龍洞河特大橋峽谷吊索便橋設計與施工

謝建花

（中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門361021）

1 工程概況

龍洞河特大橋主橋為（95+180+95）m預應力混凝土連續剛構，東西走向，主跨橫跨指腸河峽谷，山體陡峭，坡度大于45°。橋面設計高程為+635 m左右，溝谷底標高+518 m左右。指腸河溝谷常年流水，旱季水深2 m左右，雨季常有山洪沖積匯流，水勢較急，最大水深超過4 m（見圖1）。

圖1 現場地形實景

由于東岸為險山峻嶺，連接開挖路塹，沒有施工場地可供建設拌合站和工區駐地，所以按照項目策劃，橋梁的拌合站及施工場地建設在西岸，但由于指腸河上下游10 km之內均無已建橋梁，從龍洞河特大橋1#主墩至2#主墩如果繞道通行需45 km左右的路程，而且均為盤山道路，交通運輸極為不便。所以，1#主墩至2#主墩如何建設一處聯系東西兩岸的臨時通道是非常重要的。

2 便橋施工方案比選

龍洞河特大橋施工便橋設計中，項目策劃初期確定了三種方案進行比選：

（1）從1#主墩至2#主墩建設一座鋼管樁基礎+貝雷和型鋼橋面結構的鋼便橋；

（2）從1#主墩修建一條至指腸河河邊的盤山道路，然后在指腸河修建一座蓋板涵，穿越指腸河后再修建一條至2#主墩的盤山道路；

（3）直接從1#主墩修建一座吊索橋至2#主墩。

第一個方案可供汽車直接通行，但便橋墩高超過70 m，安全性差。而且造價也不菲，預算為120萬元。

第二個方案除了雨季外，也可供汽車直接通行，但巫奉高速公路地形地貌、地質條件復雜,大多為滑坡、崩塌、巖溶等不良地質，修建便道不但對山體植被破壞嚴重，還可能引起橋位山體的地質災害。且山體陡峭，修建便道造價高、工期長，不宜采用。

第三個方案雖然不能供汽車通行，但可以架設混凝土泵管進行混凝土泵送，鋼筋等材料從國道繞行到東岸，小型機具及小宗材料可以手推車運輸。預算總費用在30萬左右，工期1個月。具有造價省、工期短等優點。

根據工程實際情況，經過再三分析、研究，最后確定采用第三種吊索便橋方案（見圖2）。

圖2 修建完成后的吊索橋實景

3 吊索便橋設計

龍洞河特大橋吊索便橋為一跨結構，跨徑為116 m，橋面寬2 m，吊索橋東岸基礎為預應力錨索結構，位置在龍洞河特大橋左線1#墩下方，吊索橋西岸基礎為駁殼槍型錨碇，位置在龍洞河特大橋左線2#墩左側（見圖3）。

圖3 吊索橋總體設計圖（單位：cm）

吊索橋承重索采用鋼絲繩作為承重結構，上設橫梁、面層、扶手索、欄桿立柱和安全網等。

3.1 東岸預應力錨索基礎

承重索位置設計3根預應力錨索，扶手索采用2根預應力錨索，預應力錨索采用6φ15.24（7 φ5）高強低松弛鋼絞線，標準強度1 860 kPa。每根錨索設計噸位600 kN，對應采用OVM15-6錨具。錨索鉆孔孔徑為110 cm，注漿漿體采用M40水泥漿，桿體為6-7φ5高強低松弛壓應力鋼絞線，單根鋼絞線截面面積為140 mm2，標準強度為1 860 MPa。預應力錨索錨固段20 m，自由段5 m，張拉端采用梯形體鋼筋混凝土座碇，三個座碇用鋼筋混凝土橫梁連成整體，橫梁上預埋鋼管供承重索固定。

其布置如圖4、圖5所示。

圖4 預應力錨索基礎側面布置圖（單位：cm）

根據《巖土錨桿（索）技術規程》（CECS 22：2005），分別按照由桿體鋼絞線和注漿體粘結力決定的抗拔力計算錨索安全系數，并取較小值。

按錨索注漿體與巖層的粘結力計算時，公式為：

按鋼絞線與注漿體間的粘結力計算時，公式為：

按鋼絞線承載力計算時，公式為：

圖5 預應力錨索基礎立面布置圖（單位：cm）

3.2 西岸錨碇基礎

西岸錨碇結構尺寸如圖6、圖7所示，采用C30混凝土澆筑，底部1 m嵌入巖石，且地基承載力不小于0.5 MPa。為了增加錨碇抗滑穩定性，錨碇設計成駁殼槍型臺階式結構。

圖7 錨碇基礎斷面圖（單位：cm）

錨碇抗滑穩定性驗算。根據地質結構，錨碇基礎底面抗滑系數取3，計算公式采用(G+V)μ+P≥3H進行受力驗算。

3.3 吊索橋承重索及扶手索設計

承重索構造每幅貓道承重索由5根Φ32鋼絲繩，按50 cm、40 cm、55 cm、55 cm間距排列組成。

為便于安裝調整線型，每根承重繩在西岸通過Φ400 mm滑輪和Φ60 mm銷軸與貓道西岸混凝土錨碇相應位置處的預埋型鋼相連，鋼絲繩卡卡固，作固定端；東岸承重繩則固定于錨碇上Φ30、壁厚2 cm的無縫鋼管上（見圖8）。

圖8 承重索構造示意圖（單位：cm）

扶手索采用2根φ36 mm鋼絲繩，位于邊側兩根承重索的正上方1.5 m位置（見圖9）。

圖9 扶手索構造示意圖（單位：cm）

3.4 面層及護欄

貓道橫梁及扶手立柱均采用腳手架鋼管。面層采用寬度為2 m菱形鋼板鋪設，鋼板網厚4.5 mm，網眼尺寸30 mm×30 mm，錨碇兩側設置鋼絲網防護，用鐵絲與承重索、護手鋼管、扶手索扎綁牢固。為使面層走道平順，將橫梁布置在承重索之下，與承重索間用鋼管扣件連接，面層鋼板網與承重索、鋼管橫梁綁扎。

3.5 抗風纜

該橋位處指腸河，全年主導風向為北風，最大瞬時風速24.7 m/s。為增強貓道抗風性能和抗扭剛度，需設置抗風體系，拉設抗風繩索。全橋共設抗風纜4道，在跨中兩側按10 m間距布置。

抗風纜采用Φ20 mm鋼絲繩，上端錨固于兩根邊承重索，下端分別錨固在河岸兩側的C30混凝土錨塊上。

3.6 計算結果匯總（見表1）

表1 計算結果匯總表

4 吊索橋施工

4.1 預應力錨索基礎施工

4.1.1 錨孔鉆造

錨孔測放要求按照設計樁號采用拉接線尺量，結合水準測量進行放線，并用鐵釬和油漆標記準確定位。鉆機就位應嚴格按照設計孔位、傾角和方位準確就位，采用測角量具控制角度，鉆機導軌傾角誤差不超過±1°，方位誤差不超過±2°。

錨孔鉆進應采用無水干鉆，禁用進水鉆進，嚴格控制鉆進速度，防止鉆孔偏斜、扭曲或變形。

在鉆進過程中認真作好現場施工記錄，如鉆壓、鉆速、地層和地下水情況等。

鉆孔的孔深要求不得小于設計值，并超鉆20～50 cm，鉆進達到設計深度后，不能立即停鉆，要求穩鉆3～5 min，防止孔底尖滅，并及時進行錨孔清理。

4.1.2 錨筋制安

鋼筋下材料要求整齊準確，誤差不應大于±50 mm，預留張拉段鋼絞線長度1.5 m，明確不同單元標記，一律采用機械切割下材。嚴格控制鋼絞線擠壓工藝，要求擠壓套、擠壓簧配裝定位準確，擠壓頂推進均勻充分，并抽樣5%進行檢測，確保單根擠壓強度不低于200 kN。

要求保證承載體組裝定位準確，承載板、擠壓頭和限位片栓接牢固，防腐油漆涂刷均勻。

架線環間距原則為1.0 m，最大不得超過1.5 m，準確定位、綁接牢固，且錨孔孔口位置必須設置一個架線環。

錨筋體安裝要求按設計傾角和方位平順推進，嚴禁抖動、扭轉和串動，防止中途散束和卡阻。安裝完成后，不得隨意敲擊或懸掛重物。

4.1.3 錨孔灌漿

注漿材料要求嚴格按照經試驗合格配比備料，在注漿作業開始和中途停止較長時間再作業時，應用水或水泥稀漿潤滑注漿泵及注漿管路。

注漿漿液應嚴格按照配合比攪拌均勻，隨攪隨用，注漿漿體強度不低于40 MPa，并按批次備制試件。

錨孔注漿必須采用孔底返漿方法，采用二次注漿，具體程序如下：

一次注漿先注到錨固段，在錨索錨固段的注漿強度達到設計強度后，進行錨索張拉，張拉力應符合圖紙規定，達到750 MPa。

張拉完成后，即進行第二次注漿，注漿壓力宜0.5～1.0 MPa，待出漿濃度與進漿濃度一致時停止注漿。最后用混凝土封閉錨頭。

4.1.4 錨索地梁及框架梁施工

鋼筋安裝時，受力鋼筋的品種、級別、規格和數量必須符合設計要求。鋼筋安裝位置應準確穩固，并確保保護層厚度，且滿足相關規范規定之要求。

灌注混凝土前，必須將錨具中的螺旋鋼筋、波紋管和錨墊板按設計要求綁接固定的地梁或立柱的鋼筋上，方向與錨孔方向一致，且擺放平整穩固。

錨索地梁和框架的制作：地梁和框架宜現場澆做，并應滿足下列要求：

鋼筋接頭需錯開，同一截面鋼筋接頭數不得超過鋼筋總根數的1/2，且有焊接接頭的截面之間的距離不得小于1 m。

鋼筋混凝土地梁或框架中的立柱埋入平臺地面標高以下0.3 m，外露出0.1 m，地梁及框架宜用C30混凝土灌注。

灌注混凝土前，必須將錨具中的螺旋鋼筋、波紋管（宜用鋼質）和錨墊板設計要求固定的地梁或立柱的鋼筋上，方向與錨孔方向一致，擺放平整，再一起現場澆注、振搗，尤其在錨孔周圍，鋼筋較密集，應仔細振搗，保證質量。

4.1.5 混凝土澆灌

混凝土振搗應均勻充分，尤其在錨孔周圍，鋼筋較密集，應仔細振搗，保證質量。錨斜托澆筑應設專用模具，確保結構強度和工程效果。混凝土澆筑完畢后，應及時采用有效的養護措施。

4.1.6 錨孔張拉鎖定

錨索張拉前應先將事先加工好的Φ300 mm無縫鋼管固定于混凝土地梁上，無縫鋼管后采用50 cm×50 cm的Q235鋼板墊于混凝土與鋼管間，無縫鋼管前采用20 cm×20 cm、30 cm×30 cm兩塊Q235鋼板作為錨具墊板。

錨固體與臺座混凝土強度達到設計強度80%以上時，方可進行張拉鎖定作業。如為抽檢錨孔，應在達到設計強度的條件下，待驗收試驗結束后進行。

錨索正式張拉前，應取10%～20%的設計張拉荷載，對其張拉1～2次，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直。

錨索張拉應按設計次序分單元采用差異分步張拉，根據設計荷載和錨筋長度計算確定差異荷載。

錨索的預應力在補足差異荷載后分5級按有關規范或規定施加，即設計荷載的25%，50%，75%，100%，110%。錨索鎖定后48 h內，若發現明顯的預應力損失現象，則應及時進行補償張拉。

4.1.7 驗收封錨

驗收試驗，也稱現場驗收或質量控制試驗，它是針對所有工作錨索進行的，其目的是獲知錨索受力大于設計荷載時的短期性能，以及滿足設計條件時錨索的安全系數。

在全部工作錨索經抽樣進行驗收試驗并符合上述有關規定和要求條件合格后，方可按照有關設計要求張拉鎖定程序進行張拉鎖定和封錨工作。對驗收試驗錨索一般是從150%荷載退荷至110%的設計鎖定荷載進行鎖定作業。在封錨作業前，應對錨頭空隙進行補充注漿充填密實，然后按照設計要求進行封錨作業。

4.2 錨碇施工

4.2.1 準備工作

（1）測量放樣：放出錨碇基礎的中心位置、縱橫軸線、基礎邊線，再按照基礎開挖放坡要求放出承臺開挖邊線。將基礎縱橫軸線從基坑引至安全的地方，并加以保護。

（2）模板制作：錨碇基礎采用組合鋼模作為模板。

4.2.2 基坑開挖、基底處理

（1）開挖：基坑開挖采用挖掘機開挖，開挖時，派專人指揮挖掘機，并注意開挖深度。錨碇基礎應采用小藥量爆破開挖，在接近設計尺寸線約50 cm左右時，應用人工進行開挖，避免擾動基坑土體，降低錨碇承載力。

（2）基底放樣：開挖結束基底處理后，放出基底承臺的中心線和邊線，并做好標志予以保護，作為鋼筋施工和立模的依據。

4.2.3 預埋件、鋼筋及錨桿安裝

在基坑開挖完成后，需進行貓道預埋件的安裝，所有預埋件均在基坑外加工，然后在使用鋼管架在基坑中安裝，安裝工程中需測量配合，準確放出預埋件位置。

錨桿采用Φ28鋼筋，長度為3 m。首先使用手風鉆鉆機在基坑底部按照設計圖紙位置鉆孔，錨孔深度2 m，待錨孔鉆造完成后，將錨桿放入孔中，注入M30水泥砂漿。

4.2.4 混凝土澆筑

混凝土由拌和站統一供應，輸送泵到現場，混凝土分層澆注，用Φ70插入式振搗棒振搗。澆筑過程派專人檢查鋼筋位置和模板的穩固性，發現問題及時處理。

4.3 承重索及扶手索制作安裝

4.3.1 承重索制作

下料承重索每根鋼絲繩按指定長度下料，該長度較結構使用長度至少長30 m，以便安裝入滑輪時易于轉向合并卡固。

4.3.2 承重索架設

承重索采用人工及卷揚機牽引過河岸直接提升法架設，架設前先將預拉后的單根承重索理順成盤，由西岸人工及卷揚機配合送至河谷底，再由東岸卷揚機牽引至東岸，人工先將東岸鋼絲繩按規定尺寸將鋼絲繩頭穿過Φ30鋼管上10 t倒鏈輔助拽拉、轉彎、合并，16只鋼絲繩卡卡固。當東岸鋼絲繩安裝完畢后，進行西岸鋼絲繩安裝，首先將鋼絲繩系于卷揚機鋼絲繩上，將承重索鋼絲繩拉到設計要求位置，停止卷揚機，配合10 t倒鏈輔助拽拉、轉彎、合并，16只鋼絲繩卡卡固。扶手索架設與承重索相同。

4.3.3 預張拉

承重索鋼絲繩具有較大的非彈性變形，這種變形將直接影響貓道承重索的垂度變化，嚴重時可能造成工作人員在貓道上接觸不到纜索位置，而無法正常操作，故須先將鋼絲繩進行預張拉以消除非彈性變形。

預張拉荷載F＞1/2Fρ＝1/2×56＝28（t），取30t，采用YCQ70－YCW150穿心式千斤頂進行，張拉到位時持荷60 min。每根索預拉2次，張拉時選擇溫度穩定的夜間進行，以防止溫度引起的誤差影響測長和標記。

4.3.4 端頭處理

承重索按指定長度切割下料后，為防散頭，繩頭可以用鋼絲、膠布纏繞綁扎，安裝時穿過Φ40 mm滑輪后，轉彎合并，以10只騎馬式繩卡卡固，間距40 cm。

4.3.5 標高調整

貓道5根承重索全部安裝完畢后，利用交會法測量各索跨中標高，以便調整；5根鋼絲繩基本處于同一弧面上，誤差控制在2.0 cm以內。

調整方法：在河西岸一固定點設測站，通過全站儀觀測各索的切線與水平面間的夾角，利用該夾角和測站的位置，以及塔頂的實測縱向偏移值及塔頂、塔底的溫度平均值計算各索的調整長度，并據此利用卷揚機進行調整。

4.4 橋面系施工

為避免混凝土施工時泵管損傷貓道，面網上每間隔鋪設方木，并與承重索用U型螺栓或鐵絲綁扎固定。

具體施工過程如下：

所有面層及護欄材料均放置在西岸，先將一卷鋼板網攤鋪放在西岸橋頭承重索上，并用8#鐵絲將鋼板網綁扎于承重索。在此過程中將橫梁鋼管及扶手鋼管用十字扣安裝與承重索及扶手索上，使用8#鐵絲將護欄鋼絲網安裝于扶手索及邊承重索上。按此施工步驟依次進行，直到東岸。

4.5 抗風纜

安裝時，先將抗風繩放于貓道跨中位置，利用6只Φ20 mm鋼絲繩卡卡固。上端卡固后，將抗風繩的另一端逐漸下放到河中由卷揚機牽引上岸，分別從貓道跨中兩側將鋼絲繩放至河岸兩側與岸上5 t卷揚機鋼絲繩連接、拽拉，人工穿插入C30混凝土錨塊上預埋型鋼中的滑輪上，并同時利用卷揚機將抗風繩張緊到設計噸位，再利用6只Φ20 mm繩卡卡固、固定。抗風纜安裝時，應該左右對稱，避免受力不均，造成貓道的損壞。

5 結語

重慶巫奉高速公路A5合同段龍洞河特大橋吊索便橋施工后極大地方便了兩岸的混凝土泵送和小宗材料的運輸及人員交通。便橋安全、穩定，為主體工程的順利施工提供了有力的保證。龍洞河特大橋于2010年12月底完工，為全線同類構造中第一座貫通的橋梁。

[1]JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].