重慶長壽長江大橋設計特點與施工的技術創新

夏玉榮 黃志良

1 概述

重慶長壽長江公路大橋是一座在長壽區跨越長江的特大型雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋,大橋北岸連接319國道,南岸與南涪路長壽支線相接,是跨越長江的特大型橋梁工程。主橋跨徑組合為207 m+460 m+207 m的雙塔雙索面斜拉橋,引橋:北岸為3×30 m預應力混凝土簡支T梁,南岸為6×30 m簡支T梁,大橋全長1 160 m。大橋于2005年12月開工建設,于2009年3月竣工通車。

2 主要技術指標

1)設計荷載:公路—Ⅰ級,人群2.5 kN/m2。2)橋面寬度:0.25 m人行道欄桿+2.0 m人行道+16.0 m行車道+2.0 m人行道+0.25 m人行道欄桿,橋面總寬20.5 m。3)地震:抗震設防按場地安全性評價結論,采用50年超越概率2%的地震動參數。4)設計洪水頻率:1/300。5)設計洪水水位:193.09(黃海高程)。6)設計通航水位:186.99(黃海高程)。7)通航標準:Ⅰ(2)級航道,最高通航水位按20年一遇洪水位計。8)通航凈空要求:主跨460 m為單孔雙向通航孔,通航凈寬378 m,通航凈高不低于18 m;南岸側邊跨207 m為單孔單向通航孔,通航凈寬179 m,通航凈高不低于18 m。9)船舶撞擊力:順水流方向28 000 kN,橫水流方向14 000 kN。10)風荷載:基本風速取24.2 m/s。

3 橋梁工程設計

3.1 橋梁總體布置

長壽長江公路大橋為主跨460 m的雙塔預應力混凝土斜拉橋,跨徑組合為207 m+460 m+207 m(為有利于南岸邊孔洪水期的通航,邊主跨比取為0.45);引橋,北岸為 3×30 m預應力混凝土簡支T梁,南岸為6×30 m簡支T梁,橋全長1 160 m。

3.2 主梁

從方便施工的角度考慮,斜拉索主梁采用分離式雙主肋截面,其間通過橋面板與橫隔梁相互連為整體。斜拉索錨于縱肋上,端部縱梁高2.7 m,寬1.8 m;索塔根部部分縱梁適當加寬至2.4 m,頂板設1.5%的雙向橫坡,人行道部分頂板設1%的橫坡,橋面全寬20.5 m,主梁全寬23.4 m,頂板厚 0.32 m,拉索橫向間距21.6 m;每一節段設一道橫隔板,標準節段橫隔板厚0.28 m。

3.3 索塔結構

索塔采用花瓶形,由下塔柱、下橫梁、中塔柱、上橫梁、上塔柱及塔冠構成。索塔在主墩以上高144.3 m。上塔柱截面外輪廓尺寸為700 cm×460 cm,內腔尺寸為 400 cm×260 cm,中塔柱為變截面,外輪廓尺寸由700 cm×460 cm逐漸增至982 cm×460 cm。下塔柱也為變截面,順橋向漸變至1 200 cm,橫橋向為660 cm等寬度。上橫梁截面外輪廓尺寸為600 cm×600 cm,頂底板厚100 cm,側板厚100 cm。下橫梁截面外輪廓尺寸為700 cm×700 cm,頂底板厚120 cm,側板厚100 cm。

3.4 斜拉索

拉索布置于人行道欄桿外面,位于標準梁段主肋截面中間,橫向間距為21.6 m。全橋4×28對拉索和2對0號拉索,梁上標準索距8 m,最外一根拉索傾角22.9°,最內一根拉索傾角為79.8°。

3.5 索塔墩

塔墩為箱形結構,北岸索塔墩高 20.3 m,南岸索塔墩高27.2 m,為了防止船舶撞擊,并改善水流形態,塔墩上下游側均設計分水尖。

3.6 主墩承臺和樁基

兩岸主墩基礎均為鉆孔灌注樁。其中,北岸基礎采用25根φ 250鉆孔灌注樁,樁深26 m,承臺高7 m,平面尺寸為2 690 cm×2 850 cm;南岸為高樁承臺樁基礎,承臺高7 m,平面尺寸為2 850 cm×2 850 cm,采用25根φ 250樁,樁深40 m。

4 設計特點

4.1 全橋設1.5%單向縱坡,最大雙懸臂189 m(岸側185 m)

受兩岸地形、通航及道路連接限制,全橋設1.5%單向縱坡。通過文獻檢索,大跨度斜拉橋很少采用單向坡,原因是受縱坡影響,對稱懸臂主梁拉索產生不平衡索力,無論是大橋設計還是施工監控,都帶來了很大難度;對大橋的抗風要求也很高。例如宜賓長江大橋為184 m+460 m+184 m雙塔斜拉橋,采用的是1.6%單向縱坡,但其最大雙懸臂長度只有133 m,邊跨設置了兩個輔助墩,相對重慶長壽長江公路大橋,其結構受力和施工監控相對容易,最大雙懸臂時大橋抗風能力也要高很多。

4.2 主梁雙懸臂不平衡自重下不設永久或臨時輔助墩,也無需平衡壓重

由于大橋兩岸交界墩離地面近40 m高,邊跨搭架現澆太長,會增大施工難度和建設成本,施工工期也難以保證;南岸邊跨為通航孔,不允許設輔助墩;最后設計為大橋最大雙懸臂江側189 m,岸側 185 m,邊跨現澆段 20 m長;主梁最大雙懸臂狀態下結構本身不平衡重約200 t,不需要進行中跨平衡壓重或設置臨時輔助墩,該類設計在國內尚屬少見。

主梁采用懸臂澆筑法,主梁一般是對稱平衡的,對于不平衡部分,有的設置臨時輔助墩,如200 m+500 m+200 m湖北荊沙長江橋,在離梁端70 m處設臨時輔助墩,待斜拉橋體系轉換完成后將其拆除。有的中跨設有平衡壓重,如205 m+460 m+205 m忠縣二橋,從14節段～27節段均需施工配重。有的采用永久輔助墩,如184 m+460 m+184 m宜賓長江大橋,在邊跨設有兩個輔助墩。

4.3 索塔拉索錨固區足尺模型試驗研究

為了完全了解索塔拉索錨固區的特性,通過試驗掌握大噸位小半徑環向預應力筋的成孔、穿束以及真空吸漿工藝,驗證相應的預應力筋計算參數(如摩阻系數等),準確驗算索塔拉索錨固區的承載能力,保證索塔錨固區的安全,我們進行了索塔拉索錨固區的節段模型試驗,試驗結果表明,結構安全系數大于2,結構設計安全。

4.4 大伸縮量梳齒形多變位伸縮縫在大橋中的應用

和傳統模式伸縮縫相比,梳齒形多變位伸縮縫構造簡單,各模塊相互獨立,預埋槽較淺,安裝和更換方便;能適應大橋多個方向變位的要求;荷載沖擊力相對較小,有力地減輕了梁體振動、變形對伸縮裝置的破壞,提高了伸縮裝置的安全性和可靠性。

4.5 油壓阻尼器和拉索減振器在大橋中的應用

長斜拉索在風、雨、地震及交通等外界激勵下,極易振動過大,拉索容易產生疲勞破壞,振動嚴重的還會危及梁體的結構安全,拉索振動也會促使PE外套及拉索端部索套破裂,發生滲水,產生銹蝕;當伴有腐蝕時,拉索的疲勞壽命將大大縮短。11號～28號斜拉索安裝減振器,可達到減小和抑制斜拉索的振動。

相對于以前設計采用的彈性索,油壓阻尼器吸收能量大、阻尼效果好,不需要根據溫度變化調整彈性索索力。油壓阻尼器改善了橋梁結構的行駛條件和使用性能,改善了下部結構的受力,特別是提高了大橋抗震能力。

5 主要施工工藝

5.1 索塔U形預應力束施工

本橋為主跨460 m的斜拉橋,索塔拉索錨固區節段長度最小為1.45 m,單柱外輪廓尺寸為4.6 m×7.0 m,索塔內布置U形環向預應力筋19φs15.2,采用了PT-PLUS塑料波紋管,壓漿采用真空吸漿,以保證壓漿密實。

為了全面了解索塔拉索錨固區的特性,通過索塔錨固區足尺試驗來掌握大噸位小半徑環向預應力筋的成孔、穿束以及真空吸漿工藝,得到相應的預應力筋計算參數,并求解索塔拉索錨固區的承載能力,為施工時提供張拉工藝。

5.2 塔梁同步施工

在塔梁同步施工過程中,作好上下重疊作業的安全遮蓋,無一起安全事故發生。通過增加節段前的鋼筋網,確保了梁體不同齡期的基巖效應得到很好控制,采取臨時索塔代替索塔,通過兩邊斜拉,自行調節標高變化,較好地控制了塔偏。

5.3 掛籃一體化設計新理念

對于主梁的施工,采用懸澆掛籃體系與0號、1號塊托架一體化設計與施工新理念。該法是將混凝土斜拉橋主梁0號、1號塊施工的托架體系與其他塊件施工的掛籃體系融合,即將0號、1號塊托架設計成為掛籃的一部分。施工時,先拼裝0號塊托架,施工0號塊;然后在0號托架的基礎上繼續拼裝,形成1號塊托架,施工1號塊;最后在 1號塊托架的基礎上繼續拼裝,就基本形成了掛籃,進行其余塊件施工。

此種設計新理念使主梁0號、1號塊托架與其他懸臂塊件的施工掛籃一體化,技術措施簡捷高效,各工序之間銜接緊湊,解決了主梁施工問題,保證了主梁施工質量。

6 結語

正是重慶長壽長江大橋在設計與施工中采取的技術創新,加快了施工進度,節省了工程費用,在質量、安全、工效、成本控制等方面均取得較好的效果。

[1] 林元培.斜拉橋[M].北京:人民交通出版社,1994.

[2] JTJ 027-96,公路斜拉橋設計規范[S].

[3] 梁建林.斜拉橋施工監控實踐與經驗[J].山西建筑,2008,34(2):305-306.