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湖南矮寨大橋
2015-04-22 

   1、概況

   吉茶高速公路是湖南省的一條重要旅游通道,矮寨大橋?yàn)榧韪咚俟返目刂菩怨こ蹋L1073.65m。橋位距吉首市區(qū)約20公里,跨越矮寨大峽谷。橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高與地面高差達(dá)330m,山谷兩側(cè)懸崖距離從900m到1300m之間變化。橋位處有國道209上中國著名的公路景觀――矮寨盤山公路。

   圖1  矮寨大橋構(gòu)想圖
 
   項(xiàng)目所在地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,平均氣溫16.6℃,年平均降雨量1400mm,極端最低氣溫-10.0°C、極端最高氣溫38.0°C;矮寨地區(qū)年平均冰凍天數(shù)為13天;矮寨地區(qū)年平均霧日為45天。

   場地發(fā)育的地層主要為第四系的粘土、塊石,寒武系上統(tǒng)的灰?guī)r,中統(tǒng)的白云巖、灰?guī)r和泥質(zhì)白云巖,下統(tǒng)的灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖。場地地下水對砼無腐蝕性。

   矮寨大橋?yàn)樗能嚨栏咚俟诽卮髽颍▓D1),設(shè)計(jì)車速80km/h,設(shè)計(jì)汽車荷載為公路—I 級,橋面設(shè)計(jì)風(fēng)速34.9m/s。地震動峰值加速度0.05g,地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s;

   2、主橋結(jié)構(gòu)

   該橋采用塔梁分離式鋼桁加勁梁懸索橋方案??鐝讲贾脼?42m+1176m+116m,主梁全長1000.5m(圖2)。

   吉首岸橋臺距隧道洞口約90m,兩側(cè)為觀景平臺;茶洞岸橋臺連接的坡頭隧道為分離式隧道,在與隧道銜接的范圍內(nèi),中央分隔帶漸變過渡,主橋的硬路肩寬度相應(yīng)壓縮。

   由于地形和線路走向的因素,矮寨懸索橋位于0.80%的單向縱坡上。主橋總體設(shè)計(jì)中主纜的理論頂點(diǎn)受縱坡影響,茶洞岸比吉首岸高9.408m。此設(shè)計(jì)可降低吉首岸邊跨主纜的水平傾角,茶洞岸的索塔高度和邊跨主纜的布置更合理,全橋主纜受力更均勻。

   圖2  橋型總體布置圖(尺寸單位:cm)

   1)纜吊系統(tǒng)

  ?。?)主纜

   主纜矢跨比1/9.6,主纜中心橫橋向間距27m。主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股逐根架設(shè)的施工(PPWS)。單束預(yù)制平行鋼絲索股由127根ф5.25mm鍍鋅鋼絲組成。每根主纜中有169股通長索股;吉首岸邊跨另設(shè)背索(6根索股)于吉首岸主索鞍上錨固。索夾內(nèi)空隙率17%,索夾外空隙率19%。主纜斷面(圖3)。

   圖3 主纜斷面

  ?。?)吊索

   該橋只中間跨設(shè)置吊索,吊索標(biāo)準(zhǔn)間距14.5m,端吊索間距29m。

   吊索(圖4)設(shè)計(jì)采用鋼絲繩騎跨式,靠近主塔的三個吊點(diǎn)每側(cè)吊點(diǎn)設(shè)3根吊索,C00每側(cè)設(shè)兩根吊索,通過預(yù)應(yīng)力巖錨將其錨固于巖石上。其余每側(cè)吊點(diǎn)設(shè)2根吊索,與鋼桁架采用銷鉸式連接。吊索由高強(qiáng)鍍鋅鋼絲互捻而成,有兩種結(jié)構(gòu)形式:J00~J01、C00~C02吊索因拉力或應(yīng)力幅較大采用直徑88mm的8×55SWS+I(xiàn)WR的鋼絲繩。其余吊索采用直徑62mm的8×41SW+I(xiàn)WR的鋼絲繩,公稱抗拉強(qiáng)度1870Mpa。

   圖4 吊索

    (3)中央扣斜拉索

   為限制主纜和鋼桁架的縱向水平位移,在主纜跨中設(shè)置三對柔性中央扣,中央扣斜拉索采用直徑88mm的8×55SWS+I(xiàn)WR的鋼絲繩,鋼絲繩兩端設(shè)套筒式熱鑄錨,錨固于鋼桁架的上弦桿上。

  ?。?)索鞍

   索鞍采用鑄焊組合結(jié)構(gòu),主索鞍由鞍頭和鞍身組成,兩者組焊為一體。為減輕頂推摩阻力,鞍體下設(shè)聚四氟乙烯滑板以適應(yīng)施工中的相對位移量,吉首岸塔上預(yù)偏量為1000mm,茶洞岸塔上預(yù)偏量為373mm。主索鞍分兩半制造,吊裝后用高強(qiáng)螺栓聯(lián)為一體。吉首岸邊跨背索錨固于鞍頂?shù)腻^梁上。

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

   2)加勁梁

   鋼桁加勁梁包括鋼桁架和橋面系(圖5)。鋼桁架由主桁架、主橫桁架、上下平聯(lián)及抗風(fēng)穩(wěn)定板組成。主桁架為帶豎腹桿的華倫式結(jié)構(gòu),由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成。上弦桿、下弦桿采用箱型截面,腹桿除支座處采用箱型斷面外其余均采用工字型截面。主桁高7.5m,寬27m, 一個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度14.5m,由2個7.25m的節(jié)間組成,在每節(jié)間處設(shè)置一道主橫桁架(圖7)。

   主橫桁架采用單層桁架結(jié)構(gòu),由上、下橫梁及豎、直腹桿組成,其中上下橫梁采用箱型截面,腹桿采用工字型截面。上、下平聯(lián)采用K形體系、箱型截面。

   根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,在橋面系上、下分別布置縱向抗風(fēng)穩(wěn)定板。

   橋面系采用縱向工字梁與混凝土橋面板的鋼-混組合結(jié)構(gòu),簡支在主桁橫梁的上弦桿上,理論跨徑7.25m,縱梁兩端設(shè)置橫隔梁。

   橋面板采用預(yù)制鋼筋混凝土板,板長7.21m、寬1.62m、厚0.16m。

   圖5 鋼桁加勁梁橫斷面(尺寸單位:cm)  

   橋面板通過接縫處縱梁上的剪力釘與縱梁相結(jié)合。

   鋼桁加勁梁采用從橋兩端往跨中施工方案。全橋共69個節(jié)段,跨中設(shè)一合龍節(jié)段。主橫桁架每片作為一個架設(shè)節(jié)段,全橋共139個節(jié)段。除端部兩個節(jié)段主桁架、主橫桁架采用單根桿件架設(shè)外,其余均采用平面構(gòu)架法施工,上下平聯(lián)和下抗風(fēng)穩(wěn)定板采用單根桿件拼裝。

   根據(jù)施工節(jié)段鋼桁加勁梁受力情況,主桁架的上弦桿在架設(shè)過程中,局部位置設(shè)置臨時鉸,臨時鉸待全橋二期恒載鋪裝完畢后取消改為剛接,全橋共設(shè)置6對臨時鉸。

   3)索塔

   索塔均采用雙柱式門式框架結(jié)構(gòu),吉首岸索塔由擴(kuò)大基礎(chǔ)、塔座、塔柱(上塔柱壁厚0.8m、中塔柱壁厚1.0m、下塔柱壁厚1.2m)和橫梁(上橫梁、中橫梁)組成。索塔自擴(kuò)大基礎(chǔ)頂以上高129.316m,塔柱橫橋向由上向下向外傾斜,塔柱設(shè)上、中兩道橫梁,塔柱底設(shè)塔座并座落在分離式擴(kuò)大基礎(chǔ)上。擴(kuò)大基礎(chǔ)為C30鋼筋混凝土,塔座、塔柱為C55鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),上、下橫梁為C55預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

   茶洞岸索塔由擴(kuò)大基礎(chǔ)、塔座、塔柱(上塔柱壁厚1.0m、下塔柱壁厚1.2m)和上橫梁組成。索塔自擴(kuò)大基礎(chǔ)頂以上高61.924m,塔柱豎直,塔柱設(shè)上橫梁。

   橋塔擴(kuò)大基礎(chǔ)基底絕大部分位于弱風(fēng)化層上。對于建基面以下局部強(qiáng)風(fēng)化層應(yīng)根據(jù)開挖揭示情況采用鉆孔壓漿加固或回填墊層混凝土,確保地基承載力。吉首岸索塔布置見圖6。

   圖6  吉首岸索塔(尺寸單位:cm)

   4)錨碇

   吉首岸采用重力式錨碇,錨體分錨塊、散索鞍支墩及基礎(chǔ)、前錨室、后錨室四部分。其中錨塊承受預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)傳遞的主纜索股拉力,散索鞍支墩承受由散索鞍傳遞的主纜壓力,前錨室、散索鞍支墩及錨塊形成一個完整的三桿件人字狀構(gòu)造的空間受力構(gòu)件?;A(chǔ)平面尺寸為70m×46m,高6.5m~29.5m;錨室高29m,分離布置;錨塊和散索鞍支墩基礎(chǔ)共分四塊進(jìn)行澆筑,各塊之間設(shè)置2m后澆段,后澆段采用微膨脹混凝土。

   3、主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

   矮寨大橋是跨越峽谷規(guī)模最大的特大型橋梁之一,進(jìn)行了抗風(fēng)、抗震、施工方案、山體穩(wěn)定、隧道式錨碇等十余項(xiàng)專題研究和科研試驗(yàn),為橋位、橋梁方案和施工方案的選擇提供了科學(xué)依據(jù)。

  ?。?)茶洞岸索塔、錨碇、隧道位于同一山體,相互作用,結(jié)構(gòu)復(fù)雜;由于地形、地質(zhì)的緣故,主跨主纜兩端各有約100米范圍內(nèi),無吊索布置,為克服由此帶來的對吊索應(yīng)力幅、主纜剛度及折角、鋼桁端部應(yīng)力等的不利影響,首次在懸索橋上設(shè)置錨固于基巖的端吊索。

  ?。?)橋位區(qū)域地質(zhì)狀況較復(fù)雜,為查明塔基及錨碇場地巖溶的發(fā)育狀況,在勘察過程中進(jìn)行了平硐開挖,做了大型的巖體原位測試和聲波測試,在塔基和錨碇處鉆孔內(nèi)進(jìn)行了電磁波CT掃描,在地面除了采用的高密度電法和地震反射波法外,還進(jìn)行了瞬變電磙法物探,為橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)資料。

  ?。?)開展了風(fēng)洞試驗(yàn)研究、結(jié)構(gòu)動力特性分析以及鋼桁梁高度對整體動力特性影響研究。為提高矮寨大橋抗風(fēng)穩(wěn)定性,采用的氣動穩(wěn)定措施為:1m高下穩(wěn)定板+1m高上穩(wěn)定板+橋面封槽板,(上穩(wěn)定板與中央防撞欄結(jié)合成整體)。經(jīng)過風(fēng)洞試驗(yàn),在+5、+3、0、-3風(fēng)攻角工況下的顫振臨界風(fēng)速分別為113.8m/s、105.0m/s、75.3m/s、52.5m/s,高于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速51.5m/s。

  ?。?)橋址處于山區(qū)峽谷,峽谷效應(yīng)在橋址處形成獨(dú)特的風(fēng)環(huán)境,風(fēng)速比周圍開闊地帶明顯偏大;大橋主橋兩端連接隧道,車輛從隧道駛出時受急劇變化的剪切風(fēng)速,故在兩端從隧道口向主橋方向延伸的100m范圍內(nèi)均設(shè)置高度從4m漸變到0m的風(fēng)障(采用分段漸變),以保證車輛從隧道駛出后不會經(jīng)歷劇烈變化的橫風(fēng)作用,改善行車安全。

   4、有關(guān)資料

   建設(shè)單位:湖南省高速公路建設(shè)開發(fā)總公司

   設(shè)計(jì)單位:湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院

   施工單位:

   混凝土用量:123972m3

   鋼材用量:35541t

   造價:10億

   
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