劉翠紅LIU Cui-hong；李鍵LI Jian；劉斌LIU Bin；俞平橋YU Ping-qiao；李杰LI Jie；袁少洋YUAN Shao-yang

（①云南省交通規(guī)劃設計研究院有限公司，昆明 650011；②云南交通咨詢有限公司，昆明 650031）

1 項目概述

麗江古城至寧蒗高速公路是云南省“十三五”及中長期公路規(guī)劃中麗江～寧蒗～西昌中的一段，項目的建成將對當?shù)鼐用竦某鲂袔砗艽蟮谋憷?，對促進當?shù)芈糜螛I(yè)、加快經(jīng)濟發(fā)展有著十分積極的意義。

大東金沙江大橋是麗江古城至寧蒗高速公路工程的控制性工程，跨越金沙江，橋軸與金沙江交角約79°，其中古城岸（后退岸）自然地形坡度約41°，寧蒗岸（前進岸）坡度約32°，橋位標高至江面約590m。橋位處河谷寬約2080m，橋面至江面約590m。橋型方案的制約因素主要為兩岸地質(zhì)條件、經(jīng)濟性、施工便利性、景觀環(huán)保等。根據(jù)橋位處的地質(zhì)、地形、地貌特點，并結合制約因素，將大橋主橋布置為1520m雙塔單跨鋼桁梁懸索橋，兩岸引橋采用組合梁橋。（圖1）

圖1 總體布置圖

2 建設條件

①地形地貌。橋址區(qū)主要是受金沙江控制的中高山-狹谷地貌。②氣象水文。橋址區(qū)屬低緯暖溫帶高原山地季風氣候，氣候的干濕季節(jié)分明、垂直變化差異明顯。大東金沙江大橋走廊范圍內(nèi)河流屬金沙江水系。③工程地質(zhì)。兩岸巖性主要為二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組杏仁狀、致密狀、凝灰質(zhì)、角礫狀、斑狀玄武巖夾灰?guī)r扁豆體，岸坡穩(wěn)定。

3 主要技術標準

①道路等級：高速公路；②行車道數(shù)：雙向四車道；③計算行車速度：80 公里/小時；④設計荷載：公路-I 級；⑤主橋?qū)挾龋?1.0m；⑥橋面橫坡：2.0%；⑦設計洪水頻率：1/300；⑧設計風速：31.83m/s（1/100）；⑨地震基本烈度：VIII 度。E1 設計地震動峰值加速度0.34g，E2 設計地震動峰值加速度0.42g。

4 橋型方案論證

大橋跨越金沙江，兩岸岸坡較陡，橋位處山高谷深。河谷呈十分開闊的“V”字形，設計高度處河谷寬約2060m。橋面至江面高差非常大，約為590m。針對這樣的地形特點，大橋的主跨須采用千米級以上的大跨徑一跨跨越。若采用拱橋結構形式，主橋?qū)⒆龀缮铣惺焦皹蚯抑骺缈鐝匠^1100m，遠超出拱橋的經(jīng)濟跨徑范圍及世界拱橋最大跨徑。若采用斜拉橋結構形式，主跨跨徑將超過1200m，超出世界斜拉橋最大跨徑。而采用懸索橋結構形式，大橋的主跨跨徑將控制在1500m 附近，其安全性和經(jīng)濟性都具有很大的優(yōu)勢。因此本橋主橋方案推薦為1520m 雙塔單跨鋼桁梁懸索橋。

5 主橋結構設計

5.1 索塔

索塔采用門形框架結構，索塔整體造型以及各部分的斷面形式考慮了受力、風阻系數(shù)以及景觀方面的要求，同時盡可能便于施工。兩岸橋塔構造完全一致，古城岸索塔總高度為261m，寧蒗岸索塔總高度為291m。塔柱均采用D 形薄壁空心斷面，古城岸索塔：順橋向9～14.381m，橫橋向6～10.485m；寧蒗岸索塔：順橋向9～15m，橫橋向6～11m。上塔柱壁厚1.0m，下塔柱壁厚1.2m。塔柱在橫梁位置處設加厚段，塔底設實心段。在塔柱橫橋向設置通氣孔，塔頂、上下橫梁、塔柱的加勁梁側(cè)設有人孔互通，塔柱內(nèi)設有電梯、爬梯，以便于施工及檢修。上下橫梁為箱形預應力混凝土結構，上橫梁截面為8×8m，壁厚1m，下橫梁截面10×9m，壁厚1m。上下橫梁布置預應力鋼絞線。單個索塔采用32根D2.8m 的鉆孔灌注樁基礎，承臺為梯臺狀，高度8m；古城岸單個塔柱底的承臺間設置系梁。（圖2）

圖2 橋塔布置圖

5.2 加勁梁

懸索橋加勁梁一般有鋼桁架加勁梁和鋼箱梁加勁梁兩種。鋼箱加勁梁對運輸和吊裝條件要求較高，適用于運輸條件好的地方，鋼桁加勁梁為散件組拼，對運輸和吊裝要求低，適用于運輸條件困難的地方。本橋位位于麗江古城區(qū)大東鄉(xiāng)，橋位處地勢陡峭，巖層破碎，運輸條件較差，故選用滿足當?shù)亟ㄔO條件的鋼桁梁加勁梁方案以滿足當?shù)亟ㄔO條件。（圖3）

圖3 主梁標準橫斷面

本橋上部結構為主跨1520m 的單跨雙鉸板桁結合式鋼桁梁懸索橋。主桁架采用帶豎腹桿的華倫式結構，桁高9.5m，標準節(jié)間長10.8m，靠近橋塔兩岸端部各有兩個11.8m 長梁段，具體布置為（2×11.8m+136×10.8m+2×11.8m）。兩片主桁架弦桿，中心間距31.0m。標準梁段含橋面板最大吊裝重量為193.2t。

鋼桁梁包含鋼桁架和正交異性鋼橋面板兩部分，板桁結合。正交異性鋼橋面板與鋼桁架通過焊接方式組成整體，共同抵抗各工況荷載效應。鋼桁架包含主桁架、橫桁架和下平聯(lián)。主桁架由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成。橫桁架由上橫梁、下橫梁、外斜腹桿、內(nèi)斜腹桿和豎腹桿組成。

5.3 纜索體系設計

主纜矢跨比是懸索橋的重要設計參數(shù)，經(jīng)綜合比較，本橋主纜采用1/10 的矢跨比進行設計。全橋共設兩根主纜，主纜采用預制平行鋼絲索股（PPWS）。每根主纜中，從古寧岸錨碇到古城岸錨碇的通長索股有212 股，無背索。每根索股由127 根直徑為5.25mm、公稱抗拉強度為1960 MPa 的高強度鍍鋅鋼絲組成。主纜在架設時豎向排列成近似尖頂?shù)恼呅危o纜后主纜為圓形。索夾內(nèi)直徑為951mm，索夾外直徑為963mm。

本橋采用鋼絲繩吊索，每一吊點設2 根吊索。吊索與索夾為騎跨式連接，吊索與加勁梁為銷鉸式連接。吊索鋼絲繩公稱直徑為φ54mm，公稱抗拉強度為1770MPa。吊索上每20m 設置一個減震架，以減少吊索的風致振動。為了減小纜梁位移差，提高上部結構縱向剛度，在跨中設置三對中央扣斜拉索，斜拉索與吊索同規(guī)格。

大橋中跨設置吊索，中跨索夾水平間距為10.8m，邊跨索夾的水平間距為14.8m。吊索與索夾為騎跨式連接，每個吊點設2 根吊索。索夾均采用左右對合的結構形式，用螺桿相連并夾緊于主纜上，接縫處嵌填橡膠防水條防水。中央扣索夾設計壁厚為40mm，其余各索夾的設計壁厚均為35mm。全橋的索夾分為7 種類型，其中有吊索索夾5 種，無吊索索夾2 種。

主索鞍鞍體采用鑄焊組合結構，鞍槽、縱肋、橫肋和底板用鑄鋼鑄造，側(cè)板由鋼板焊成。鞍體下設不銹鋼板-聚四氟乙烯板滑動副，以適應施工中的相對移動。散索鞍鞍體采用鑄焊結合的結構方案。鞍槽用鑄鋼鑄造，鞍體由鋼板焊成。

5.4 錨碇設計

隧道式錨碇根植于基巖，可充分發(fā)揮巖石巖性，是山區(qū)懸索橋錨碇的首選形式。由于兩岸錨碇區(qū)持力層地質(zhì)較好，具備實施隧道錨的條件，因此推薦環(huán)保性和經(jīng)濟性較好的隧道錨方案。

古城岸錨碇結構分為錨塞體、散索鞍基礎、前錨室、后錨室四部分。錨塞體主要承受錨固系統(tǒng)傳遞的主纜索股拉力；散索鞍基礎主要承受由散索鞍傳遞的主纜壓力；前錨室指前錨面到洞門間的部分，為封閉空間，內(nèi)設除濕系統(tǒng)，對主纜索股起保護作用；后錨室指后錨面之后的空間。前錨室洞口尺寸為11.6m×10.0m（寬×高），頂部為圓弧形，圓弧半徑5.8m。前錨面尺寸為11.6m×15.2m（寬×高），頂部為圓弧形，圓弧半徑5.8，后錨面尺寸為17m×24m（寬×高），頂部圓弧半徑為8.5m，錨塞體長度為50m。后錨室端部尺寸為17m×21.3m（寬×高），長3m。散索鞍基礎采用擴大基礎。寧蒗岸錨碇比古城岸增加了纜洞，散索鞍基礎采用樁基礎。

5.5 錨固系統(tǒng)設計

目前，主纜常用的錨固體系有鋼支架體系及預應力體系兩種。為了減小隧道錨規(guī)模，本橋優(yōu)選預應力體系。預應力錨固體系主要分為預應力鋼絞線體系和預應力鋼拉桿體系。

預應力鋼絞線錨固體系，即主纜絲股與錨體前面的鋼制拉桿相連，拉桿通過連接平板、連接套筒預應力鋼絞線錨固在錨體上。拉桿采用40Cr 鋼，螺母、墊圈采用40Cr鋼，連接平板和連接套筒采用優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（鍛鋼）。錨固系統(tǒng)采用雙股錨和單股錨相結合，與主纜索股等強設計。

預應力鋼拉桿體系即將單體截面較小的預應力鋼絞線替換為40CrNiMo 合金拉桿，以增大的截面換取防腐耐久性。高強鋼拉桿錨固系統(tǒng)在型鋼錨固系統(tǒng)的基礎上發(fā)展而來，由兩個子系統(tǒng)組成：一是索股錨固系統(tǒng)，二是鋼拉桿系統(tǒng)，兩子系統(tǒng)通過聯(lián)接器結為統(tǒng)一整體，主纜索股拉力通過聯(lián)接器平板轉(zhuǎn)換為鋼拉桿拉力，鋼拉桿拉力通過鋼墊板直接傳給錨塊混凝土。索股錨固系統(tǒng)由連接拉桿組件、連接器平板組成；索股錨固連接構造分為單索股錨固單元和雙索股錨固單元，單索股錨固單元由2根連接拉桿和單索股聯(lián)接器平板構成，雙索股錨固單元由4 根連接拉桿和雙索股聯(lián)接器平板構成。鋼拉桿系統(tǒng)由錨固鋼拉桿、后端錨固承壓螺母、前端轉(zhuǎn)換螺母等構成；錨固鋼拉桿采用表面發(fā)藍+孔道灌注純水泥漿的防腐體系。經(jīng)過綜合比較，由于預應力鋼絞線錨固體系便于本橋位施工場地受限的隧道錨施工，因而采用預應力鋼絞線錨固體系。錨固系統(tǒng)采用環(huán)氧噴涂鋼絞線，錨固拉桿采用40CrNiMo，螺母、墊圈均采用40Cr，球面墊圈、內(nèi)球面墊圈采用40Cr，錨固連接器采用45 號鍛鋼，預應力管道定位支架采用Q235 型鋼。

6 引橋結構設計

古城岸引橋上部結構采用（65+3×70+65）m 鋼混組合梁，后退岸接橋臺，前進岸接主橋伸縮縫，單幅橋梁寬度12.55m。寧蒗岸引橋上部結構采用（60+65+60）m 鋼混組合梁，后退岸接主橋伸縮縫，前進岸接橋臺，單幅橋梁寬度12.55m。

單幅橋跨設置2 根主梁，端支點設置實腹式端橫梁，中支點位置設置實腹式中橫梁，跨間每隔5m 設置1 道箱內(nèi)橫撐和箱間橫聯(lián)，箱間橫聯(lián)和箱內(nèi)橫撐均為空腹式桁架結構。本橋鋼縱梁采用槽型斷面，鋼梁底板及上翼緣水平，腹板外傾，為適應橋面橫坡。腹板厚度14mm 沿跨徑通長不變，腹板設置三道水平加勁肋，加勁肋沿跨徑通長布置，豎向加勁肋標準間距2.5m，兩端加密。上翼緣寬500～800mm，板厚20mm、40mm，底板板寬2400mm，板厚32mm、16mm，底板設置三道縱向板式加勁肋，加勁肋沿跨徑通長布置，加勁肋尺寸隨底板厚度變化，底板設置T 型橫向加勁肋，標準間距2.5m，近中支點區(qū)域加密。中支點兩側(cè)各5m 范圍內(nèi)鋼結構底板鋪設40cm 厚混凝土，底板混凝土應在鋼結構架設完成后，橋面板施工前鋪設。

下部結構橋墩采用變截面空心方形薄壁墩、變截面實心方形墩，下設承臺及群樁基礎。兩岸橋臺為重力臺。

7 結語

大東金沙江大橋為高海拔、高地震烈度、山區(qū)超大跨徑橋梁。大橋建成后，將成為世界上山區(qū)最大跨徑懸索橋。本橋的初步設計方案可為同類型山區(qū)大跨徑橋梁的設計提供借鑒和參考。