李 林，陳奉民，鄭升寶，李忠評

(中鐵長江交通設(shè)計集團有限公司，重慶 401121)

筍溪河大橋位于重慶市江津區(qū)柏林鎮(zhèn)水滸村，跨越四面山筍溪河，為典型的山區(qū)峽谷地貌，地形陡峭，起伏很大，橋面至河谷高差超過280 m,為重慶第一高橋，也是重慶江津至貴州習水高速公路項目關(guān)鍵控制性工程。大橋全長1 578 m，主橋為單跨660 m簡支鋼桁梁懸索橋[1]，橋面寬度按照雙向4車道高速公路設(shè)計，設(shè)計速度80 km/h，設(shè)計荷載公路-Ⅰ級，設(shè)計基準風速[2]29.3 m/s。

1 總體設(shè)計方案

橋位區(qū)為不對稱”V”型山谷，地形起伏較大，江津岸較陡峭，習水岸稍平緩，橋面設(shè)計高差距離地面高差較大，最大達到280 m，河谷寬度約550 m，欲跨越此河谷，只有懸索橋和斜拉橋才是最合適的橋型方案[3]。

斜拉橋方案主橋為連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，邊跨和中跨比例需在一定的合理范圍，江津岸主塔需設(shè)置在陡坡上，該邊坡裂隙發(fā)育，地質(zhì)風險較大，處治費用高；習水岸主塔雖地形地質(zhì)條件較好，但習水岸邊跨在平曲線范圍內(nèi)，對結(jié)構(gòu)不利，施工難度大。

懸索橋方案主跨在直線上，跨越能力大[3]，一跨跨過不良地質(zhì)段，鋼桁梁能較好地適應山區(qū)艱難的運輸條件[4]，纜索吊裝對施工場地要求較低，適應性強。經(jīng)綜合必選，最終確定660 m單跨鋼桁梁懸索橋方案作為實施方案。

大橋平面線形及縱斷面設(shè)計由線路總體確定[5]，主橋及江津岸引橋位于直線段上，習水岸引橋部分位于半徑為650 m的圓曲線及其緩和曲線上，主橋縱斷面為1.35%的單向縱坡。橋梁全長 1 578.0 m，橋跨布置為7×40 m(T梁)+660 m(懸索橋)+(90+90)m(T構(gòu))+11×40 m(T梁)；主橋兩岸主塔均位于地質(zhì)較好的平緩之地，錨碇均采用重力式錨碇，為避免習水岸曲線段上引橋?qū)﹀^碇和主纜影響，對12#引橋橋墩特殊設(shè)計，由4個墩柱優(yōu)化為3個墩柱并調(diào)整墩柱間距避開沖突位置。全橋總體布置見圖1。

單位: m

2 結(jié)構(gòu)支承體系設(shè)計

支承體系設(shè)置是否合理，不僅影響結(jié)構(gòu)安全，還影響結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命。根據(jù)本橋受力特點，為消除單向縱坡的不利影響、減小梁端位移、提高結(jié)構(gòu)抗震性能，在梁端橋塔處設(shè)置新型復合型粘滯性阻尼器，低速狀態(tài)下有一定彈性剛度，高速狀態(tài)時高阻尼耗能。鋼桁梁兩端在主塔中橫梁上設(shè)置豎向支座拉壓球型鋼支座(抗壓3 600 kN、抗拉1 000 kN)，在鋼桁梁上、下弦桿與塔柱側(cè)面設(shè)置橫向抗風球型鋼支座，兼橫向抗風支承及抗震橫向限位功能。

3 橋塔設(shè)計

橋塔采用鋼筋混凝土塔柱結(jié)構(gòu)，外形為門形框架[1，4-5]。江津岸橋塔，根據(jù)實際地形地質(zhì)情況，為便于承臺施工，兩塔柱采用不等高型式，左側(cè)塔柱高139.7 m，右側(cè)塔柱高129.7 m，塔柱承臺之間不設(shè)系梁。習水岸橋塔，塔柱為等高設(shè)計，塔柱高190.7 m，塔柱之間設(shè)3道橫梁。塔柱采用箱梁截面，橫橋向尺寸為5.6 m，順橋向尺寸由塔頂?shù)?.0 m，按照1/155的坡率線性增大到塔柱底。

基礎(chǔ)為分離式承臺樁基[6]，承臺上均設(shè)置3 m厚塔座。江津岸橋塔承臺尺寸為18 m×20.8 m×6.0 m，每個承臺布置9根Φ2.8 m鉆孔樁基礎(chǔ)；習水岸橋塔承臺尺寸為20 m×22.4 m×6.0 m，每個承臺布置12根Φ2.5 m鉆孔樁基礎(chǔ)。江津岸橋塔見圖2(a)，習水岸橋塔見圖2(b)。

(a)江津岸橋塔

4 纜索系統(tǒng)設(shè)計

4.1 主纜設(shè)計

主纜計算跨度為(215+660+268)m，成橋狀態(tài)下中跨主纜垂跨比采用1∶10。

主纜采用預制平行鋼絲束股[7]，2根主纜的中心間距28.0 m，每根主纜由106束91根Φ5.1 mm高強鋼絲索股組成。考慮20%空隙率，主纜束股擠緊后外徑為560 mm。主纜鋼絲采用極限抗拉強度為1 770 MPa的高強度鍍鋅鋼絲。單束索股采用91根Φ5.1 mm高強鋼絲，為規(guī)則的正六邊形截面，錨頭采用熱鑄錨。單根索股長約1 197.42 m，運輸重量約17 t，主纜采用PPWS法施工。

4.2 吊索

吊索縱向水平間距8.0 m，橫向水平間距28.0 m。每一吊點設(shè)置1根吊索，吊索為擠包護層扭絞型拉索，截面為91絲Φ5.3 mm低松弛鍍鋅平行鋼絲束，鋼絲極限抗拉強度為1 770 MPa。兩端鑄以熱鑄錨，材質(zhì)選用40 Cr。上端錨頭頂部做成耳板與索夾連接，下端錨頭采用球型螺母和墊板錨固于加勁梁上的錨箱以適應運營時吊索與主梁間的相對轉(zhuǎn)動，并可通過調(diào)節(jié)下端的螺母位置對吊索長度進行調(diào)整。吊索采用雙層PE護套進行防護。吊索構(gòu)造見圖3。

單位：m

4.3 索夾及纜套

索夾采用銷接式，選用上、下兩半對合的型式。上、下索夾連接采用M27高強度螺桿，兩端配M27的螺母、墊圈，接縫處嵌以橡膠防水條防水。主纜纜套為喇叭形管狀鋼套，纜套沿縱向分為上下兩半，兩半之間采用螺栓夾緊連接,纜套安裝在封閉索夾和主鞍罩之間。

4.4 主索鞍及散索鞍

主索鞍鞍體采用全鑄型結(jié)構(gòu)，鞍體下設(shè)不銹鋼板-聚四氟乙烯板滑動副，以適應施工中的相對移動。塔頂設(shè)有格柵底座，以安裝主索鞍。格柵懸出塔頂以外，以便安置控制鞍體移動的千斤頂，鞍體就位后將格柵的懸出部分割除。為減輕吊裝運輸重量，將鞍體分成兩半，半鞍體吊裝重量不超過40 t，吊至塔頂后用高強度螺栓拼接。索鞍構(gòu)造見圖4。

(a)主索鞍立面

散索鞍為擺軸式，鞍體采用鑄焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)方案，鞍槽用鑄鋼鑄造，鞍體由鋼板焊成。

5 鋼桁梁及橋面板設(shè)計

5.1 加勁梁型式選擇和橋面板比選

懸索橋鋼桁梁主桁型式均集中在華倫桁梁[8]，唯一的變化是有無豎桿。若有豎桿對抗扭更有利，大節(jié)段吊裝更方便，絕大多數(shù)懸索橋均采用此型式；若無豎桿則通透性更好，但節(jié)段吊裝時需要增加臨時豎桿等措施，適合對景觀有特別要求的橋梁，施工較復雜。本橋為山區(qū)懸索橋，為施工方便，同時增加抗風抗扭能力，主桁采用帶豎桿華倫梁。

鋼桁梁橋面板有多種，目前大多數(shù)懸索橋按材料可分為2大類：1)組合梁橋面板；2)正交異性鋼橋面板；正交異性鋼橋面按照橋面板是否參與結(jié)構(gòu)第一體系受力，又可分為2類：(1)板-桁分離結(jié)構(gòu)；(2)板-桁結(jié)合結(jié)構(gòu)。本橋在橋面系選擇時進行了細致比選，組合橋面板與正交異性鋼橋面板相比，橋面鋪裝相對簡單，但自重比鋼橋面大得多，主纜承受的恒載重量增加約40%，雖然橋面鋪裝及橋面板費用節(jié)省，但纜索系統(tǒng)、錨碇系統(tǒng)、主塔均有不同程度增加，本橋綜合費用增加約4 100萬，且需要大量橋面板預制場地，工期也更長。

板桁分離鋼桁梁受力明確，技術(shù)成熟，為國內(nèi)外絕大多數(shù)懸索橋首選；板桁結(jié)合型加勁梁，橋面板不僅參與直接承受車輪荷載，還直接參與整體受力，受力復雜，在斜拉橋和拱橋等剛度較大橋型結(jié)構(gòu)中運用較多，大跨懸索橋剛度較低，板桁結(jié)合型鋼桁梁受力更為復雜，其設(shè)計理論及方法緩慢，應用較少，其關(guān)鍵技術(shù)尚需進一部研究和驗證。另外，板桁結(jié)合加勁梁，現(xiàn)場需要較大的場地，工地需要大量焊接，焊縫質(zhì)量控制難度更大。

綜合本橋所處的建設(shè)條件，橋面系選擇為經(jīng)濟性更好、技術(shù)更成熟、場地要求低、質(zhì)量容易控制的板桁分離鋼橋面板。

5.2 鋼桁梁及橋面板設(shè)計

鋼桁架由主桁、橫梁、上下平聯(lián)、下弦檢修道等組成。主桁為帶豎腹桿的華倫式結(jié)構(gòu)[8-12]，由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成，上、下平聯(lián)采用交叉型。橫梁為桁架結(jié)構(gòu)，計算跨度28 m，由上、下橫梁及斜腹桿組成。為加強抗風穩(wěn)定性，在主桁橫梁上弦中心處設(shè)置抗風穩(wěn)定板，板高1 000 mm，厚度16 mm。

主桁桁高5.5 m，桁寬28 m，節(jié)間長度4 m。一個標準節(jié)段長度16 m，由4個節(jié)間組成，每個節(jié)間4 m。每2個節(jié)間設(shè)置1個吊點，并設(shè)置1道橫梁。由于主桁桿件受力不大，弦桿、斜桿和豎桿均采用制造簡單、拼裝方便的‘H’形截面。

橋面板采用鋼正交異性板橋面，左右分為2幅，每幅寬13 350 mm。橋面板由頂板、U肋、縱梁等組成。頂板厚16 mm，“U”形縱向加勁肋，間距600 mm，高280 mm，板厚8 mm；每幅橋面板設(shè)3道縱梁，縱梁高900 mm，腹板厚14 mm，下翼緣500 mm×20 mm，腹板上端與頂板焊連；沿橋縱向每8 m范圍內(nèi)設(shè)4道橫肋，橫肋高900 mm，腹板厚12 mm，下翼緣340 mm×16 mm。加勁梁標準斷面見圖5。

單位：m

5.3 加勁梁及橋面板施工方案

加勁梁采用整節(jié)段，纜索吊裝施工[4，9，12]。加勁梁劃分為標準段、跨中段和端節(jié)段，一共41個節(jié)段，吊裝重量約120 t～180 t。橋面板分左幅、右幅，一共82個節(jié)段，節(jié)段吊裝重量約30 t～40 t、鋼桁梁及橋面板為Q345D鋼材，用鋼量約11 000 t。

加勁梁由跨中向兩端逐次吊裝，吊裝完成7個節(jié)段，將已完成的梁段上弦剛接，下弦不連接，以后每吊裝一節(jié)段，均上弦剛接下弦不連接。鋼桁梁吊裝完成后，安裝橋面板支座，然后由1/4跨向兩側(cè)對稱吊裝橋面板，吊裝完成、線形調(diào)節(jié)滿足要求后將鋼桁梁下弦連接，完成剛接。

6 錨碇系統(tǒng)設(shè)計

兩岸錨碇均采用嵌巖重力式錨碇，錨座基礎(chǔ)利用中風化巖層作為基礎(chǔ)持力層，江津岸側(cè)錨碇長60.7 m，寬43 m，混凝土方量約57 900 m3，土石挖方約16.7萬m3；習水岸錨碇長54.0 m，寬43 m，混凝土方量約50 830 m3，土石挖方約13萬m3。

主纜錨固系統(tǒng)采用預應力鋼絞線索與合金鋼錨固連接器組合形式，主纜束股經(jīng)散索鞍散開后，由合金鋼錨固連接器連接到錨體內(nèi)的預應力鋼束上。分單錨桿連接器和雙錨桿連接器，單錨桿對應于1根16束Φs15.20 mm預應力鋼絞線，雙錨桿對應于1根31束Φs15.20 mm預應力鋼絞線。

7 主橋重難點結(jié)構(gòu)設(shè)計

大橋設(shè)計過程中遇到一系列重難點問題，通過結(jié)構(gòu)分析和專題研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，主要有以下幾方面。

1)抗風穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)設(shè)計

筍溪河大橋跨度大、自振頻率低，對風的作用敏感，極易發(fā)生強烈的抖振、渦振，甚至出現(xiàn)導致全橋失穩(wěn)的顫振。因此，施工和運營中的抗風安全是本橋結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素之一[2，13]。該橋兩岸為懸崖峭壁，地勢險峻，與沿海和平原地區(qū)的自然風相比，山區(qū)峽谷有陣風強烈、湍流強度大、風攻角大、風速沿橋軸線分布不均勻等特點，抗風穩(wěn)定性極為復雜。在鋼桁梁節(jié)段模型風洞試驗中[2]，發(fā)現(xiàn)在成橋狀態(tài)風攻角為+3°、-5°時的顫振臨界風速分別為46.97 m/s和39.32 m/s，均低于該橋的顫振檢驗風速47.8 m/s，不符合規(guī)范要求，且顫振屬于發(fā)散型振動，必須調(diào)整結(jié)構(gòu)氣動外形或增設(shè)氣動措施，提高結(jié)構(gòu)抗風性能使其滿足要求。通過對結(jié)構(gòu)氣動外形的抗風性能進行多次試驗和分析，最后將原來整幅式橋面板優(yōu)化為分幅式橋面板，同時在鋼桁梁上橫梁中間設(shè)置風穩(wěn)定板，并再次進行抗風性能試驗，顫振臨界風速50.3 m/s大于本橋的檢驗風速47.8 m/s，其余各項抗風性能也滿足規(guī)范要求[2]。原設(shè)計橋梁橫斷面見圖6，抗風優(yōu)化后橋梁橫斷面見圖7。

單位：cm

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2)主橋橋面單向縱坡設(shè)計

大多數(shù)懸索橋以主橋跨中為變坡點設(shè)置凸形豎曲線和雙向縱坡，主纜在橋塔支承處IP點等高，這樣設(shè)計的優(yōu)點是以橋跨中心線為對稱軸，上部結(jié)構(gòu)左右半跨為對稱結(jié)構(gòu)，設(shè)計和施工相對較容易。但本項目路線總體設(shè)計時，本橋靠近省界終點，受重慶和貴州簽署的路線接線協(xié)議限制，路線接線標高已經(jīng)確定，故本橋縱坡設(shè)計時只能單向坡，坡率為1.35%。

單向坡帶來的不利因素是：(1)由于橋梁跨度大，導致兩岸橋塔處主橋設(shè)計標高相差9 m；(2)在恒載和可變荷載、偶然荷載綜合作用下，梁端縱向位移與常規(guī)情況相比偏大。為克服不利影響，若仍然按照常規(guī)做法，兩岸橋塔頂部IP點按高程相同進行設(shè)計，上塔柱高差將達到9 m，不僅剛度相差較大，而且因主塔高度增加導致造價增加。經(jīng)深入結(jié)構(gòu)分析，本橋在國內(nèi)同類橋中首次采用IP點不等高設(shè)計[13-14]，不僅結(jié)構(gòu)受力滿足要求，主塔高度也減少9 m，節(jié)省造價數(shù)百萬。同時為克服單向縱坡導致多種荷載組合作用下橋梁縱向位移過大，采用新型高阻尼、長行程、帶彈性剛度復合阻尼裝置，較好控制了梁端位移，增強了伸縮裝置的耐久性，同時也提高了結(jié)構(gòu)抗震性能。

3)鋼桁梁連接方案設(shè)計

加勁梁在吊裝過程中主纜變形大，非線性效應非常明顯，需要特別注意鋼桁梁桿件局部受力和梁段的位移變化，同時考慮吊裝過程中的抗風安全。常規(guī)的鋼桁梁連接方法主要有鉸接法、逐次鋼接法、分段鋼接法[15]，合理的連接順序不僅可以減少桿件的施工附加應力，還能加快施工進度，確保安全。通過分析上述3種常用連接方法可知，逐次剛接法上下弦桿附加應力太大，超過材料強度，不可行；設(shè)鉸的分段鋼接法，桿件受力不均，鉸處受力較大，需臨時加強，施工復雜；絞接法，各桿件受力較小，連接方便，但施工較慢。經(jīng)過反復試算分析，優(yōu)化了鉸接法，提出適合本橋的連接方案，提高了施工效率和質(zhì)量。

其具體連接方案是：前15個鋼桁節(jié)段安裝時，上弦鉸接，下弦不連；之后鋼桁節(jié)段安裝，上弦剛接，下弦不連；鋼桁梁及橋面板吊裝完成，梁段線形達到成橋線形后，剛接下弦和橋面板。在施工工程中采用本連接方案，施工非常順利，橋面線形控制精度也很高。

4)橋塔橫向不等高塔柱設(shè)計

江津岸橋塔所處位置橫坡陡峭，上下游塔柱處高差相差較大，2個塔柱高度相差10 m，橋塔兩塔柱采用不等高設(shè)計，承臺不設(shè)系梁。橋塔不等高塔柱能更好地適應地形地質(zhì)條件，減少開挖，降低防護工程量，節(jié)省造價，保護環(huán)境，見圖2(a)。

8 結(jié)束語

本文以筍溪河大橋為例，介紹了該橋的方案設(shè)計、主要結(jié)構(gòu)設(shè)計及設(shè)計中遇到的重難點問題，主要認識如下：

1)山區(qū)峽谷地帶，地形復雜，交通運輸艱難，施工場地狹小，在600 m以上大跨度的橋型中，選擇鋼桁梁懸索橋方案具有良好的適應性。

2)山區(qū)大跨懸索橋抗風穩(wěn)定性是控制設(shè)計因素之一，橋面板采用分幅式設(shè)計并設(shè)置抗風中央穩(wěn)定板對大橋的抗風穩(wěn)定性十分有利。

3)主塔采用IP點不等高設(shè)計及梁端設(shè)置高阻尼、長行程、帶彈性剛度的粘滯性復合阻尼裝置能較好地解決單向縱坡的不利影響，提高大橋的結(jié)構(gòu)受力性能。

4)鋼桁梁連接方案采用改進的鉸接法，既減小了施工附加應力，又提高了施工效率。

5)主塔因地制宜，橫向采用不等高設(shè)計，既減少了開挖、節(jié)省了造價，又保護了環(huán)境。

筍溪河大橋2014年底完成施工圖設(shè)計，2015年開工，經(jīng)過3年的建設(shè)，于2018年6月份建成通車，通車3年多來運營良好，該橋的建成經(jīng)驗可供同類工程參考。