國道318線金沙江大橋搶通及恢復重建設計

唐國漢 冮大興 鄭旭峰 林小軍 蔣建軍 何云勇,2

(1.四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041； 2.西南交通大學土木工程學院，四川 成都 610031)

1 白格堰塞湖致金沙江大橋災損概況

2018年10月11日晚22時6分，西藏昌都市江達縣和四川省甘孜州白玉縣波羅鄉白格村發生山體滑坡，堵塞金沙江河道，形成白格堰塞湖。10月12日，堰塞體自然溢流。10月13日，堰塞湖右岸攏口已完全沖開，江水以5 000 m3/s奔流而下，形成第一次洪峰，洪峰后堰塞湖水位下降20 m，潰壩隱患完全消除。11月3日，原山體滑坡點發生二次滑坡。11月12日，白格堰塞湖河水引入導流槽，形成第二次洪峰，下游水位迅速升高[1-3]。11月14日1點40分，國道318線巴塘竹巴龍金沙江大橋洪峰最大流量20 900 m3/s，流速8 m/s～10 m/s，為歷史之最，導致該橋被沖毀，上游500 m建于20世紀50年代的老金沙江大橋也被沖毀(如圖1所示)，國道318斷道。

國道318線竹巴龍金沙江大橋橋址地層依次為堆積層碎石土、厚3 m～5 m，沖洪積層卵石、厚5 m～10 m，冰積層塊碎石土。橋梁上部結構為8孔30 m預應力T梁、1孔25 m預應力混凝土現澆空心板，下部結構采用重力式橋臺、摩擦樁基礎，樁長25 m～33 m。白格堰塞湖二次洪峰導致該橋第2孔～8孔梁體落梁，第1孔梁體向下游發生扭轉和橫移，部分蓋梁、系梁、墩柱、擋塊等結構開裂[4]。為盡早恢復國道318線通車，開展了原金沙江大橋搶通保通方案和恢復重建設計研究。

2 原金沙江大橋搶通保通方案

通過對原金沙江大橋下部結構承載力檢測，并對部分蓋梁、系梁、墩柱、擋塊裂縫進行加固處理，擬定了保留原金沙江大橋兩岸邊孔糾偏復位利用，落梁7孔架設簡支戰備鋼橋的搶通保通方案[5]。

原橋2孔～8孔采用ZB 200型上承式三排單層加強型(上、下設加強弦桿)簡支戰備鋼橋，采用汽車(履帶)吊裝方案進行安裝。橋梁橫向布置采用雙側三排，兩側桁架之間設置剪刀撐，每跨桁架下部設置3道～4道橫梁，加強橋梁抗側彎能力。每跨內部橫梁、橋面板按照標準間距布置，兩跨之間端部橫梁間距為非標準間距時，對橋面板進行切割匹配，橋面板與橫梁采用可靠連接。簡支梁采用相鄰跨桁架縱向重疊、橫向交錯方式，以適應節段長度與橋跨的不匹配問題，保證支座位于高抗剪桁架的端柱位置，支座傳力明確，且能保證橋墩不產生偏壓。應對支座進行限位，防止運營期間滑移。

橋梁采用上承式結構，即橫梁、橋面板設置在上弦桿加強弦桿以上位置。每一標準型桁架單元的長度為3.048 m，一孔30 m橋跨采用10個標準型桁架單元，相鄰兩孔簡支鋼梁橋的主桁片橫向交錯布置。每孔兩端設置高抗剪型桁架(履帶吊上橋安裝時必須采用)，其余為普通型桁架；下弦桿在第2節～第9節段設加強弦桿，上弦桿全橋均設加強弦桿。每孔設4道下橫梁，上橫梁11道。上、下橫梁與弦桿之間采用騎馬卡連接。Ⅰ型剪刀撐適用于鋼橋奇數跨，共4跨，每跨9片；Ⅱ型剪刀撐適用于鋼橋偶數跨，共3跨，每跨11片，加工制造時適當考慮富余。剪刀撐四角的節點板與桁架采用M27螺栓連接，斜撐與中部節點板焊接。水平撐桿及斜撐采用[8槽鋼，每間隔1 m左右，上下翼緣板采用鋼板焊接聯系。標準橋板單元長3.042 m，非標準橋板長度根據現場實測下料。中間7孔鋼梁與兩邊邊梁存在85 cm高差，采用跳板進行過渡。

2018年12月5日完成金沙江鋼便橋架設，如圖2所示，國道318實現交通管制通行。臨時鋼橋安排專人24 h值守，限速10 km/h、限重20 t的小客車通行。

3 金沙江大橋恢復重建設計分析

3.1 橋位比選

在戰備鋼便橋形成國道318線保通情況下，恢復重建提出了上、下兩個橋位比選。其中上橋位為上游老金沙江大橋橋址區，下橋位為國道318線金沙江大橋上游側70 m，如圖3所示。

經綜合比較，上橋位下覆粉土層較厚，樁基持力層條件差，而下橋位下覆砂卵石層，從場地地質條件看，下橋位優；上橋位新建連接線較下橋位長500 m，征地拆遷數量多，工程造價較下橋位多1 156萬元。因此，國道318線金沙江大橋選擇原位上游側70 m恢復重建。

3.2 橋型比選

橋型方案選擇受地形、地質、水文、行洪及橋梁高度和跨度等因素控制，為達到重建橋梁結構安全可靠、施工難度小、經濟合理及后期管養等目標，擬定了兩種橋型方案。方案一為連續剛構橋，孔跨布置為3×27 m現澆梁+(70+120+70)m連續剛構+2×23.5 m現澆梁，橋長390 m，如圖4所示。方案二為鋼混組合梁，孔跨布置為14 m現澆梁+6×60 m鋼混組合梁+14 m現澆梁，橋長390 m，如圖5所示。

白格堰塞湖第2次泄洪沖毀金沙江大橋，其泄洪水位如表1所示。針對兩種橋型方案，推算出其防洪能力，如表2所示，方案一、二兩種橋型梁底最低標高均高于白格堰塞湖兩次泄洪水位，過水面積、泄洪流量均大于白格堰塞湖第二次洪峰流量，遠超過有記錄以來的最大洪峰流量，兩方案的防洪能力均滿足行洪要求。

表1 白格堰塞湖水位

表2 金沙江大橋重建方案防洪能力推算

從施工角度來講，方案二簡支鋼混組合梁節段運輸困難，只能分成小節段運輸，然后在現場拼裝成較大的安裝節段；橋位屬于高原干熱河谷氣候，河谷風沙大，現場拼裝、焊接措施費高；節段吊裝重量大，需在江上架設專門鋼棧橋和臨時支墩，采用大型履帶吊機安裝，施工措施費高；方案二鋼混組合梁建安費8 397萬元，后期維護費用較高。

方案一連續剛構橋施工程序單一，施工技術成熟，建安費7 557萬元，較方案二少840萬元，造價較低，耐久性好，后期維護費用相對方案二低。因此，推薦采用連續剛構橋方案。

3.3 重建連續剛構橋設計

重建金沙江大橋設計為主橋70 m+120 m+70 m連續剛構橋，主橋箱梁為縱向、豎向及橫向三向預應力結構，采用單箱單室箱型截面。箱頂板寬12 m，底板寬6.2 m，箱梁頂板設置成2.0%雙向橫坡。箱梁跨中及邊跨支架現澆段梁高3.2 m，根部斷面和墩頂0號梁段高為7.5 m。從中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.8次拋物線變化。箱梁腹板懸澆梁段根部至跨中梁段腹板厚0.6 m。箱梁底板厚從箱梁根部截面的0.8 m以1.8次拋物線變至跨中截面0.36 m。主梁零號塊長度為12.0 m，懸臂施工標準節段長度分為7×3.0 m+8×4.0 m，全橋共設3個合龍段，其長度均為2.0 m，邊跨現澆段長度為8.88 m。懸臂澆筑節段最大控制重量為1 385 kN[6]。

根據各段梁有效分布寬度的計算，箱梁底板與腹板相交處設有較大的倒角。主墩墩頂(0號節段)設兩道厚1.0 m的橫隔板，現澆梁端各設一道厚2.0 m的橫隔板。每道橫隔板處預留1.0×2.2 m檢修通道。檢修人員可從梁端預設的檢修通道入口進入箱梁內部。

主橋頂板束、腹板束、合龍束、邊跨底板束、頂板束采用17φs15.2高強低松弛鋼絞線，中跨底板束采用19φs15.2高強低松弛鋼絞線。箱梁腹板縱向每間隔0.5 m設一道豎向預應力鋼束。豎向預應力鋼束采用4φs15.2高強低松弛鋼絞線及低回縮專用錨具。箱梁頂板縱向每間隔0.5 m設一道橫向預應力鋼束。橫向預應力鋼束采用2φs15.2高強低松弛鋼絞線。

主墩采用鋼筋混凝土船形實心墩，橫橋向寬11.286 m，順橋向寬3.5 m。主墩承臺厚度為5 m，平面尺寸為16.6 m×11.1 m。單個承臺主墩樁基為6根φ2.5 m的鉆孔灌注樁，縱橫向樁間距6.25 m。交界墩采用鋼筋混凝土矩形墩，橫橋向寬1.8 m，厚度為2.0 m。交界墩承臺厚度為2.5 m，平面尺寸為6.25 m×2.5 m。單個承臺主墩樁基為4根φ1.5 m的鉆孔灌注樁，縱橋向樁間距3.75 m。采用鋼筋混凝土蓋梁。

3.4 連續剛構橋計算結果

采用有限元軟件，建立數值模型對連續剛構橋進行計算。計算時，鋼筋混凝土收縮徐變按相關規范取值，橋梁結構溫差取值為±20 ℃，正溫度梯度取0 ℃，5.5 ℃，14 ℃，負溫度梯度取-7.0 ℃，-2.75 ℃，0 ℃，合龍段取為17 ℃，根據實際情況，合龍段溫差控制在15 ℃～20 ℃。橋梁現澆施工掛籃計算值為80 t。結合地質情況，橋梁基礎按摩擦樁計算[7,8]。

由表3可知，主梁施工階段控制截面最大拉應力峰值為0.1 MPa，位于主梁邊跨端頭截面；最大壓應力峰值為9.8 MPa，位于主梁中跨跨中截面；最大拉應力、壓應力均滿足規范要求。由表4可知，主梁在短期效應組合作用下，最大應力峰值為9.3 MPa，位于主梁中跨L/4截面處，最小應力值為0.8 MPa，位于邊跨端頭截面；主梁在長期效應組合作用下，最大應力峰值為9.1 MPa，位于主梁中跨L/4截面處，最小應力值為0.8 MPa，位于邊跨端頭截面；主梁在基本荷載組合作用下，最大、最小應力峰值與長期效應組合一致。主梁運營階段控制截面應力均滿足規范要求。合龍前，主梁跨中截面推力為2 000 kN，跨中主墩頂推位移為1.7 cm。設計主墩截面承載能力大于結構計算內力，滿足規范要求。主橋主跨計算剛度為67 mm，小于L/600即200 mm；邊跨計算剛度為37 mm，小于L/600即116 mm，滿足規范要求，能夠確保橋梁正常使用。

表3 主梁施工階段控制截面應力峰值 MPa

表4 主梁運營階段控制截面應力 MPa

4 連續剛構橋施工方案

1)下部結構施工。連續剛構橋樁基持力層為砂卵石土，樁基施工采用鉆孔灌注樁。主墩墩身施工配置電梯和塔吊，采用滑模法施工。主墩承臺為大體積混凝土施工，應控制混凝土水化熱，采用低水化熱水泥，施工時采用冷卻水管降溫，防止承臺混凝土開裂。

2)上部結構施工。主墩施工完成后，于墩頂預埋牛腿托架，在托架上完成0號塊梁段施工。考慮到0號塊高7.5 m，混凝土體積大，預應力管道密集，0號塊混凝土可按豎向分三層澆筑，施工完畢后，于0號塊兩端安裝掛籃，依次懸澆各梁段。主橋邊跨采用滿堂支架現澆施工。

本橋合龍按先兩側邊跨合龍，再中跨合龍的順序施工。邊跨懸澆梁段施工完后，于合龍段安裝勁性骨架，低溫時澆筑邊跨合龍段混凝土，養護至強度大于90%，張拉合龍束、底板束到設計拉力值，完成邊跨合龍。中跨合龍采用水箱法，于中跨兩懸臂端安裝吊架(吊架不超過1 200 kN)，并在懸臂端設水箱作平衡重，低溫時澆筑中跨合龍段混凝土，同步等重量放水，養護至強度大于90%，張拉合龍束，拆除吊架后，按順序張拉縱向底板束和橫、豎向預應力鋼筋，完成全橋合龍段施工。

5 結語

在地震、余震及強降雨條件下，高山峽谷區的山體滑坡逐年都有發生，往往會阻斷河流，形成堰塞湖，淹沒公路，沖毀橋梁，導致嚴重的社會經濟和人身財產損失。本文以白格堰塞湖沖毀國道318線金沙江大橋為例，提出了架設簡支戰備鋼橋的搶通保通方案；通過恢復重建橋位、橋型比選，確定了原位重建連續剛構橋建設方案，分析了重建橋梁防洪能力、設計計算成果及剛構橋的施工方案，可供同地區類似工程參考。