人行懸索橋在阿爾塔什水利樞紐工程中的運用

惠 康

(新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概述

阿爾塔什水利樞紐工程正常蓄水后淹沒庫斯拉甫鄉麥孜蓋牧場出行道路，本文為恢復庫斯拉甫鄉麥孜蓋牧場(0.4萬hm2)交通出行的功能，擬通過修建人行懸索橋，跨越葉爾羌河，恢復連接牧場道路(命名為麥孜蓋牧道橋)。麥孜蓋牧場原交通牧道位于沖溝底部，順地形起伏；庫區淹沒后，為滿足庫斯拉甫鄉葉爾羌河對岸的麥孜蓋牧場出行道路，需架一座懸索橋，跨越葉爾羌河[1-2]。

該橋梁采用懸索橋結構體系進行設計。柔性人行懸索橋具有橋面系構造簡單、耗鋼量低、橋梁架設和維護方便、橋形美觀以及造價低等優點，能夠充分發揮高強鋼絲繩抗拉強度大的特點。麥孜蓋牧道橋工程位于葉爾羌河中游峽谷河段上，地形、地層及構造特征為峽谷形庫盤，橋梁形式為理想選擇方案。

麥孜蓋牧道橋左岸與阿爾塔什水利樞紐工程庫周道路相接，為保證路橋銜接，橋位高程與庫周道路高程一致，橋頭設置平面交叉路口與庫周恢復道路相接。牧道橋右岸通過2.16 km道路與原有牧道相接。根據本項目使用特點，橋梁設計以人群荷載作為設計標準。

本文以人行懸索橋為研究對象，由于其荷載小、橋寬大，受水庫蓄水淹沒影響較大，通過對流域上下游進行調查，結合水庫回水及校核洪水位為1 823.69 m控制高程[3-4]。由于地形條件限制，擬定3個橋位方案進行綜合比較，從地質及荷載標準方面，分別對3個橋位方案的布置及錨碇形式進行分析，結合工程布置、施工方案、安全性、經濟性等因素對麥孜蓋牧道橋的橋形方案進行了分析研究。

2 橋梁布置概況

2.1 設計技術標準

牧道橋為銜接庫周恢復道路與麥孜蓋牧場原有牧道，受到水庫淹沒水位的制約，橋位高程需避開水庫淹沒及回水范圍的影響，縱斷面設計高程避開水庫淹沒影響范圍；牧道橋左岸受地形條件限制，為連接庫周恢復道路，橋面設計高程與庫周道路路面高程需保持一定的適應性。

橋梁設計技術標準如下：

① 設計使用年限：100 a；

② 橋梁結構設計基準期：100 a；

③ 橋面凈空：橋面寬度1.8 m；

④ 結合水庫回水及校核洪水位的控制高程：1 823.69 m；

⑤ 設計荷載：人群荷載3.5 kN/m2；

⑥ 抗震設防標準：地震基本烈度Ⅷ度。

2.2 橋位平面布置

根據橋在本工程中承擔的任務和性質需要，本橋設計原則是安全、適用、經濟、美觀。本橋設計在總原則基礎上重點突出了安全、適用、保護環境，施工簡便，養護方便的理念。結構設計采用技術先進、結構合理、施工條件成熟、經濟、美觀的常規結構。橋在布設孔徑及位置時主要依據水文計算，經濟、施工和養護、運行的使用狀況，綜合分析。項目地區自然生態環境相當脆弱，自然植被稀少，建設中應順應自然環境，盡量避免大的開挖，路基邊坡盡量放緩，盡量減少工程量和造價。

由于橋址處后期水庫蓄水淹沒影響范圍大，河谷寬闊，水深且大，橋面高程較高，施工交通技術難度大、費用高；為探究合適的橋形橋位方案，本著適應性原則，牧道橋選擇3個方案進行多角度的分析研究，橋位平面布置對比示意見圖1。

圖1 人行橋平面布置示意(單位：mm)

2.3 橋形布置對比

方案1初步擬定單跨兩鉸懸索橋，主跨跨徑確定為384 m，加勁梁橋面寬為316 m。主纜矢高為32 m，主纜間距為3.0 m，吊索間距為2.0 m。根據本橋懸索橋方案主橋跨度、索塔高度、受力情況、技術經濟指標等，索塔采用鋼筋混凝土門形索塔，左岸索塔塔高為6 m，右岸索塔塔高為30 m，塔頂設橫系梁，中部設橫系梁，索塔基礎采用擴大基礎，懸索橋矢高為32 m，橋型布置示意見圖2。

圖2 方案1縱斷面橋型布置示意(單位：mm)

方案1左岸橋基地質條件岸坡為45°～60°，局部近直立。岸坡基巖裸露，為石炭系石英砂巖、片巖、粉砂巖；右岸橋基位于一單薄山梁，右岸岸坡為35°～60°，局部近直立。岸坡基巖裸露，為石炭系石英砂巖、片巖、粉砂巖。

方案2屬于常見規模較大的懸索橋，技術成熟，造型美觀，本著技術較成熟，所有鋼構件維修更換方便的原則，本方案布置單跨兩鉸為328 m懸索橋，左岸引橋為10 m，右岸牧道為2.16 km[5-6]。索塔為門框式混凝土結構，左岸索塔塔高為26 m，右岸索塔塔高為26 m，基礎為擴大基礎。懸索橋矢高為21.33 m，矢跨比為1/15，橋型布置示意見圖3。

圖3 方案2縱斷面橋型布置示意(單位：mm)

方案2左岸橋基地質條件岸坡為30°～50°，岸坡基巖裸露，為石炭系石英砂巖、片巖、粉砂巖，產狀70°～80°NW∠45°～70°，為堅硬巖、中硬巖，順層結構面發育。右岸橋基地質條件岸坡為50°～70°，局部近直立。岸坡基巖裸露，為石炭系石英砂巖、片巖、粉砂巖。

方案3根據橋位地形條件，本著盡量減少主跨跨徑以節約投資，減小施工難度的原則，主跨跨徑確定為388 m，加勁梁橋面寬為344 m。本方案布置單跨兩鉸為388 m懸索橋，左岸引橋為5 m，右岸牧道為2.16 km。索塔為門框式混凝土結構，左岸索塔塔高為7.8 m，右岸索塔塔高為3.9 m，基礎為擴大基礎。懸索橋矢高為25.867 m，矢跨比為1/15，橋型布置示意見圖4。

圖4 方案3縱斷面橋型布置示意(單位：mm)

方案3左岸岸坡地質條件為為石炭系石英砂巖、片巖、粉砂巖；右岸岸坡為50°～70°，局部近直立。右岸岸坡基巖裸露，為石炭系石英砂巖、片巖、粉砂巖。

2.4 橫斷面布置

人行橋橋面系由橫梁、縱梁、橋面板組成，采用焊接拼裝聯結。縱梁、風構均與橫梁焊接。縱梁頂板間采用連續焊接。花紋鋼板縱向接頭須在板端倒角，形成V形焊縫，做多次施焊。橋面板采用8 mm厚花紋鋼板，橫梁采用工字鋼Q345C，I20b，縱梁采用工字鋼Q235C，I14；風構采用Q235C，∟75×8；橋面系標準橫斷示意見圖5。

圖5 人行橋橫斷面布置示意(單位：mm)

3 對比及分析

3.1 錨碇分析

根據《公路懸索橋設計規范》(JTG/TD 65-05-2015)8.1.1，錨碇形式的選擇應根據地形、地質、水文、主纜力、施工條件、經濟性等選擇錨體及基礎形式。

重力式錨碇適應性較強，傳力機理簡單，主要通過錨碇自身重力和地基摩擦力承擔主纜纜力。隧道式錨碇錨塞體可充分發揮圍巖的承載能力，并通過錨塞體自重和圍巖共同承擔主纜拉力，節約材料、經濟性好，對地形地貌和周圍環境破壞小[7-10]。

結合各方案左右岸地形地質情況，以錨碇形式適應性設計期具體形式后，方案1左岸采用重力式錨碇，右岸采用重力式錨碇；方案2兩岸均采用重力式錨碇。

根據方案3兩方案地形地質條件，考慮其施工條件，為充分利用現有地形地質條件，方案3左岸采用隧道式錨碇；右岸方案選用重力式錨碇與隧道式錨碇進行比選分析，從經濟性方面考慮采用重力式錨碇。

3.2 方案對比分析

為合理選擇橋梁布置形式及跨徑，多方面綜合考慮其經濟合理性，結合主纜選形、錨碇形式、索塔布置、技術成熟度、施工難度及工期等對各方案進行比較。

以錨碇布置形式，結合施工難度及成熟度方面對比，重力式錨碇屬于常規，運用較廣，技術成熟的形式，技術成熟度較高，施工難度較小；隧道式錨碇施工技術要求較高，施工難度大，設計技術問題較多。從錨碇形式及施工方面考慮，結合阿爾塔什水利樞紐工程沿線地形地質交通條件，方案2施工難度較小，方案較優，方案綜合對比見表1。

表1 方案對比

根據方案對比可知：方案2跨徑最小，屬于常規橋梁，運用范圍大；從經濟性角度分析，經測算各方案投資對比，方案2投資最省；根據施工工期對比，方案2工期最短，結合考慮阿爾塔什水利樞紐工程下閘蓄水要求綜合對比，方案2更適用于本工程項目，因此，推薦左右岸均采用重力式錨碇，跨徑為328 m方案為人行橋推薦方案。

4 結語

本文以阿爾塔什水利樞紐工程庫斯拉甫鄉麥孜蓋牧場的交通出行人行橋為研究對象，為探究該橋梁的布置合理性，根據其使用功能分析，結合地形地質條件，分別布置了3種方案進行綜合對比。結合方案布置、錨碇形式、施工難度、施工工期等多方面綜合對比，得出該橋采用328 m跨徑為最優方案，該施工難度較小，經濟性較優，跨徑較小，工期較短，適用于本工程。本文研究成果為阿爾塔什水利樞紐工程下閘蓄水前移民專線恢復工程提供了理論依據。