唐國(guó)漢 冮大興 鄭旭峰 林小軍 蔣建軍 何云勇,2

(1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041； 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

1 白格堰塞湖致金沙江大橋?yàn)?zāi)損概況

2018年10月11日晚22時(shí)6分，西藏昌都市江達(dá)縣和四川省甘孜州白玉縣波羅鄉(xiāng)白格村發(fā)生山體滑坡，堵塞金沙江河道，形成白格堰塞湖。10月12日，堰塞體自然溢流。10月13日，堰塞湖右岸攏口已完全沖開，江水以5 000 m3/s奔流而下，形成第一次洪峰，洪峰后堰塞湖水位下降20 m，潰壩隱患完全消除。11月3日，原山體滑坡點(diǎn)發(fā)生二次滑坡。11月12日，白格堰塞湖河水引入導(dǎo)流槽，形成第二次洪峰，下游水位迅速升高[1-3]。11月14日1點(diǎn)40分，國(guó)道318線巴塘竹巴龍金沙江大橋洪峰最大流量20 900 m3/s，流速8 m/s～10 m/s，為歷史之最，導(dǎo)致該橋被沖毀，上游500 m建于20世紀(jì)50年代的老金沙江大橋也被沖毀(如圖1所示)，國(guó)道318斷道。

國(guó)道318線竹巴龍金沙江大橋橋址地層依次為堆積層碎石土、厚3 m～5 m，沖洪積層卵石、厚5 m～10 m，冰積層塊碎石土。橋梁上部結(jié)構(gòu)為8孔30 m預(yù)應(yīng)力T梁、1孔25 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆空心板，下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺(tái)、摩擦樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)25 m～33 m。白格堰塞湖二次洪峰導(dǎo)致該橋第2孔～8孔梁體落梁，第1孔梁體向下游發(fā)生扭轉(zhuǎn)和橫移，部分蓋梁、系梁、墩柱、擋塊等結(jié)構(gòu)開裂[4]。為盡早恢復(fù)國(guó)道318線通車，開展了原金沙江大橋搶通保通方案和恢復(fù)重建設(shè)計(jì)研究。

2 原金沙江大橋搶通保通方案

通過(guò)對(duì)原金沙江大橋下部結(jié)構(gòu)承載力檢測(cè)，并對(duì)部分蓋梁、系梁、墩柱、擋塊裂縫進(jìn)行加固處理，擬定了保留原金沙江大橋兩岸邊孔糾偏復(fù)位利用，落梁7孔架設(shè)簡(jiǎn)支戰(zhàn)備鋼橋的搶通保通方案[5]。

原橋2孔～8孔采用ZB 200型上承式三排單層加強(qiáng)型(上、下設(shè)加強(qiáng)弦桿)簡(jiǎn)支戰(zhàn)備鋼橋，采用汽車(履帶)吊裝方案進(jìn)行安裝。橋梁橫向布置采用雙側(cè)三排，兩側(cè)桁架之間設(shè)置剪刀撐，每跨桁架下部設(shè)置3道～4道橫梁，加強(qiáng)橋梁抗側(cè)彎能力。每跨內(nèi)部橫梁、橋面板按照標(biāo)準(zhǔn)間距布置，兩跨之間端部橫梁間距為非標(biāo)準(zhǔn)間距時(shí)，對(duì)橋面板進(jìn)行切割匹配，橋面板與橫梁采用可靠連接。簡(jiǎn)支梁采用相鄰跨桁架縱向重疊、橫向交錯(cuò)方式，以適應(yīng)節(jié)段長(zhǎng)度與橋跨的不匹配問(wèn)題，保證支座位于高抗剪桁架的端柱位置，支座傳力明確，且能保證橋墩不產(chǎn)生偏壓。應(yīng)對(duì)支座進(jìn)行限位，防止運(yùn)營(yíng)期間滑移。

橋梁采用上承式結(jié)構(gòu)，即橫梁、橋面板設(shè)置在上弦桿加強(qiáng)弦桿以上位置。每一標(biāo)準(zhǔn)型桁架單元的長(zhǎng)度為3.048 m，一孔30 m橋跨采用10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型桁架單元，相鄰兩孔簡(jiǎn)支鋼梁橋的主桁片橫向交錯(cuò)布置。每孔兩端設(shè)置高抗剪型桁架(履帶吊上橋安裝時(shí)必須采用)，其余為普通型桁架；下弦桿在第2節(jié)～第9節(jié)段設(shè)加強(qiáng)弦桿，上弦桿全橋均設(shè)加強(qiáng)弦桿。每孔設(shè)4道下橫梁，上橫梁11道。上、下橫梁與弦桿之間采用騎馬卡連接。Ⅰ型剪刀撐適用于鋼橋奇數(shù)跨，共4跨，每跨9片；Ⅱ型剪刀撐適用于鋼橋偶數(shù)跨，共3跨，每跨11片，加工制造時(shí)適當(dāng)考慮富余。剪刀撐四角的節(jié)點(diǎn)板與桁架采用M27螺栓連接，斜撐與中部節(jié)點(diǎn)板焊接。水平撐桿及斜撐采用[8槽鋼，每間隔1 m左右，上下翼緣板采用鋼板焊接聯(lián)系。標(biāo)準(zhǔn)橋板單元長(zhǎng)3.042 m，非標(biāo)準(zhǔn)橋板長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)下料。中間7孔鋼梁與兩邊邊梁存在85 cm高差，采用跳板進(jìn)行過(guò)渡。

2018年12月5日完成金沙江鋼便橋架設(shè)，如圖2所示，國(guó)道318實(shí)現(xiàn)交通管制通行。臨時(shí)鋼橋安排專人24 h值守，限速10 km/h、限重20 t的小客車通行。

3 金沙江大橋恢復(fù)重建設(shè)計(jì)分析

3.1 橋位比選

在戰(zhàn)備鋼便橋形成國(guó)道318線保通情況下，恢復(fù)重建提出了上、下兩個(gè)橋位比選。其中上橋位為上游老金沙江大橋橋址區(qū)，下橋位為國(guó)道318線金沙江大橋上游側(cè)70 m，如圖3所示。

經(jīng)綜合比較，上橋位下覆粉土層較厚，樁基持力層條件差，而下橋位下覆砂卵石層，從場(chǎng)地地質(zhì)條件看，下橋位優(yōu)；上橋位新建連接線較下橋位長(zhǎng)500 m，征地拆遷數(shù)量多，工程造價(jià)較下橋位多1 156萬(wàn)元。因此，國(guó)道318線金沙江大橋選擇原位上游側(cè)70 m恢復(fù)重建。

3.2 橋型比選

橋型方案選擇受地形、地質(zhì)、水文、行洪及橋梁高度和跨度等因素控制，為達(dá)到重建橋梁結(jié)構(gòu)安全可靠、施工難度小、經(jīng)濟(jì)合理及后期管養(yǎng)等目標(biāo)，擬定了兩種橋型方案。方案一為連續(xù)剛構(gòu)橋，孔跨布置為3×27 m現(xiàn)澆梁+(70+120+70)m連續(xù)剛構(gòu)+2×23.5 m現(xiàn)澆梁，橋長(zhǎng)390 m，如圖4所示。方案二為鋼混組合梁，孔跨布置為14 m現(xiàn)澆梁+6×60 m鋼混組合梁+14 m現(xiàn)澆梁，橋長(zhǎng)390 m，如圖5所示。

白格堰塞湖第2次泄洪沖毀金沙江大橋，其泄洪水位如表1所示。針對(duì)兩種橋型方案，推算出其防洪能力，如表2所示，方案一、二兩種橋型梁底最低標(biāo)高均高于白格堰塞湖兩次泄洪水位，過(guò)水面積、泄洪流量均大于白格堰塞湖第二次洪峰流量，遠(yuǎn)超過(guò)有記錄以來(lái)的最大洪峰流量，兩方案的防洪能力均滿足行洪要求。

表1 白格堰塞湖水位

表2 金沙江大橋重建方案防洪能力推算

從施工角度來(lái)講，方案二簡(jiǎn)支鋼混組合梁節(jié)段運(yùn)輸困難，只能分成小節(jié)段運(yùn)輸，然后在現(xiàn)場(chǎng)拼裝成較大的安裝節(jié)段；橋位屬于高原干熱河谷氣候，河谷風(fēng)沙大，現(xiàn)場(chǎng)拼裝、焊接措施費(fèi)高；節(jié)段吊裝重量大，需在江上架設(shè)專門鋼棧橋和臨時(shí)支墩，采用大型履帶吊機(jī)安裝，施工措施費(fèi)高；方案二鋼混組合梁建安費(fèi)8 397萬(wàn)元，后期維護(hù)費(fèi)用較高。

方案一連續(xù)剛構(gòu)橋施工程序單一，施工技術(shù)成熟，建安費(fèi)7 557萬(wàn)元，較方案二少840萬(wàn)元，造價(jià)較低，耐久性好，后期維護(hù)費(fèi)用相對(duì)方案二低。因此，推薦采用連續(xù)剛構(gòu)橋方案。

3.3 重建連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)

重建金沙江大橋設(shè)計(jì)為主橋70 m+120 m+70 m連續(xù)剛構(gòu)橋，主橋箱梁為縱向、豎向及橫向三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，采用單箱單室箱型截面。箱頂板寬12 m，底板寬6.2 m，箱梁頂板設(shè)置成2.0%雙向橫坡。箱梁跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高3.2 m，根部斷面和墩頂0號(hào)梁段高為7.5 m。從中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.8次拋物線變化。箱梁腹板懸澆梁段根部至跨中梁段腹板厚0.6 m。箱梁底板厚從箱梁根部截面的0.8 m以1.8次拋物線變至跨中截面0.36 m。主梁零號(hào)塊長(zhǎng)度為12.0 m，懸臂施工標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度分為7×3.0 m+8×4.0 m，全橋共設(shè)3個(gè)合龍段，其長(zhǎng)度均為2.0 m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為8.88 m。懸臂澆筑節(jié)段最大控制重量為1 385 kN[6]。

根據(jù)各段梁有效分布寬度的計(jì)算，箱梁底板與腹板相交處設(shè)有較大的倒角。主墩墩頂(0號(hào)節(jié)段)設(shè)兩道厚1.0 m的橫隔板，現(xiàn)澆梁端各設(shè)一道厚2.0 m的橫隔板。每道橫隔板處預(yù)留1.0×2.2 m檢修通道。檢修人員可從梁端預(yù)設(shè)的檢修通道入口進(jìn)入箱梁內(nèi)部。

主橋頂板束、腹板束、合龍束、邊跨底板束、頂板束采用17φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線，中跨底板束采用19φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線。箱梁腹板縱向每間隔0.5 m設(shè)一道豎向預(yù)應(yīng)力鋼束。豎向預(yù)應(yīng)力鋼束采用4φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線及低回縮專用錨具。箱梁頂板縱向每間隔0.5 m設(shè)一道橫向預(yù)應(yīng)力鋼束。橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用2φs15.2高強(qiáng)低松弛鋼絞線。

主墩采用鋼筋混凝土船形實(shí)心墩，橫橋向?qū)?1.286 m，順橋向?qū)?.5 m。主墩承臺(tái)厚度為5 m，平面尺寸為16.6 m×11.1 m。單個(gè)承臺(tái)主墩樁基為6根φ2.5 m的鉆孔灌注樁，縱橫向樁間距6.25 m。交界墩采用鋼筋混凝土矩形墩，橫橋向?qū)?.8 m，厚度為2.0 m。交界墩承臺(tái)厚度為2.5 m，平面尺寸為6.25 m×2.5 m。單個(gè)承臺(tái)主墩樁基為4根φ1.5 m的鉆孔灌注樁，縱橋向樁間距3.75 m。采用鋼筋混凝土蓋梁。

3.4 連續(xù)剛構(gòu)橋計(jì)算結(jié)果

采用有限元軟件，建立數(shù)值模型對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)，鋼筋混凝土收縮徐變按相關(guān)規(guī)范取值，橋梁結(jié)構(gòu)溫差取值為±20 ℃，正溫度梯度取0 ℃，5.5 ℃，14 ℃，負(fù)溫度梯度取-7.0 ℃，-2.75 ℃，0 ℃，合龍段取為17 ℃，根據(jù)實(shí)際情況，合龍段溫差控制在15 ℃～20 ℃。橋梁現(xiàn)澆施工掛籃計(jì)算值為80 t。結(jié)合地質(zhì)情況，橋梁基礎(chǔ)按摩擦樁計(jì)算[7,8]。

由表3可知，主梁施工階段控制截面最大拉應(yīng)力峰值為0.1 MPa，位于主梁邊跨端頭截面；最大壓應(yīng)力峰值為9.8 MPa，位于主梁中跨跨中截面；最大拉應(yīng)力、壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。由表4可知，主梁在短期效應(yīng)組合作用下，最大應(yīng)力峰值為9.3 MPa，位于主梁中跨L/4截面處，最小應(yīng)力值為0.8 MPa，位于邊跨端頭截面；主梁在長(zhǎng)期效應(yīng)組合作用下，最大應(yīng)力峰值為9.1 MPa，位于主梁中跨L/4截面處，最小應(yīng)力值為0.8 MPa，位于邊跨端頭截面；主梁在基本荷載組合作用下，最大、最小應(yīng)力峰值與長(zhǎng)期效應(yīng)組合一致。主梁運(yùn)營(yíng)階段控制截面應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。合龍前，主梁跨中截面推力為2 000 kN，跨中主墩頂推位移為1.7 cm。設(shè)計(jì)主墩截面承載能力大于結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)力，滿足規(guī)范要求。主橋主跨計(jì)算剛度為67 mm，小于L/600即200 mm；邊跨計(jì)算剛度為37 mm，小于L/600即116 mm，滿足規(guī)范要求，能夠確保橋梁正常使用。

表3 主梁施工階段控制截面應(yīng)力峰值 MPa

表4 主梁運(yùn)營(yíng)階段控制截面應(yīng)力 MPa

4 連續(xù)剛構(gòu)橋施工方案

1)下部結(jié)構(gòu)施工。連續(xù)剛構(gòu)橋樁基持力層為砂卵石土，樁基施工采用鉆孔灌注樁。主墩墩身施工配置電梯和塔吊，采用滑模法施工。主墩承臺(tái)為大體積混凝土施工，應(yīng)控制混凝土水化熱，采用低水化熱水泥，施工時(shí)采用冷卻水管降溫，防止承臺(tái)混凝土開裂。

2)上部結(jié)構(gòu)施工。主墩施工完成后，于墩頂預(yù)埋牛腿托架，在托架上完成0號(hào)塊梁段施工?？紤]到0號(hào)塊高7.5 m，混凝土體積大，預(yù)應(yīng)力管道密集，0號(hào)塊混凝土可按豎向分三層澆筑，施工完畢后，于0號(hào)塊兩端安裝掛籃，依次懸澆各梁段。主橋邊跨采用滿堂支架現(xiàn)澆施工。

本橋合龍按先兩側(cè)邊跨合龍，再中跨合龍的順序施工。邊跨懸澆梁段施工完后，于合龍段安裝勁性骨架，低溫時(shí)澆筑邊跨合龍段混凝土，養(yǎng)護(hù)至強(qiáng)度大于90%，張拉合龍束、底板束到設(shè)計(jì)拉力值，完成邊跨合龍。中跨合龍采用水箱法，于中跨兩懸臂端安裝吊架(吊架不超過(guò)1 200 kN)，并在懸臂端設(shè)水箱作平衡重，低溫時(shí)澆筑中跨合龍段混凝土，同步等重量放水，養(yǎng)護(hù)至強(qiáng)度大于90%，張拉合龍束，拆除吊架后，按順序張拉縱向底板束和橫、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，完成全橋合龍段施工。

5 結(jié)語(yǔ)

在地震、余震及強(qiáng)降雨條件下，高山峽谷區(qū)的山體滑坡逐年都有發(fā)生，往往會(huì)阻斷河流，形成堰塞湖，淹沒公路，沖毀橋梁，導(dǎo)致嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人身財(cái)產(chǎn)損失。本文以白格堰塞湖沖毀國(guó)道318線金沙江大橋?yàn)槔?，提出了架設(shè)簡(jiǎn)支戰(zhàn)備鋼橋的搶通保通方案；通過(guò)恢復(fù)重建橋位、橋型比選，確定了原位重建連續(xù)剛構(gòu)橋建設(shè)方案，分析了重建橋梁防洪能力、設(shè)計(jì)計(jì)算成果及剛構(gòu)橋的施工方案，可供同地區(qū)類似工程參考。