紅河特大橋主橋橋型方案比選

姚建鋒

(蘇交科集團股份有限公司 南京市 210019)

1 項目概況

紅河特大橋位于元陽縣南沙鎮南沙水電站庫區內，對應里程樁號K66+855.000～K68+229.000，是紅河州建水(個舊)至元陽高速公路上的關鍵控制性工程。本項目采取雙向四車道高速公路技術標準建設，路基寬度為25.5m，設計速度采取80km/h。

橋址區地屬于中高山河谷地貌，兩岸地形坡度較陡，左岸地形25°～35°，為一凸出的山梁，山梁兩側沖溝切割較深，擬建橋梁軸線距離上游側沖溝直線距離最近約260m,距離下游側沖溝直線距離約340m。右岸地形40°～50°，局部為陡崖，上游側距離橋梁軸線直線距離約230m發育一條較深的沖溝。

2 橋梁設計理念及原則

紅河特大橋孔跨布置及橋面高程不受洪水位控制，主要為克服山區陡降高差、跨越深溝陡谷而設置。紅河特大橋橋梁工程包括引橋及主橋，在橋型方案及橋梁結構設計時主要根據橋位處路線走向、地形地質、河(溝)床特征、從安全性、適用性、經濟性、美觀性、施工難易程度及后期管理維護費用等方面進行綜合考慮。

路線設計線位高于河谷兩岸臺地，設計標高距離谷底常水位高度約181m，常水位時庫區水域寬度約350m，洪水位時庫區水域寬度約375m，紅河季節性匯流對橋梁總體設計無影響；根據本橋的地形地質特點，橋梁跨度可供選擇的范圍介于300～1100m之間，對應橋面以下塔墩高度范圍介于60～195m；

若主橋跨度小于300m則下塔柱高度大于200m，且大橋主墩落在水中，技術難度及施工風險極高；若主橋跨度大于1100m則大橋經濟技術指標較差。故本橋總體設計主跨徑選擇介于300～1100m之間，通過S214省道及施工便道的建設，施工場地均可以到達。

3 主橋橋型方案設計

3.1 700m懸索橋方案

紅河河谷為“V”型剝蝕谷，由于山勢陡峭，跨徑較小時橋墩高度超高施工困難，方案一懸索橋橋型方案設計主要采用700m單跨鋼桁梁懸索橋方案。

圖1 700m懸索橋方案

本方案特點：

(1)采用單跨雙鉸體系，邊跨設引橋；

(2)加勁梁采用鋼桁梁，結構整體剛度較大，結構豎向變形較小；

(3)錨碇采用重力式錨碇、隧道錨，適合地形、地質條件，穩定性和安全性好；

(4)鋼桁梁組件在工廠加工，在現場拼裝，而后采用纜索整體吊裝，施工方便，施工風險較小，施工措施費用低。

懸索橋加勁梁在活載、溫度、風、地震等多種荷載作用下可能在多方向上產生變形。因此，對加勁梁的約束應協調橫、縱、豎三個方向及扭轉多個方面，從而選擇合理的加勁梁約束系統，使得加勁梁適應各種荷載，同時保證結構安全及耐久性。豎向支座采用雙向活動抗壓支座；橫向擬設置抗風支座，布置于加勁梁端橫桁架的上下弦桿兩側；縱向設置粘滯阻尼器，位于加勁梁兩端。

3.2 (200+460+115+60)m斜拉橋方案(圖2)

根據兩岸地形接線及合理的邊中跨比，斜拉橋方案橋跨布置為(200+460+115+60)m，半漂浮體系,邊中跨比0.476/0.417。索塔處設置橫向限位支座，縱向設置阻尼限位裝置，建水側下部橋墩較高，邊跨未考慮設置輔助墩。元陽側設置輔助墩，采用預應力混凝土梁。

圖2 (200+460+115+60)m斜拉橋方案

本方案特點：

(1)混凝土橋面板代替受力復雜的正交異性板，橋面剛度較大，對橋面板及橋面鋪裝受力有利；

(2)收縮徐變對結構產生較大的影響,結構內力的二次分配產生一定的影響；

(3)梁段分塊制造，現場散件組裝，現場安裝工作大，梁段吊重小，橋面吊機要求較小，現場安裝周期長；

(4)較好地平衡了跨徑與墩高之間的矛盾。

結構整體為半漂浮體系。索塔位置設置豎向支座、橫向抗風支座、縱向限位阻尼；過渡墩位置設置豎向支座和橫向抗風支座。

3.3 1020m懸索橋方案(圖3)

圖3 1020m懸索橋方案

本方案特點：

(1)與方案一相比主塔下塔柱較矮，施工更為便捷；

表1 橋型方案綜合比較表

(2)主橋完全跨過巖溶發育區等不良地質路段；

(3)加勁梁采用鋼桁梁，結構整體剛度較大，結構豎向變形較小；

(4)鋼桁梁組件在工廠加工，在現場拼裝，而后采用纜索整體吊裝，施工方便，施工風險較小，施工措施費用低；

(5)左右側主纜剛度差異小；

(6)工期較長、造價較高。

豎向支座采用雙向活動抗壓支座；橫向擬設置抗風支座，布置于加勁梁端橫桁架的上下弦桿兩側；縱向設置粘滯阻尼器，位于加勁梁兩端。

4 結束語

山區公路地形地質條件復雜，對橋梁選型要求較高，以“安全可靠、經濟合理、耐久適用、技術先進、美觀、環保”為目標，在設計中以“設計全壽命周期成本”的新理念考慮大橋的建設、投資，按照“以人為本”的設計理念進行橋梁方案設計。

紅河特大橋是一座典型的超高墩、大跨、特長山區高速公路橋梁，在跨徑布置和橋型方案選擇時，充分論證跨徑大小與塔墩高低二者之間的相互制約，對結構安全、工程造價的影響，協調結構安全可靠、施工難易與工期控制以及工程建設合理投資三者之間的平衡。