涼山州金陽縣金沙江溜索改橋設計技術進步

梁 健, 肖 雨, 鄭旭峰

(四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設計研究院, 四川成都 610041)

1 工程概述

溜索是居住在我國西部大山深處群眾的一種原始出行方式，長期以來，當地居民依靠溜索往來于高山峽谷之間或者河流之上，以之作為主要的甚至是唯一的出行手段。使用溜索出行存在很大的安全隱患，給當地人民群眾生產資料和生活必須品的運輸造成極大的困難，許多地區(qū)陸續(xù)對溜索進行了改造。“十一五”以來，國務院扶貧辦、交通運輸部先后在西藏自治區(qū)和云南省怒江州組織實施了84 對、42 對“溜索改橋”項目，大大改善了當地人民群眾的出行條件，對促進當地經濟、社會發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

2012年3月4日，國務院扶貧辦在兩會期間接受中央電視臺專訪時表示：“十二五”期間將力爭完成對全部溜索的改造，結束這種原始落后的交通方式。2012年3月28日，交通運輸部與國務院扶貧辦就“溜索改橋”工作進行了會談，商定將在“十二五”期間，合作實施貧困地區(qū)“溜索改橋”工程，結束“溜索時代”。2013年8月8日，由國務院扶貧辦、交通運輸部組織的“溜索改橋”工程建設座談會在北京召開，決定于2013年～2015年在全國實施290對“溜索改橋”項目。

金陽縣對坪一村西營組溜索改橋工程(圖1)位于四川省涼山州金陽縣對坪鎮(zhèn)和云南省昭通市巧家縣東坪鎮(zhèn)之間，項目區(qū)域屬我國邊遠落后的少數民族地區(qū)。因地處高山峽谷，地勢險峻，過去受經濟條件限制，建橋成本高，溜索一直以來是四川、云南兩岸居民橫跨金沙江最主要甚至是唯一的交通方式。

圖1 金陽縣對坪西營組溜索

對坪鎮(zhèn)一村西營組溜索位于四川省與云南省交界的金沙江上，溜索長度325 m，為柴油機卷動的箱籠溜，為川滇兩省的私人投資興建。一村西營組溜索主要連通四川省金陽縣對坪鎮(zhèn)與云南省巧家縣東坪鎮(zhèn)太平場移民安置點，可運輸行人、摩托車、小轎車通行，直接涉及人口四川岸約8 000人，云南岸人口約1 193人。當前，從奧威大橋(上游13.9 km)至通陽大橋(下游25.6 km)之間的40 km內，原有思茅坪村溜索、山江村溜索、老渡口村溜索、么米花村溜索、春江街下溜索、王家屋基溜索等己相繼拆除，兩岸居民來往只能遠距離繞行。

該橋主要技術標準如下：

荷載等級：公路—Ⅰ級；橋梁寬度：10.5 m(含兩側各1.5 m人行道)；地震基本烈度：Ⅶ度；地震動峰值加速度：0.15g。

2 橋型方案

橋位于溪洛渡庫區(qū)，兩岸地形陡峻，最高蓄水位時水面寬度約260 m。此跨徑可選用的橋型有連續(xù)剛構橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋。由于兩岸地形所限，采用常規(guī)的預應力混凝土連續(xù)剛構橋邊跨布置困難，不推薦采用。同時，因該橋所在位置偏僻，資金不足，養(yǎng)護人員和技術條件有限，無法對懸索橋、斜拉橋等橋型進行有效的后期維護，因此也不是合適的橋型。因此，拱橋是最為合適的選擇。

同樣由于養(yǎng)護、維修及工程造價的因素，鋼拱橋和鋼管混凝土拱橋也不是該工程的優(yōu)選橋型。因此，考慮采用上承式鋼筋混凝土拱橋一跨跨越金沙江。

為避開兩岸卸荷裂隙，主跨采用凈跨徑280 m。大橋全橋長391.9 m。主橋橋面采用0.3 %的雙向縱坡。全橋跨徑組合為2×22.7 m(預應力混凝土小箱梁)+295.1(13×22.7) m(鋼筋混凝土拱橋)+2×22.7 m(預應力混凝土小箱梁)，主孔凈跨為280 m，起拱標高為604.461 m。主橋長295.1 m，引橋長為96.8 m(圖2)。

圖2 橋跨總體布置

3 結構構造

3.1 主拱圈設計

主拱采用等截面懸鏈線無鉸拱，凈跨徑280 m，凈矢高46.7 m，矢跨比1/6，拱軸系數2.5。拱圈采用橫向寬度8 m、高度4.9 m的單箱雙室截面，標準段頂、底板厚0.4 m，腹板厚0.3 m。拱圈拱腳至第一根立柱間頂、底板和邊腹板厚度漸變，頂、底板混凝土厚度由標準段的0.4 m線性變化至拱腳的0.7 m，邊腹板厚度由標準段的0.3 m線性變化至拱腳的0.55 m，拱圈斷面如圖3所示。

(a)拱頂截面

(b)拱腳截面圖3 拱圈構造(單位：cm)

3.2 拱上構造

拱圈上設墊梁，墊梁較低一側高50 cm。墊梁上設立柱，立柱橫向為雙柱。兩岸接近交界墩的立柱最高，采用空心薄壁結構，其余立柱采用實心結構。空心立柱橫橋向寬160 cm，縱橋向墩頂寬160 cm，縱橋向按100∶1的比例放坡，薄壁厚度為40 cm。實心立柱采用等截面，橫橋向寬160 cm，縱橋向寬140 cm。

立柱之上的鋼筋混凝土蓋梁寬220 cm，高150 cm，蓋梁水平設置，蓋梁上墊石高度各不相同，以此適宜橋面橫坡。

拱上構造如圖4所示。

圖4 拱上構造(單位：cm)

3.3 行車道梁

行車道板采用預應力混凝土帶翼小箱梁，跨徑22.7 m。橫斷面上設4片梁，梁高為140 cm，中板寬267 cm，邊板寬258 cm，如圖5所示。

圖5 行車道梁橫斷面布置

3.4 拱座和交界墩

兩岸拱座基礎置于完整的弱風化基巖上，拱座采用鋼筋混凝土結構。

交界墩為雙柱薄壁空心墩，橫橋向墩寬250 cm，縱橋向寬400 cm，墩薄壁厚度為40 cm。

4 主拱架設方案

主拱采用強勁骨架法架設，即先架設鋼管混凝土強勁骨架成拱、再利用形成的骨架外包混凝土、最終完成拱圈施工的施工方案。

4.1 主拱強勁骨架構造

勁性骨架為鋼管混凝土弦管與型鋼腹桿組成的桁架結構，上、下各三根φ508×16(24) mm、內灌C60混凝土的鋼管混凝土弦桿；弦桿通過橫聯(lián)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(lián)對應位置設交叉撐，加強橫向連接。腹桿及平聯(lián)與弦桿均采用焊接連接。如圖6所示。

圖6 勁性骨架構造

4.2 強勁骨架節(jié)段安裝

勁性骨架采用由扣掛體系和吊裝體系組成的骨架安裝體系，采用兩岸對稱懸拼。

扣掛體系包括扣索、尾索、張拉端、扣點及錨碇五大結構部分。扣索及尾索由多束φ15.24低松馳高強度鋼絞線組成。當完成勁性骨架安裝合攏后，即可將鋼絞線拆除。扣索及尾索的張拉端利用設在兩岸交界墩蓋梁上的扣塔(鋼錨箱)，用專用千斤頂調整張拉索力。扣點設于勁性骨架上，由連接板、反力座和P型擠壓錨組成。錨碇設于兩岸橋臺位置。如圖7所示。

每拱半跨勁性骨架分12個吊裝節(jié)段和一個合龍段(最大吊重約45 t)。每兩個吊裝節(jié)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。臨時扣索采用鋼絲繩，每岸設兩組，各扣段交換使用。節(jié)段安裝就位后，拉浪風索,確保橫向穩(wěn)定。每一扣段的吊裝節(jié)段就位后，調整扣索力，待節(jié)段控制點位置滿足要求后，焊接弦桿接頭。

圖7 斜拉扣掛體系布置

吊裝體系的吊塔，采用鋼管格構形式，設于兩岸地勢較高處，如圖8所示。

圖8 扣吊體系現(xiàn)場

4.3 鋼管混凝土澆筑

強勁骨架在松索以后灌注上、下弦鋼管內混凝土。采用C60高強混凝土，以泵壓法自拱腳向拱頂壓注完成。

4.4 拱圈澆筑

拱圈的澆筑采用“兩環(huán)十二工作面”的澆筑方式。即先兩岸對稱澆筑底板+邊腹板直至合龍，然后再兩岸對稱方式澆筑中腹板+頂板混凝土，如圖9所示。

5 主要計算結論

5.1 靜力驗算結果

正常使用階段，按照最不利工況計算表明：主拱鋼筋混凝土承載力、主拱剛度滿足有關規(guī)范和設計要求(表1、表2)。

5.2 動力計算結果

動力特性分析表明：該橋自振頻率處于合理范圍，能保證結構正常使用(表3)。

5.3 穩(wěn)定計算結果

橋梁整體彈性穩(wěn)定系數均大于4.0，滿足有關規(guī)定的要求(表4)。

5.4 抗震計算結果

地震作用下采用反應譜分析方法(表5、表6)。

6 主要技術進步

該橋技術進步，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

表1 主拱鋼筋混凝土承載能力驗算

表2 主拱剛度驗算 cm

表3 橋梁動力特性一覽表

表4 彈性穩(wěn)定計算成果表

表5 主拱鋼筋混凝土E2作用下承載能力驗算(縱向)

表6 主拱鋼筋混凝土E2作用下承載能力驗算(橫向)

(1)采用強勁骨架。經優(yōu)選后，采用φ508 mm鋼管和高強自密實混凝土等級(C60)構成的鋼管混凝土弦桿、腹桿采用大剛度型鋼構件，共同組成的骨架屬強勁骨架。大大提高了骨架的強度和剛度，采用“兩環(huán)十二工作面”的施工工藝。簡化了施工程序、便于模板安裝和移動，從而減少外包混凝土工期并保證施工質量。

(2)采用強勁骨架專用計算理論進行設計。在計算中，計入骨架與鋼筋混凝土拱圈的復合受力效應，考慮了勁性骨架在運營階段對承載能力的貢獻，從而進一步優(yōu)化截面，減少外包重量，簡化外包程序，節(jié)約工期并降低總造價。

(3)高性能混凝土的應用。在鋼管混凝土拱橋中采用C60高強、高性能鋼管混凝土，外包混凝土采用了C50高性能混凝土。保證了管內混凝土的灌注質量，降低了外包混凝土振搗作業(yè)的難度。

(4)專用移動吊架的使用。拱圈混凝土外包分兩環(huán)依次分節(jié)段澆筑完成。

外包過程中，由于拱肋為懸鏈線，各個地方曲率均不相同，再加上拱肋外包混凝土施工懸空過高，因此設置了專用移動吊架,由天車、吊桿、底平臺、行走系統(tǒng)、止推裝置等組成。該吊架設備解決了原來施工工藝安全風險高、施工難度大、臨時材料多的技術難題。

(5)抗風研究成果的應用。

(6)針對橋位地處干熱河谷，風大的特點，進行了專門的抗風研究：①通過現(xiàn)場實測和數值分析，得出大橋橋址處的風場特征及平均風速分布規(guī)律；②通過分析研究，得出兩座大橋的設計風參數；③通過分析，判定兩橋施工運營抗風安全，并給出施工期的指導性抗風措施。合理布置抗風纜等措施。

7 結束語

金陽縣對坪金沙江溜索改橋自開工以來，受到各大主流媒體和社會各界的極大關注，目前橋梁已基本建成，將于2018年8月正式通車，為當地居民的出行帶來極大方便，同時也將給當地的社會經濟帶來巨大的進步。四川屬盆地地形，盆周多山區(qū)，有大量典型的V型和U型山谷，山陡溝深，特別適宜拱橋的修建，強勁骨架法施工的大跨徑鋼筋混凝土拱橋有效的解決建設條件復雜、運輸條件不便、施工條件惡劣、后期養(yǎng)護困難等諸多問題，將有力推動我省山區(qū)的橋梁發(fā)展和技術進步。