚0.3 m。拱圈拱腳至第一根立柱間頂、底板和邊腹板厚度漸變，頂、底板混凝土厚度由標(biāo)準(zhǔn)段的0.4 m線性變化至拱腳的0.7 m，邊腹板厚度由標(biāo)準(zhǔn)段的0.3 m線性變化至拱腳的0.55 m，拱圈斷面如圖3所示。

(a)拱頂截面

(b)拱腳截面圖3 拱圈構(gòu)造(單位：cm)

3.2 拱上構(gòu)造

拱圈上設(shè)墊梁，墊梁較低一側(cè)高50 cm。墊梁上設(shè)立柱，立柱橫向?yàn)殡p柱。兩岸接近交界墩的立柱最高，采用空心薄壁結(jié)構(gòu)，其余立柱采用實(shí)心結(jié)構(gòu)?？招牧⒅鶛M橋向?qū)?60 cm，縱橋向墩頂寬160 cm，縱橋向按100∶1的比例放坡，薄壁厚度為40 cm。實(shí)心立柱采用等截面，橫橋向?qū)?60 cm，縱橋向?qū)?40 cm。

立柱之上的鋼筋混凝土蓋梁寬220 cm，高150 cm，蓋梁水平設(shè)置，蓋梁上墊石高度各不相同，以此適宜橋面橫坡。

拱上構(gòu)造如圖4所示。

圖4 拱上構(gòu)造(單位：cm)

3.3 行車(chē)道梁

行車(chē)道板采用預(yù)應(yīng)力混凝土帶翼小箱梁，跨徑22.7 m。橫斷面上設(shè)4片梁，梁高為140 cm，中板寬267 cm，邊板寬258 cm，如圖5所示。

圖5 行車(chē)道梁橫斷面布置

3.4 拱座和交界墩

兩岸拱座基礎(chǔ)置于完整的弱風(fēng)化基巖上，拱座采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

交界墩為雙柱薄壁空心墩，橫橋向墩寬250 cm，縱橋向?qū)?00 cm，墩薄壁厚度為40 cm。

4 主拱架設(shè)方案

主拱采用強(qiáng)勁骨架法架設(shè)，即先架設(shè)鋼管混凝土強(qiáng)勁骨架成拱、再利用形成的骨架外包混凝土、最終完成拱圈施工的施工方案。

4.1 主拱強(qiáng)勁骨架構(gòu)造

勁性骨架為鋼管混凝土弦管與型鋼腹桿組成的桁架結(jié)構(gòu)，上、下各三根φ508×16(24) mm、內(nèi)灌C60混凝土的鋼管混凝土弦桿；弦桿通過(guò)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)對(duì)應(yīng)位置設(shè)交叉撐，加強(qiáng)橫向連接。腹桿及平聯(lián)與弦桿均采用焊接連接。如圖6所示。

圖6 勁性骨架構(gòu)造

4.2 強(qiáng)勁骨架節(jié)段安裝

勁性骨架采用由扣掛體系和吊裝體系組成的骨架安裝體系，采用兩岸對(duì)稱(chēng)懸拼。

扣掛體系包括扣索、尾索、張拉端、扣點(diǎn)及錨碇五大結(jié)構(gòu)部分?？鬯骷拔菜饔啥嗍?5.24低松馳高強(qiáng)度鋼絞線組成。當(dāng)完成勁性骨架安裝合攏后，即可將鋼絞線拆除?？鬯骷拔菜鞯膹埨死迷O(shè)在兩岸交界墩蓋梁上的扣塔(鋼錨箱)，用專(zhuān)用千斤頂調(diào)整張拉索力。扣點(diǎn)設(shè)于勁性骨架上，由連接板、反力座和P型擠壓錨組成。錨碇設(shè)于兩岸橋臺(tái)位置。如圖7所示。

每拱半跨勁性骨架分12個(gè)吊裝節(jié)段和一個(gè)合龍段(最大吊重約45 t)。每?jī)蓚€(gè)吊裝節(jié)段為一扣段，每一扣段中，前一吊段采用臨時(shí)扣索扣住，待后一吊段就位后張拉正式扣索，同時(shí)拆除臨時(shí)扣索。臨時(shí)扣索采用鋼絲繩，每岸設(shè)兩組，各扣段交換使用。節(jié)段安裝就位后，拉浪風(fēng)索,確保橫向穩(wěn)定。每一扣段的吊裝節(jié)段就位后，調(diào)整扣索力，待節(jié)段控制點(diǎn)位置滿(mǎn)足要求后，焊接弦桿接頭。

圖7 斜拉扣掛體系布置

吊裝體系的吊塔，采用鋼管格構(gòu)形式，設(shè)于兩岸地勢(shì)較高處，如圖8所示。

圖8 扣吊體系現(xiàn)場(chǎng)

4.3 鋼管混凝土澆筑

強(qiáng)勁骨架在松索以后灌注上、下弦鋼管內(nèi)混凝土。采用C60高強(qiáng)混凝土，以泵壓法自拱腳向拱頂壓注完成。

4.4 拱圈澆筑

拱圈的澆筑采用“兩環(huán)十二工作面”的澆筑方式。即先兩岸對(duì)稱(chēng)澆筑底板+邊腹板直至合龍，然后再兩岸對(duì)稱(chēng)方式澆筑中腹板+頂板混凝土，如圖9所示。

5 主要計(jì)算結(jié)論

5.1 靜力驗(yàn)算結(jié)果

正常使用階段，按照最不利工況計(jì)算表明：主拱鋼筋混凝土承載力、主拱剛度滿(mǎn)足有關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求(表1、表2)。

5.2 動(dòng)力計(jì)算結(jié)果

動(dòng)力特性分析表明：該橋自振頻率處于合理范圍，能保證結(jié)構(gòu)正常使用(表3)。

5.3 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

橋梁整體彈性穩(wěn)定系數(shù)均大于4.0，滿(mǎn)足有關(guān)規(guī)定的要求(表4)。

5.4 抗震計(jì)算結(jié)果

地震作用下采用反應(yīng)譜分析方法(表5、表6)。

6 主要技術(shù)進(jìn)步

該橋技術(shù)進(jìn)步，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

表1 主拱鋼筋混凝土承載能力驗(yàn)算

表2 主拱剛度驗(yàn)算 cm

表3 橋梁動(dòng)力特性一覽表

表4 彈性穩(wěn)定計(jì)算成果表

表5 主拱鋼筋混凝土E2作用下承載能力驗(yàn)算(縱向)

表6 主拱鋼筋混凝土E2作用下承載能力驗(yàn)算(橫向)

(1)采用強(qiáng)勁骨架。經(jīng)優(yōu)選后，采用φ508 mm鋼管和高強(qiáng)自密實(shí)混凝土等級(jí)(C60)構(gòu)成的鋼管混凝土弦桿、腹桿采用大剛度型鋼構(gòu)件，共同組成的骨架屬?gòu)?qiáng)勁骨架。大大提高了骨架的強(qiáng)度和剛度，采用“兩環(huán)十二工作面”的施工工藝。簡(jiǎn)化了施工程序、便于模板安裝和移動(dòng)，從而減少外包混凝土工期并保證施工質(zhì)量。

(2)采用強(qiáng)勁骨架專(zhuān)用計(jì)算理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。在計(jì)算中，計(jì)入骨架與鋼筋混凝土拱圈的復(fù)合受力效應(yīng)，考慮了勁性骨架在運(yùn)營(yíng)階段對(duì)承載能力的貢獻(xiàn)，從而進(jìn)一步優(yōu)化截面，減少外包重量，簡(jiǎn)化外包程序，節(jié)約工期并降低總造價(jià)。

(3)高性能混凝土的應(yīng)用。在鋼管混凝土拱橋中采用C60高強(qiáng)、高性能鋼管混凝土，外包混凝土采用了C50高性能混凝土。保證了管內(nèi)混凝土的灌注質(zhì)量，降低了外包混凝土振搗作業(yè)的難度。

(4)專(zhuān)用移動(dòng)吊架的使用。拱圈混凝土外包分兩環(huán)依次分節(jié)段澆筑完成。

外包過(guò)程中，由于拱肋為懸鏈線，各個(gè)地方曲率均不相同，再加上拱肋外包混凝土施工懸空過(guò)高，因此設(shè)置了專(zhuān)用移動(dòng)吊架,由天車(chē)、吊桿、底平臺(tái)、行走系統(tǒng)、止推裝置等組成。該吊架設(shè)備解決了原來(lái)施工工藝安全風(fēng)險(xiǎn)高、施工難度大、臨時(shí)材料多的技術(shù)難題。

(5)抗風(fēng)研究成果的應(yīng)用。

(6)針對(duì)橋位地處干熱河谷，風(fēng)大的特點(diǎn)，進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的抗風(fēng)研究：①通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值分析，得出大橋橋址處的風(fēng)場(chǎng)特征及平均風(fēng)速分布規(guī)律；②通過(guò)分析研究，得出兩座大橋的設(shè)計(jì)風(fēng)參數(shù)；③通過(guò)分析，判定兩橋施工運(yùn)營(yíng)抗風(fēng)安全，并給出施工期的指導(dǎo)性抗風(fēng)措施。合理布置抗風(fēng)纜等措施。

7 結(jié)束語(yǔ)

金陽(yáng)縣對(duì)坪金沙江溜索改橋自開(kāi)工以來(lái)，受到各大主流媒體和社會(huì)各界的極大關(guān)注，目前橋梁已基本建成，將于2018年8月正式通車(chē)，為當(dāng)?shù)鼐用竦某鲂袔?lái)極大方便，同時(shí)也將給當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的進(jìn)步。四川屬盆地地形，盆周多山區(qū)，有大量典型的V型和U型山谷，山陡溝深，特別適宜拱橋的修建，強(qiáng)勁骨架法施工的大跨徑鋼筋混凝土拱橋有效的解決建設(shè)條件復(fù)雜、運(yùn)輸條件不便、施工條件惡劣、后期養(yǎng)護(hù)困難等諸多問(wèn)題，將有力推動(dòng)我省山區(qū)的橋梁發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。