姚建鋒

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 210019)

1 項(xiàng)目概況

紅河特大橋位于元陽(yáng)縣南沙鎮(zhèn)南沙水電站庫(kù)區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)里程樁號(hào)K66+855.000～K68+229.000，是紅河州建水(個(gè)舊)至元陽(yáng)高速公路上的關(guān)鍵控制性工程。本項(xiàng)目采取雙向四車(chē)道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路基寬度為25.5m，設(shè)計(jì)速度采取80km/h。

橋址區(qū)地屬于中高山河谷地貌，兩岸地形坡度較陡，左岸地形25°～35°，為一凸出的山梁，山梁兩側(cè)沖溝切割較深，擬建橋梁軸線(xiàn)距離上游側(cè)沖溝直線(xiàn)距離最近約260m,距離下游側(cè)沖溝直線(xiàn)距離約340m。右岸地形40°～50°，局部為陡崖，上游側(cè)距離橋梁軸線(xiàn)直線(xiàn)距離約230m發(fā)育一條較深的沖溝。

2 橋梁設(shè)計(jì)理念及原則

紅河特大橋孔跨布置及橋面高程不受洪水位控制，主要為克服山區(qū)陡降高差、跨越深溝陡谷而設(shè)置。紅河特大橋橋梁工程包括引橋及主橋，在橋型方案及橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)橋位處路線(xiàn)走向、地形地質(zhì)、河(溝)床特征、從安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性、施工難易程度及后期管理維護(hù)費(fèi)用等方面進(jìn)行綜合考慮。

路線(xiàn)設(shè)計(jì)線(xiàn)位高于河谷兩岸臺(tái)地，設(shè)計(jì)標(biāo)高距離谷底常水位高度約181m，常水位時(shí)庫(kù)區(qū)水域?qū)挾燃s350m，洪水位時(shí)庫(kù)區(qū)水域?qū)挾燃s375m，紅河季節(jié)性匯流對(duì)橋梁總體設(shè)計(jì)無(wú)影響；根據(jù)本橋的地形地質(zhì)特點(diǎn)，橋梁跨度可供選擇的范圍介于300～1100m之間，對(duì)應(yīng)橋面以下塔墩高度范圍介于60～195m；

若主橋跨度小于300m則下塔柱高度大于200m，且大橋主墩落在水中，技術(shù)難度及施工風(fēng)險(xiǎn)極高；若主橋跨度大于1100m則大橋經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較差。故本橋總體設(shè)計(jì)主跨徑選擇介于300～1100m之間，通過(guò)S214省道及施工便道的建設(shè)，施工場(chǎng)地均可以到達(dá)。

3 主橋橋型方案設(shè)計(jì)

3.1 700m懸索橋方案

紅河河谷為“V”型剝蝕谷，由于山勢(shì)陡峭，跨徑較小時(shí)橋墩高度超高施工困難，方案一懸索橋橋型方案設(shè)計(jì)主要采用700m單跨鋼桁梁懸索橋方案。

圖1 700m懸索橋方案

本方案特點(diǎn)：

(1)采用單跨雙鉸體系，邊跨設(shè)引橋；

(2)加勁梁采用鋼桁梁，結(jié)構(gòu)整體剛度較大，結(jié)構(gòu)豎向變形較??；

(3)錨碇采用重力式錨碇、隧道錨，適合地形、地質(zhì)條件，穩(wěn)定性和安全性好；

(4)鋼桁梁組件在工廠加工，在現(xiàn)場(chǎng)拼裝，而后采用纜索整體吊裝，施工方便，施工風(fēng)險(xiǎn)較小，施工措施費(fèi)用低。

懸索橋加勁梁在活載、溫度、風(fēng)、地震等多種荷載作用下可能在多方向上產(chǎn)生變形。因此，對(duì)加勁梁的約束應(yīng)協(xié)調(diào)橫、縱、豎三個(gè)方向及扭轉(zhuǎn)多個(gè)方面，從而選擇合理的加勁梁約束系統(tǒng)，使得加勁梁適應(yīng)各種荷載，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)安全及耐久性。豎向支座采用雙向活動(dòng)抗壓支座；橫向擬設(shè)置抗風(fēng)支座，布置于加勁梁端橫桁架的上下弦桿兩側(cè)；縱向設(shè)置粘滯阻尼器，位于加勁梁兩端。

3.2 (200+460+115+60)m斜拉橋方案(圖2)

根據(jù)兩岸地形接線(xiàn)及合理的邊中跨比，斜拉橋方案橋跨布置為(200+460+115+60)m，半漂浮體系,邊中跨比0.476/0.417。索塔處設(shè)置橫向限位支座，縱向設(shè)置阻尼限位裝置，建水側(cè)下部橋墩較高，邊跨未考慮設(shè)置輔助墩。元陽(yáng)側(cè)設(shè)置輔助墩，采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁。

圖2 (200+460+115+60)m斜拉橋方案

本方案特點(diǎn)：

(1)混凝土橋面板代替受力復(fù)雜的正交異性板，橋面剛度較大，對(duì)橋面板及橋面鋪裝受力有利；

(2)收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響,結(jié)構(gòu)內(nèi)力的二次分配產(chǎn)生一定的影響；

(3)梁段分塊制造，現(xiàn)場(chǎng)散件組裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作大，梁段吊重小，橋面吊機(jī)要求較小，現(xiàn)場(chǎng)安裝周期長(zhǎng)；

(4)較好地平衡了跨徑與墩高之間的矛盾。

結(jié)構(gòu)整體為半漂浮體系。索塔位置設(shè)置豎向支座、橫向抗風(fēng)支座、縱向限位阻尼；過(guò)渡墩位置設(shè)置豎向支座和橫向抗風(fēng)支座。

3.3 1020m懸索橋方案(圖3)

圖3 1020m懸索橋方案

本方案特點(diǎn)：

(1)與方案一相比主塔下塔柱較矮，施工更為便捷；

表1 橋型方案綜合比較表

(2)主橋完全跨過(guò)巖溶發(fā)育區(qū)等不良地質(zhì)路段；

(3)加勁梁采用鋼桁梁，結(jié)構(gòu)整體剛度較大，結(jié)構(gòu)豎向變形較??；

(4)鋼桁梁組件在工廠加工，在現(xiàn)場(chǎng)拼裝，而后采用纜索整體吊裝，施工方便，施工風(fēng)險(xiǎn)較小，施工措施費(fèi)用低；

(5)左右側(cè)主纜剛度差異??；

(6)工期較長(zhǎng)、造價(jià)較高。

豎向支座采用雙向活動(dòng)抗壓支座；橫向擬設(shè)置抗風(fēng)支座，布置于加勁梁端橫桁架的上下弦桿兩側(cè)；縱向設(shè)置粘滯阻尼器，位于加勁梁兩端。

4 結(jié)束語(yǔ)

山區(qū)公路地形地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)橋梁選型要求較高，以“安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、耐久適用、技術(shù)先進(jìn)、美觀、環(huán)保”為目標(biāo)，在設(shè)計(jì)中以“設(shè)計(jì)全壽命周期成本”的新理念考慮大橋的建設(shè)、投資，按照“以人為本”的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行橋梁方案設(shè)計(jì)。

紅河特大橋是一座典型的超高墩、大跨、特長(zhǎng)山區(qū)高速公路橋梁，在跨徑布置和橋型方案選擇時(shí)，充分論證跨徑大小與塔墩高低二者之間的相互制約，對(duì)結(jié)構(gòu)安全、工程造價(jià)的影響，協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)安全可靠、施工難易與工期控制以及工程建設(shè)合理投資三者之間的平衡。