云臺通江河特大橋總體設計

何鋒 蔣建軍

[摘? 要]：云臺通江河特大橋是鎮巴至廣安高速公路通江至廣安段控制性工程，橋位處為通河特有魚類國家級水產種質資源保護區核心區，主橋采用凈跨徑380 m上承式鋼筋混凝土拱橋一跨過江。該橋按雙向四車道高速公路橋設計，左幅增設凈寬6.5 m雙車道農村公路。通過介紹該橋的總體設計、結構設計及施工方案，為類似工程提供借鑒。

[關鍵詞]：拱橋; 結構設計; 勁性骨架

U442.5+4A

1 工程概況

1.1 項目概況

鎮巴至廣安高速公路通江至廣安段是鎮巴至廣安至重慶高速公路的重要組成路段，路線縱貫川陜兩省，向北通過巴中與陜西相連，形成北向出川大通道，向南通過廣安實現聯系重慶，進而連接廣西，形成南向出海大通道。云臺通江河特大橋位于平昌縣云臺鎮，為跨越通江河而設，是鎮廣高速通江至廣安段控制性工程。大橋按雙向四車道高速公路橋設計，左幅增設凈寬6.5 m雙車道農村公路，設計荷載為公路-Ⅰ級。

1.2 自然地理概況

（1）地形、地貌。場區地貌為剝蝕侵蝕低山地貌，附近山嶺標高556～701 m，橋位處通江河河道標高309～319 m，切割深度小于500 m。橋址區通江河河道整體較順直，河谷兩岸為山巒疊嶂、植被茂密的低山，并呈臺階狀寬臺與陡崖交替的地形特征，斜坡自然坡度一般10～35°。緩坡處生長灌木或雜草，陡坡、陡崖處基巖呈條帶狀大面積裸露。

（2）工程地質特征。擬建橋址區處于巴中～儀隴～平昌蓮花狀構造帶內，橋址區位于稅家槽背斜西翼，場區內無斷裂通過，場區內巖層近水平。區內新構造運動并不強烈，其總的表現是以緩慢的抬升為主的差異運動。河流以下切加深河谷為主，側蝕作用微弱。橋位處斜坡第四系松散層整體厚度小，斜坡體整體穩定，場區內無大型不良地質體，下伏地層巖性為砂巖與粉砂質泥巖互層，場地穩定。

（3）氣候。測區處于四川盆地的東北緣，區內氣候溫和，雨量豐富。年平均氣溫在16 ℃左右，夏季氣溫一般25～30 ℃，即使盛夏時節最高氣溫一般亦不超過30 ℃，冬季（除山地外）氣溫也大多在0 ℃以上（通常為3～6 ℃，最低為1.8 ℃左右），年均相對濕度為75%左右。

（4）水文。橋址區通江河河道整體較順直，下游1.5 km為雙灘電站，水庫正常高水位為319 m，兩岸岸坡均為階梯狀基巖陡坎、陡崖，漫灘不發育，河道及岸坡基巖條帶狀出露。

2 主要技術標準

（1）公路等級：高速公路。

（2）設計速度：主線100 km/h。

（3）荷載等級：用公路-Ⅰ級。

（4）橋梁寬度：左幅20 m（含地方道路），右幅13 m。

（5）設計洪水頻率：1/300（特大橋） 。

（6）通航等級：Ⅴ級。

（7）地震動峰值加速度：0.05g。

3 總體設計

該橋位控制主橋跨徑的因素主要有：

（1）橋位處為通河特有魚類國家級水產種質資源保護區核心區，需一跨過江，常水位下水面寬度約360 m。

（2）路線平面線形為“一直接兩曲”。其中直線長度為490 m，兩側曲線平均半徑為1 110 m，主橋應盡量布設在直線段，以消除曲線線形帶來的附加內力影響。

根據上述控制條件，可供選擇的橋型主要為懸索橋和拱橋，對于360 m左右主跨的懸索橋，經濟性較差，且懸索橋施工工序復雜，施工工期長、后期養護工作量較大。對于鋼管混凝土拱橋方案，由于該橋位于偏遠山區，交通不便，無水運條件，大型鋼結構節段無法運輸，且后期養護維修工作量較大。按照“技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理”的設計理念和要求，本橋理想的橋型應采用鋼筋混凝土拱橋。綜上所述，擬定了鋼筋混凝土拱橋作為橋型方案。在滿足通航、魚評、行洪等相關論證要求下，主橋采用凈跨徑380 m上承式鋼筋混凝土拱橋（圖1），引橋采用40 m簡支T梁。

該橋上游300 m處為紅渡河渡口，為解決當地群眾過江問題，該橋左幅增設凈寬6.5 m農村公路，全橋總寬33 m（圖2），斷面布置為0.5 m（防撞護欄）+6.5 m（農村公路）+26 m（四車道高速路寬度）。

4 結構設計

4.1 主拱圈設計

主橋凈跨徑380 m，凈矢跨比為1/4.65，拱軸系數為1.83。主拱采用等截面懸鏈線無鉸拱，拱圈采用三拱肋，三拱肋間設置足夠的橫向連接構造[1]，每個拱肋為單箱單室截面，拱圈截面高度和寬度分別為6.5 m和7 m（圖3）。

拱圈標準段頂、底板厚45 cm，腹板厚35 cm;拱圈拱腳設置2 m長實心段和2 m過渡段，拱圈頂、底板厚度從過渡段沿拱軸線至第1道箱內隔板由100 cm漸變為80 cm，腹板厚度為55 cm;第1道箱內隔板至第3道箱內隔板頂底板厚度采用80 cm，腹板厚度采用55 cm;頂底板厚度通過4.5 m漸變段由80 cm變為60 cm;頂底板厚度沿拱軸線長度方向至第6道箱內隔板范圍內采用60 cm，腹板厚度采用35 cm;最后通過4.5 m長度漸變為標準斷面。

4.2 主拱勁性骨架設計

勁性骨架為型鋼與鋼管混凝土組成的桁架結構，每肋上、下各2根540（外徑）×18（22） mm、內灌C100補償收縮自密實混凝土的鋼管砼弦桿;弦桿通過橫聯角鋼和豎向角鋼連接而構成型鋼-鋼管混凝土桁架，在拱肋橫聯應設置設交叉撐，加強橫向連接。腹桿及平聯與弦桿均采用焊接連接。

勁性骨架所有鋼材均應進行預處理，鋼管外表面及角鋼等鋼材均涂裝車間底漆，保證其在從加工到拱圈混凝土澆筑完成期間不受腐蝕，確保其性能。

勁性骨架鋼管優先采用無縫鋼管，經技術論證可行時可采用直縫焊接鋼管，各焊縫需錯開。

全橋勁性骨架劃分為21個吊裝節段（圖4），吊裝節段長度18.3～21.4 m，骨架節段最大吊重為50 t。

4.3 拱上構造設計

拱上構造由墊梁、拱上立柱、蓋梁組成拱上排架，采用搭架現澆的施工方法。

拱上墊梁較低一側高均為50 cm，另一側高度隨墊梁位置的變化而變化。

拱上立柱橫向為三柱，高立柱采用空心薄壁結構，空心立柱橫橋向寬2.1 m，縱橋向墩頂寬1.8 m，1#～3#和10#～12#立柱縱橋向按80∶1的比例向下變寬，4#和9#立柱縱橋向不放坡，空心墩薄壁厚度為35 cm。5#和8#立柱采用實心等截面結構，橫向尺寸為2.1 m，縱向尺寸為1.8 m。6#～7#為拱上橫墻，橫向尺寸為32.95 m，縱向尺寸為2.3 m。

立柱蓋梁采用預應力混凝土結構，蓋梁頂底面均設置雙向2%橫坡，蓋梁寬為230 cm，高為200 cm，。

4.4 行車道梁

行車道梁采用30.5 m預應力混凝土簡支T梁，每孔橫向15片梁，梁高為200 cm，中梁預制頂板寬為160 cm，邊梁預制頂板寬為180 cm，左幅梁中心線間距為223.1 cm，右幅梁中線間距為217 cm。

4.5 拱座和交界墩

拱座設計為鋼筋混凝土拱座，拱座基礎置于穩定的、完整的中風化基巖上。粉砂質泥巖承載力基本容許值為0.8 MPa，砂巖承載力基本容許值為1.8 MPa。

拱座采用整幅設置，橫橋向寬34.6 m，順橋向長24.8 m，拱座總高16 m，分三級臺階，每級臺階高為5～6 m，寬為6～7 m，臺階開挖面按1∶0.3放坡。

拱座基坑開挖止水采用布設咬合樁的方案，按照“跳樁施工”原則施工，先施工素混凝土樁，再施工鋼筋混凝土樁，素混凝土樁和鋼筋混凝土樁之間咬合20 cm。

交界墩為三柱薄壁空心墩，橫橋向墩寬3 m，縱橋向寬5 m，厚度為50 cm。交界墩蓋梁高3.0 m，寬5.5 m。交界墩直接設置在拱座上。

4.6 引橋

引橋上部結構為40 m預應力混凝土簡支T梁。左幅每孔由9片梁組成，右幅每孔由6片梁組成，梁高為250 cm，中梁預制頂板寬為160 cm，邊梁預制頂板寬為180 cm，左幅梁中心線間距為223.1 cm，右幅梁中線間距為217 cm。

整幅式引橋墩采用三柱方墩，分幅式引橋墩采用雙柱墩+獨柱墩，與主橋立柱數量保持統一。橋臺采用重力式橋臺。

5 勁性骨架法施工

鋼管混凝土勁性骨架成拱技術用途廣、跨徑大，已成為300 m以上混凝土拱橋主要的建造技術[2]。鋼管混凝土勁性骨架不僅在施工中起支架作用，也是拱圈完成后的重要承力構件[3]。

5.1 勁性骨架的加工

主拱圈鋼管勁性骨架的加工應由專業廠家完成，并應進行全面的自檢和復檢。由于本項目運輸條件受限，上下弦桿及其相連的節點板應在鋼結構加工廠焊接成型，檢測合格后散件運輸至工地;然后在工地拼接廠對弦桿、豎桿、斜腹桿和平聯支撐等進行焊接組裝，預拼裝合格后再運輸至起吊位置進行起吊安裝。

5.2 勁性骨架節段安裝

勁性骨架節段安裝采用兩岸對稱懸拼，采用吊裝系統吊裝勁性骨架節段。每拱肋勁性骨架每半跨分10個吊裝節段和1個合龍段（吊段最大重量約為50 t）。每2個吊段為一扣段，每一扣段中，前一吊段采用臨時扣索扣住，待后一吊段就位后張拉正式扣索，同時拆除臨時扣索。節段為單肋安裝，單肋節段安裝就位后，應拉抗風索，確保橫向穩定。帶有肋間橫聯的吊段，肋間橫聯叉撐與相應節段同時安裝。

5.3 勁性骨架合龍

當左、右半跨各5個正式扣索均已扣定并調整至設計值后即可進行骨架的合龍工序。合龍前應在的氣溫較為穩定的時段內（以清晨為好）精確測量每根鋼管的間隙長度，先以嵌管、嵌片將節段間間隙填塞緊密，再將預加工好的2個半圓管套在合龍間隙間合龍，以高強螺栓栓緊，并將套管管口與弦管管壁焊好，即完成了勁性骨架的合龍工序。

5.4 鋼管混凝土澆筑

桁架在松索以后，經各項測試及計算分析滿足規范要求以后，即可灌注主拱圈上、下弦鋼管內砼。采用C100高性能混凝土，以泵壓法自拱腳向拱頂，按設計的灌注順序灌注鋼管內混凝土[4]。

5.5 拱圈澆筑

待勁性骨架弦管內混凝土達到設計強度后，方可澆筑拱圈混凝土。拱圈的澆筑采用“先底板，再兩個腹板，后頂板”的三環澆筑方式[5]。每環混凝土澆筑分10個工作面，每個工作面分為12個節段（圖5），每次澆筑前，應保證前1節段澆筑的拱圈混凝土不少于5天齡期，且達到設計強度的90%后，再澆筑下一段混凝土。先按上、下游對稱且兩岸對稱方式分10個工作面逐個節段外包第一環混凝土直至合龍，然后再按同樣方式分10個工作面，每個工作面按3個節段整體澆筑腹板混凝土;再分10個工作面，每個工作面12個節段整體對稱澆筑頂板混凝土，最后澆注肋間橫聯混凝土。

6 結束語

云臺通江河特大橋采用凈跨徑380 m上承式鋼筋混凝土拱橋不僅滿足一跨跨越通河特有魚類國家級水產種質資源保護區核心區的要求，同時該橋型方案具有養護簡單，后期病害少、造價較低的特點。該橋左幅增設凈寬65 m農村公路，極大解決了當地群眾過江問題。該橋采用勁性骨架法成拱技術，為該類工法在大跨度橋梁的運用又推進了一步。

參考文獻

[1] 鋼筋混凝土箱形拱橋設計規程： DB51/T 1992-2015[S].

[2] 謝邦珠，莊衛林，蔣勁松，等. 鋼管混凝土勁性骨架成拱技術的興起和發展[C]//中國土木工程學會橋梁及結構工程分會.第二十一屆全國橋梁學術會議論文集（上冊）.中國土木工程學會橋梁及結構工程分會：中國土木工程學會，2014：4.

[3] 鄧年春，李長勝，郭曉，等. 鋼管混凝土勁性骨架拱橋主拱圈施工方法進展[J]. 科學技術與工程，2021（15）：6132-6139.

[4] 公路鋼管混凝土拱橋設計規范： JTG/T D65-06-2015[S].

[5] 黃雨忠，向陽. 三沙大橋總體設計[J]. 中外公路，2021（2）：125-129.