代明凈 周昌棟 曾德禮 趙元炎

(1.伍家崗長江大橋項目建設現(xiàn)場指揮部 宜昌 443000； 2.橋梁結構健康與安全國家重點實驗室 武漢 430034；3.中鐵大橋科學研究院有限公司 武漢 430034)

宜昌至喜長江大橋位于葛洲壩壩址下游約2.7 km處，由于受大江、二江匯流的影響，橋區(qū)附近河段流態(tài)較為復雜，大江航道位于葛洲壩水利樞紐右側，橋址斷面通航水深條件較好，其地理位置航拍圖見圖1。

圖1 宜昌至喜長江大橋地理位置

根據(jù)大橋通航凈空尺寸和技術要求論證的成果，擬選橋位位于葛洲壩樞紐近壩河段，受葛洲壩樞紐人工調度的影響，橋區(qū)河段水流流速變化較大，流態(tài)較差，通航環(huán)境非常復雜，屬于敏感性河段，同時橋位處于長江宜昌中華鱘自然保護區(qū)核心區(qū)內，根據(jù)湖北省水產(chǎn)局、湖北省環(huán)保局對本項目的批復結果，葛洲壩樞紐附近的水中不宜修建墩柱。綜合橋位處通航及環(huán)保的要求，結合本橋橋位處的水域寬度，大江橋選定為838 m單跨過江的方案。主塔橋墩基礎都修建在河道的坡頂，既滿足通航和環(huán)保部門的要求，也便于施工。

1 橋式方案及主梁結構形式選擇

1.1 橋式方案比選

對于主跨838 m的橋梁，可選取的橋梁類型為斜拉橋和懸索橋[1]。下文針對這2種橋型進行研究比選。

近年來，斜拉橋技術得到飛速發(fā)展，從國內外已建成的斜拉橋看，采用主跨838 m的斜拉橋結構在技術層面上是可行的[2]。大江橋斜拉橋方案橋式立面和兩岸接線工程平面布置見圖2。

圖2 斜拉橋方案橋式立面和兩岸接線工程平面布置圖(單位：m)

大江橋南岸與江南立交連接，主塔以外約27 m處橋面逐漸加寬并分離出上、下橋匝道，北岸與西壩立交連接，主塔以外約75 m處橋面逐漸加寬并分離出上、下橋匝道。結合橋式立面和平面布置圖來看，斜拉橋方案邊跨背索會與匝道路面交叉。另外，斜拉橋邊跨全部位于兩岸陸地上，且主梁離地面較低，而斜拉橋索塔較高，景觀效果很差。因此斜拉橋結構不適合。

懸索橋方案跨越能力強，線形流暢，景觀效果好。結合大江橋兩岸地形、主墩位置，以及接線工程平面布置，懸索橋南主纜背纜跨度為250 m(無吊索)，北主纜背纜跨度為215 m(無吊索)，南錨碇位于江南立交匝道主線與匝道之間的空地上，北錨碇位于西壩立交主線與匝道之間的空地上，錨碇位置合適。橋址處地質條件好，基巖埋置淺，錨碇基礎可采用擴大基礎，施工方便，工期短，造價省。從工程技術與經(jīng)濟性方面考慮，此處適合修建懸索橋。

同時，在宜昌市主城區(qū)至喜長江大橋下游4.9 km處為夷陵長江大橋，該橋為斜拉橋。從景觀方面考慮，大江橋也適合采用懸索橋方案，可做到一橋一景。經(jīng)比選，大江橋采用主纜跨度布置為250 m+838 m+215 m=1 303 m。中跨矢高83.8 m，矢跨比為1/10。

1.2 主梁結構形式選擇

本橋為主跨838 m的懸索橋，主梁結構形式選擇是設計的關鍵點之一，根據(jù)本橋的跨度特點，主梁主要考慮鋼箱梁、組合梁等2種形式。

鋼箱梁目前主要采用正交異性板橋面結構，易出現(xiàn)疲勞損傷，目前宜昌長江大橋、武漢軍山大橋、舟山西堠門大橋的正交異性橋面板的U肋疲勞開裂均較嚴重[3]。同時相比組合梁的混凝土橋面鋪裝，鋼箱梁的橋面鋪裝耐久性較差，維護成本較高。組合梁和鋼箱梁方案的綜合比較見表1。

表1 組合梁和鋼箱梁主梁方案綜合比較表

綜合對比分析本橋采用鋼箱梁懸索橋和組合梁懸索橋的優(yōu)劣點，認為鋼板梁懸索橋方案與鋼箱梁懸索橋方案均可行，考慮到運營期維護管養(yǎng)頻率對城市交通的影響及成本因素，經(jīng)綜合比選，最終采用組合梁懸索橋方案。

2 主橋結構設計

2.1 結構總體布置

大江橋主橋為單跨838 m懸索橋，主梁采用鋼-混結合梁，主纜橋跨布置為250 m+838 m+215 m，立面布置示意見圖3。主梁采用的支承體系為：在主塔處上、下游均設縱向活動支座；主梁與主塔間上、下游均設置側向抗風支座；主梁端部縱向與主塔間設液壓阻尼器；主纜跨中設置中央短斜索(中央扣)來形成纜梁固結。這一方案有效地提高了大橋的扭轉剛度，反對稱扭轉頻率提高約20%。

圖3 大江橋立面布置圖(單位：m)

2.2 加勁梁

加勁梁采用鋼-混凝土結合梁的組合截面，見圖4。2片縱梁間距26 m，吊索設在縱梁腹板中心位置?？v梁腹板在吊點處加厚，從頂板穿出，作為吊索錨拉板。車行道布置在吊索內側，采用混凝土橋面?；炷翗蛎姘逋ㄟ^設在縱、橫梁頂板上的剪力釘與縱橫梁連接成為整體。

圖4 加勁梁結構圖(單位：cm)

2.3 主塔

主塔采用門形框架結構，分別由塔座、塔柱、上橫梁及支墩4部分組成，除上橫梁采用預應力鋼筋混凝土結構外，其他部分均采用鋼筋混凝土結構。主塔頂高程為+163.5 m，塔底高程為+56.5 m，塔高107 m。兩塔柱的橫向中心間距在塔頂為33.0 m，在塔底為35.0 m。塔柱橫向內側壁豎直，間距28 m，外側塔呈1∶53.5的坡度。

2.4 主纜和吊索

全橋共設置2根主纜，中跨兩主纜中心橫向間距為26.0 m。每根索股由127絲直徑5.2 mm、公稱抗拉強度為1 770 MPa的鍍鋅鋁合金高強鋼絲組成。每根主纜通長索股由127股索股組成，西壩側主纜軸力較大，設計在該邊跨增加4股同規(guī)格索股，共131股組成。單根索股無應力長約1 387.0 m，重約294 kN。中跨主纜索夾外直徑約為74 cm。

吊索采用高強平行鋼絲，鋼絲標準強度為1 770 MPa。吊點中心縱向間距16.0 m。主塔中心到最近吊點中心的距離均為19.0 m。每吊點布置2根吊索。吊索截面均由151根直徑5 mm高強平行鋼絲組成。上、下兩端均采用銷接式，錨頭采用熱鑄錨。與吊索相對應，索夾采用銷接式結構，上、下兩半的結構形式，用高強螺桿連接緊固；材料采用ZG20SiMn。

2.5 鞍座

主索鞍為鑄焊組合結構，采用肋傳力結構型式。鞍頭采用鑄鋼ZG275-485H鑄造，鞍身采用Q345R鋼焊接而成。為減輕運輸?shù)跹b重量，施工時將邊塔主鞍鞍體分成兩半，吊至塔頂后用高強螺栓拼接起來。點軍側主索鞍結構示意見圖5。

圖5 大江橋塔頂主鞍座結構示意圖(單位：cm)

散索鞍采用擺軸式結構，為鑄焊組合式。鞍槽用鑄鋼鑄造，鞍體由鋼板焊成，鑄鋼材料為ZG275-485H。點軍側散索鞍結構示意見圖6。

圖6 大江橋散索鞍結構示意圖(單位：cm)

2.6 錨碇

大江橋點軍側錨碇采用重力式嵌巖錨[4]，錨錠長度為46.6 m、寬度為52.0 m、高度為33.37 m，依靠錨碇基礎前端對基巖的承壓來平衡錨碇對水平力的抗力。西壩側錨碇采用重力式錨錠，錨碇基礎采用外徑60 m、壁厚1.2 m、深26.8 m的的圓形地下連續(xù)墻作為支護結構，地下連續(xù)墻總長184.5 m。錨碇基礎由地連墻、帽梁、內襯、底板及填芯混凝土組成。錨固系統(tǒng)采用型鋼錨固系統(tǒng)，由后錨梁和錨桿組成。

3 主要技術特點

3.1 鋼-混結合梁設計

大江橋為主跨838 m懸索橋，為解決鋼箱梁橋面鋪裝耐久性差的難題，大江橋加勁梁采用了鋼-混結合梁[5]，結合梁的橋面板采用混凝土板，橋面鋪裝直接鋪設于混凝土板上，鋪裝層與混凝土橋面板黏結性好，鋪裝層更易于施工與養(yǎng)護，鋪裝層的壽命長，從全壽命周期成本比較，鋼-混結合梁較鋼箱梁造價低，是經(jīng)濟耐久型設計[6]。

通過抗風研究，編制了《宜昌廟嘴長江大橋抗風性能研究總研究報告》，初步設計階段的主要抗風研究工作為大江橋的 1/50 小比例加勁梁節(jié)段模型風洞試驗，重點研究加勁梁的顫振穩(wěn)定性和渦激共振性能，根據(jù)試驗結果，大江橋采用設置中央扣索，氣動措施“兩道1/4下穩(wěn)定板(下緣與檢修軌道高度齊平)”后，各來流風攻角下的顫振臨界風速滿足要求[7]。

3.2 鋅鋁合金鍍層鋼絲的應用

大江橋主纜首次采用鋅鋁合金鍍層鋼絲，并進行了《宜昌廟嘴長江大橋大跨度懸索橋主纜系統(tǒng)耐久性設計研究》的專題研究，研究表明：鋅鋁合金鍍層鋼絲比傳統(tǒng)的鍍鋅鋼絲有更好的耐蝕性能，鍍層均勻致密、韌性好、結合力強，有利于橋梁纜索在制造加工、運輸、施工架設過程中鍍層的保護。

采用鋅鋁合金鍍層鋼絲纜索后主纜只增加了5%的材料成本，但其使用壽命比傳統(tǒng)鍍鋅纜索有明顯的提高，是一種經(jīng)濟性好、環(huán)保節(jié)能的纜索材料。目前國內外的懸索橋主纜一般采用標準強度1 670 MPa和1 770 MPa 的熱鍍鋅鋼絲索股。韓國于本世紀初開發(fā)出了標準抗拉強度達到1 860 MPa和1 960 MPa 的鋅鋁合金鍍層鋼絲索股，并將其應用于韓國的光陽大橋和蔚山大橋。宜昌至喜長江大橋大江橋主纜鋅鋁合金鍍層鋼絲為國內懸索橋率先采用。

3.3 嚴格的環(huán)保設計理念

橋址位于葛洲壩下游2.7 km處，處中華鱘自然保護核心區(qū)內，為了滿足工可階段環(huán)評報告及有關環(huán)保規(guī)定的相關要求，大橋的設計方案采用了一系列的環(huán)保設計，盡可能減小橋梁施工及運營期對中華鱘的不利影響。大江橋采用一跨過江的大跨度懸索橋方案，2個主塔墩均設置在岸邊上，避免橋墩涉水施工對中華鱘棲息繁殖的不利影響。橋面永久照明采用定向照射無燈桿的LED護欄燈[8]。LED護欄燈使用冷發(fā)光技術，該技術使燈光發(fā)熱量小，光束集中穩(wěn)定，可最大限度地減小橋梁運營期間橋位處光環(huán)境對中華鱘生活的不良影響。大橋設置雨水、污水收集系統(tǒng)，集中處理排放,大橋涂裝全部采用環(huán)保材料。

4 施工技術創(chuàng)新

本項目西壩錨碇基礎采用圓形地下連續(xù)墻加內襯的支護形式，連續(xù)墻的外徑為60 m，墻厚1.2 m，地質情況復雜，地層中10余m厚的卵石夾漂石層有強透水性，開挖成槽時易坍塌，創(chuàng)造性地采用了注漿穩(wěn)固卵石層，旋挖鉆引孔、成槽機取土的方法施工覆蓋層，底部基巖施工采用沖擊成孔、方錘修槽的方法，成功解決了地連墻的成槽施工難題[9]。西壩錨碇前期施工過程中受到征地拆遷等因素影響，致使其工期較江南側及主塔滯后2個多月，本項目提出了在西壩錨碇散索鞍支墩前面設置貓道承重索轉向支架，首創(chuàng)性地將貓道與西壩錨碇同步進行施工，為解決貓道架設完成后的線形與設計線形存在一定的偏差，首次采用了對貓道進行整體線形調整技術。調整后貓道線形與設計吻合，為后續(xù)主纜施工提供了安全便利的操作環(huán)境，保證了施工安全并提高了施工效率[10]。

5 結語

宜昌至喜長江大橋大江橋是宜昌構建城市快速過江通道的控制性工程，環(huán)保要求高，施工難度大。設計致力于解決環(huán)保、橋面鋪裝、主纜耐久性等難題，該橋已于2016年7月18日順利建成通車，從橋梁健康監(jiān)測成果和定期檢測成果資料來看，大江橋通車四年來運營狀況良好，為宜昌市的經(jīng)濟和社會的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。