某公路大橋工程設計與技術特點

關鍵詞： 道路橋梁 一、橋位概況      宜昌長江公路大橋是滬蓉國道主干線在宜昌長江河段跨越長江經湖北省西段進入重慶市的特大型一級公路橋梁，是國家 "九五"重點建設工程。橋址位于宜昌市虎牙灘，距城區(qū)約15km，上游距葛洲壩22km、三峽大壩40km，下游距枝城長江大橋約45km。    二、主要設計標準 

 

1．公路等級：一級公路。

 

2．荷載等級：汽-超20，掛-120；人群：3.5kN／平方米。

 

3．大橋設計時速： 80km/h。

 

4．大橋橋面寬度：鋼箱梁全寬30m，按四車道布置，兩側風嘴上各設一人行道，橋面凈寬26m。

 

5．接線路基寬：24.5m，四車道。

 

6．地震烈度：基本烈度為6度，按7度設防。

 

7．溫度：橋位區(qū)域極端最低溫度一14.6℃，極端最高溫度43.9℃，年平均氣溫16.5℃。

 

8．風況：設計基準風速為29m／s，成橋顫振檢驗風速為44m／s。    三、工程設計 

 

1．主橋總體布置

 

   懸索橋主跨跨度為960m，主梁簡支在兩側橋塔橫梁或交界墩承臺上。主橋南岸通過三孔30m簡支梁橋同南岸互通工程相接，北岸通過跨度為16，20，25（m）空心板組合的引橋跨318國道、接北岸接線工程。主橋橋梁全長1206m。

 

2．懸索橋主要設計參數

 

結構型式：單跨雙絞懸索橋； 

 

主纜跨徑（ m）： 246.255＋960＋246.255，主纜矢跨比： 1／10；

 

主纜直徑（mm）：655（索夾外，空隙率20％），647（索夾內，空隙率18％）；

 

主纜中心距（m）：24.4 吊索直徑（mm）：45；

 

吊索間距（m）：12.06（邊吊索距橋塔中心15．69）；

 

橋塔高度（m）：北塔112．415（承臺頂面以上），南塔142．227（承臺頂面以上）；

 

加勁梁全寬（m）： 30.00 加勁梁中心高（m）：3.0。

 

3．結構設計

 

（l）橋塔結構

 

由于南北兩岸地勢條件及地質情況不盡相同，南北兩橋塔結構上略有區(qū)別：南塔承臺以上塔高142．227m，有三道橫梁，行車道主梁及南岸引橋支承在下橫梁上；北塔承臺以上塔高112．415m，設上、中兩道橫梁，行車道主梁及北引橋支承在交界墩上。南北兩塔均采用分離式承臺，每一承臺長19.1m、寬9.1m、高7m，其下設8根直徑2.5m的樁基礎。北塔上游塔

 

   柱下樁基長18．6m；下游塔柱下樁基長14．6m。南岸橋塔16根樁基長度均為27m。

 

   兩塔身塔柱均為空心矩形箱結構。塔頂順橋向6m寬，并按1：100的坡度分別加寬至塔腳8.40m（北塔）、8.84m（南塔）。塔頂橫橋向等寬5m。塔柱壁厚度按上、中、下三道橫梁分為三種，壁厚分別為0.7m、0.8m、1.0m。為有效地擴散塔頂主鞍傳遞的巨大壓力，塔頂設有12.8高漸變段。塔冠設有3．4m高實體段。上橫梁高5．4m、寬5．08m；中橫梁高7.5m、

 

寬6．08m，壁厚均為0.8m。南岸下橫梁高6.8m，寬7.19m，壁厚為1.0m。

 

   為改善橋塔外觀效果，在塔柱的四角及外側中央設有0.3m * 0.5m，3m * 0.15m的凹槽。

 

塔柱豎向主筋采用φ32，間距15cm。水平箍筋采用φ16，除橋塔根部變化段間距15cm外，其余均為20cm。同時在間距20cm的水平箍筋之間設置了兩根φ6.5防裂分布箍筋。橫梁主筋采用φ25，間距15cm；箍筋采用φ16，間距15cm。在各道橫梁上設有根數不等的鋼絞線預應力束。

 

塔身及橫梁為50號混凝土，承臺為30號混凝土，樁基為25號混凝土。全橋橋塔50號混凝土10554立方米，30號混凝土4867立方米，25號混凝土4768立方米。

 

（2）加勁梁

 

   加勁行車道主梁為類似魚鰭形扁平鋼箱梁結構。主梁結構全寬為30.0m，中心梁高3m，高寬比為1：10。頂板寬度為22m，設2％的雙向橫坡。上斜腹板水平寬度為1.2m。懸臂人行道寬度為2.8m，設1.5％的向內單向橫坡。

 

橋面為正交異性板，頂板及上斜腹板厚12mm，行車道U形加勁肋中心間距0.59m，板厚6mm。底板及下斜腹板板厚10mm。底板、斜腹板球扁鋼加勁肋中心間距一般為0.4m，球扁鋼規(guī)格為16a。

 

   加勁梁橫隔板間距4.02m，無吊索處板厚為10mm，有吊桿處板厚為12mm。為有效改善橋面板在汽車荷載作用下的變形及受力狀況，在每兩道橫梁之間沒有一道矮加勁肋。矮肋高0.45m，板厚16mm。人行道頂板板厚12mm，其下橫向設有間距為2.01m一道、板厚12mm的橫肋板。頂板縱向設有球扁鋼加勁肋，間距0.3m。

 

   加勁梁上的錨箱是鋼箱梁重要的傳力結構，本設計進行了特殊設計處理。錨箱主要由三塊承力板、一塊承錨板組成。三塊承力板門距為50cm，中間一塊板厚32mm，另兩塊板厚20mm。三塊承力板均穿過加勁梁斜腹板，其中間一塊與橫隔板相連接。承力錨板厚50mm，其上設有多道板厚20mm的加勁板。

 

為適應加勁梁端部結構的復雜受力的需要，對長7．33m的端節(jié)段進行了特殊加強設計。端    節(jié)段 節(jié)段設有6道橫隔板，橫隔板板厚為16mm或20mm，并結合支座系統(tǒng)連接的需要進行局部加勁處理。

 

   加勁梁鋼材材質為Q345-E，結構鋼材共用10390t。

 

   加勁梁頂板上鋪設7cm厚改性瀝青混凝土鋪裝層，人行道上鋪設3cm厚的瀝青砂。

 

（3）錨碇

 

   南北錨碇所處的地質情況不盡相同。北錨碇基坑基巖在高程54.8m以下整體性較好，無明顯的夾層及破碎帶，基巖為泥鈣質膠結礫巖；高程54.8m以上基巖破碎，且多為紅色粉砂巖。南岸整個巖體整體性差，基巖破碎，有多條夾層及斷層，巖體以泥鈣質為主，夾有粉砂巖或紅砂巖的礫巖。南北基巖均為強度較低的軟質巖。故南北兩錨碇均設計為重力式鋼筋混凝土錨碇。

 

   為保證錨碇上方行車道的寬度，錨碇采用埋置式，利用其上方回填路基上壓重，以減少錨碇混凝土的數量。錨碇結構最大長度為65m、寬39m，前緣高42m，后部高22.8m。每一錨碇混凝土為42584立方米，錨固體及前支承墻為40號混凝土，其他各部分均采用25號混凝土。

 

   本錨碇為少筋結構，僅在錨碇內外表面設置直徑22cm間距20cm的分布鋼筋網。為防止大體積混凝土產生有害的裂紋，在錨碇內外表面及每一施工層面上設置了規(guī)格為BQ3030（間距 75 * 150）的金屬擴張網。

 

   后錨室在錨固體系張拉完成以后用低標號混凝土回填密封，前錨室設有通風除潮設備。在錨碇支承墻前緣，結合保護路面以下主纜的需要，設有地下展覽室。 

 

（4）主纜及吊索

 

   主纜為預制平行鋼絲束，每根為104束127φ5.1平行鍍鋅鋼絲集結成束、定型包扎帶綁扎、兩端嵌固熱鑄錨頭而成。鋼絲為強度1600MPa普通松弛鍍鋅鋼絲。為方便施工，在熱鑄錨上設有與錨固體系連接為一體的連接器。

 

   主纜防護層由防護油漆、φ4軟質鍍鋅鋼絲、表面防銹膩子構成。

 

   吊索為中心配合繩芯（CFRC）鋼絲繩，單根鋼絲繩直徑45mm。每側每一個吊點有4根吊索。主纜鋼絲共6670t，吊索鋼絲繩約195t。

 

（5）主索鞍及散索鞍

 

   主索鞍和散索鞍由鞍頭、鞍體、底座組成。鞍頭、鞍體分開澆鑄、焊結成一體的鑄焊組合結構。為方便加工、運輸、主鞍吊裝施工，主鞍分左右兩半制造，吊裝就位后用高強螺栓聯(lián)接為一體。主鞍鞍體與底座之間，主鞍施工期間設有聚四氟乙稀滑板。散索鞍鞍體采用擺式結構，以適應施工期間及成橋后的微量位移。主鞍最大吊裝重量為32t，散鞍最大吊裝重量為43t。

 

   為使主纜在鞍內能保證相對固定、不滑動，在鞍槽內設有豎向鍍鋅隔板，并在主纜調股到位后頂部用鋅質填塊填平、壓緊。

 

   主索鞍及散索鞍鞍體鑄鋼材質采用ZG275-485H，底座鑄鋼材質采用ZG230-450，槽蓋等材質采用Q235-A。

 

（6）錨固體系

 

   錨碇內錨固系統(tǒng)是由64根預應力錨固體系組成，其中單錨24個，雙錨40個。單錨采用16根公稱直徑15．24mm的低松弛高強鋼絲錨固，雙錨采用五根公稱直徑15.24mm的低松弛高強鋼絲錨固。在錨碇結構中，設有型鋼骨架以便錨固預應力管道的精確定位施工。前錨面設有錨固連接器與主纜相連接。

 

（7）主橋伸縮縫

 

為適應主跨加勁梁在活載作用下的大變形，加勁梁兩端各設一道最大伸縮量為1360mm的大位移伸縮縫。

 

（8）支座

 

為傳遞主梁端節(jié)段受力、約束主梁端節(jié)段的變形、保證梁端伸縮縫正常工作，在主梁每一端節(jié)段設有兩個豎向支座、兩個梁側輔助支撐、兩個風支座。豎向支座能適應加勁梁在溫度及荷載作用下的縱向位移及面內梁端轉動，能承受一定的豎向拉壓反力。風支座主要承受橫向風載。梁側輔助支撐主要用于控制由于風載或活載偏載作用下的梁端扭轉，能適應梁端縱向位移及轉動，承受結構扭轉傾覆拉力，不能承受壓力。支座系統(tǒng)均為材質要求較高的鑄焊結構。    四、設計、施工及科研的技術特點 

 

1．設計與施工的技術特點

 

（1）加勁梁采用魚鰭式斷面，并在兩道橫隔板之間增設了一道矮肋，改善了加勁梁受力及氣動性能，同時減少了鋼材用量。

 

（2）對加勁梁母材及焊材的S，P等有害的雜質進行嚴格的控制，為提高加勁梁焊接質量創(chuàng)造了條件，使焊接工藝控制達到了較高的水平。

 

（3）橋塔采用大塊整體鋼模板（9m高）進行施工，極大地提高了工效和結構表面的平整度；采用鋼管支承進行橋塔橫梁施工，消除了支架非彈性變形，同時提高了工效。

 

（4）橋塔塔上設有直徑6.5mm的防裂分布鋼筋，成功地克服了橋塔在施工過程中易出現收縮裂紋的通病。

 

（5）錨碇基坑的開挖廣泛采用預裂爆破和光面爆破技術，使錨碇高（高88m）、陡（邊坡率0．75～0．8）的基坑開挖成功，并保證了高陡邊坡的穩(wěn)定。

 

（6）采用埋置式錨碇，既確保了工程結構的安全可靠，又極大地減少了錨碇混凝土數量，并為成功解決錨碇大體積混凝土開裂 問題 創(chuàng)造了有利的條件。

 

（7）采用綜合的降低大體積混凝土水化熱和防止混凝土開裂的技術，使得澆注兩錨碇10萬多方混凝土均未發(fā)現一條裂紋，錨碇大體積混凝土澆注的質量得到了突破性的提高。具體的措施為：調整混凝土的設計齡期為60d，降低水泥用量；采用低熱微膨脹水泥；對大體積混凝土進行分塊分層澆注，并在每層混凝土中加一層防裂金屬擴張網；采用循環(huán)水，對大體

 

積混凝土進行降溫等。

 

（8）國內第一次采用強度高、彈性模量高且穩(wěn)定的中心配合繩芯（CFRC）鋼絲繩作為吊索鋼絲繩；同時，吊索錨頭設計為可適當調節(jié)的錨杯，克服了吊索不能調節(jié)長度的缺點。

 

（9）采用構造簡單、受力明確、造價 經濟 的滑轉支座系統(tǒng)，滿足結構受力及變形需要。

 

（10）橋面鋪裝采用7cm厚的雙層SAM結構，人行道采用彩色瀝青砂結構鋪設。 

 

（11）在施工貓道的設計施工中，采取增加適當數量的貓道橫向天橋的道數而不設風纜的辦法，來提高貓道的抗風穩(wěn)定性。這樣既保證貓道施工過程中的安全，又簡化了設計與施工，有利于縮短工期和降低造價。

 

2．科研試驗

 

宜昌長江公路大橋關鍵技術 研究 是 交通 部"九五"行業(yè)聯(lián)合攻關項目。在部、省有關主管部門領導的支持下，該科研項目進展順利，全面開展了有關科研試驗工作，取得了一些成果，并成功地指導宜昌大橋的建設工作。

 

（1）基巖原位測試 進行了大型的現場基巖原位測試，獲取巖石與巖石、混凝土與巖石之間抗剪、抗滑等力學參數，為錨碇、橋塔等的設計提供依據。參加研究的單位：長委三峽勘察研究院、長江 科學 研究院。

 

（2）風洞試驗 進行了懸索橋全橋及節(jié)段模型試驗，驗證結構的抗風能力，并以此結論指導主梁吊裝施工；進行了貓道節(jié)段模型試驗，研究有效提高貓道抗風穩(wěn)定性的措施，并以此成果指導了獵道設計。參加研究的單位：同濟大學、西南交通大學。

 

（3）仿真 分析  廣泛采用 計算 機仿真計算技術，對主梁、錨碇、橋塔等結構關鍵受力部位進行分析，驗證結構設計的合理性和可靠性。參加研究的單位：西南交通大學。

 

（4）主橋橋面鋪裝模擬試驗根據大橋結構設計構造、荷載條件、氣候條件等，進行模擬直道、環(huán)道試驗，以選擇最優(yōu)的橋面鋪裝結構方案。參加研究的單位：重慶公路科研所、長沙交通學院。

 

（5）錨碇大體積混凝土防裂技術的研究 對錨碇合理的結構形式及分層、分塊進行研究；對錨碇混凝土配合比進行研究；對錨碇建筑材料選用的研究；對錨碇施工及水化熱控制技術的研究。參加研究的單位：武漢港灣設計研究院。