阿志河特大橋初步設計方案研究

詹 航，聶尚杰，楊美云

(1.中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056；2.廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

1 概 述

阿志河特大橋位處構造剝蝕、侵蝕低中山地貌；地形起伏較大，地面高程在700～1 500 m；地表坡度多為35°～70°，呈局部直立或上凸下凹的形態；基巖為深灰、黑灰色中厚層夾薄層和厚層灰巖，上部有時夾白云巖，下部泥質增多，時呈泥質灰巖或泥灰巖。上覆碎石土、粘土，厚約1～3 m。

本區域屬亞熱帶季風溫暖濕潤氣候，年均氣溫14.5 ℃，極端最高氣溫34.1 ℃，極端最低氣溫-5.6 ℃；5.2 ℃年均日照1 252.4 h。

橋面距離河谷底約280 m，具有典型山區峽谷特征，不具備水運施工條件，大節段結構陸地施工運輸條件不便。

2 主要技術標準

(1)公路等級：高速公路雙向六車道；(2)設計速度：100 km/h；(3)汽車荷載標準：公路-Ⅰ級；(4)橋梁結構設計基準期：100年；(5)橋寬：分離式路基2×16.55 m；(6)設計風速：22.9 m/s；(7)地震烈度：地震加速度0.1 g，設防烈度Ⅶ度。

3 橋型設計方案

阿志河特大橋受地形限制，大樁號側因地表坡度70°而無法立墩，若采用梁橋跨越峽谷則需主跨L≥220 m，結構后期存在開裂、下撓等風險；其次，斜拉橋方案需在小樁號側51°陡峭的坡面布置過渡墩，也存在開挖岸坡失穩的風險，故初步設計以上承式鋼管混凝土拱橋和鋼桁梁懸索橋方案進行研究比選。

3.1 上承式鋼管混凝土拱橋

山區V型峽谷拱橋，兼顧地形與路線經濟性，一般多采用上承式拱橋，同時為節省工期和降低結構自重，拱肋采用鋼管混凝土拱。本橋矢跨比受拱座位置控制，因大樁號側地形陡峭，拱座需設置于距離陡壁岸邊15～20 m處，故計算跨徑為280～300 m較合適，拱上建筑最大墩高60 m，小樁號側拱座位置施工條件略差，修建施工便道會對環境造成一定的影響。最終，拱橋方案跨徑整體布置為40 m T梁+11×27.6 m上承式鋼管混凝土拱+5×40 m T梁。

主拱計算跨徑280 m，采用懸鏈線拱軸線，矢高56 m，矢跨比f=1/5，拱軸系數m=1.5，拱腳固結；從減小拱肋主弦桿直徑、增加橫向剛度、減小雙幅橋之間的橫聯長度等各方面綜合考慮，經研究確定拱肋采用六肢格構式斷面；主拱高從拱頂5 m變化到拱腳9 m；橫橋向六片拱肋平行布設，間距5 m，肋間設置橫聯和斜撐；上、下弦拱肋均采用變厚度鋼管，鋼管直徑1 000 mm，壁厚根據受力分別為28 mm、30 mm和32 mm；鋼管內灌注C60高強低膨脹混凝土；鋼管拱肋的對接接頭采用內法蘭盤栓接、管外焊接的形式進行連接；腹桿采用鋼箱和開口工字鋼斷面，與主管均采用節點板栓接，減少拱肋安裝過程中的焊接工作量。

為防止失穩且節省材料，拱上立柱采用鋼排架，矩形薄壁截面，橫橋向分別立于鋼管拱肋上，柱間采用橫撐連接。根據立柱的高度，采用1 400×750 mm和1 800×750 mm兩種截面；立柱帽梁采用矩形變截面鋼帽梁，頂底板厚20 mm，腹板厚16 mm。

兩岸拱座均采用分離式鋼筋混凝土結構，基底呈臺階狀，拱座橫橋向寬度17 m。拱座與拱腳結合處6.5 m范圍內采用C40混凝土，其余部位采用C30混凝土。

主梁采用工字型鋼混組合梁，單跨27.6 m。單幅橋橫向共6道鋼縱梁，橫向間距2.88 m，梁高1.9 m，腹板厚16 mm；上翼板寬400～600 mm，厚16 mm；下翼板寬650～1 060 mm，厚24～30 mm；橫向每兩片工字型鋼縱梁組成一榀吊裝結構，兩榀間采用鋼橫梁連接。鋼縱梁縱向通過高強螺栓拼接形成連續結構。橋面板懸臂長1.075 m，板厚23～28 cm，采用C55混凝土分塊預制。

3.2 鋼桁梁懸索橋

大橋大樁號側陡壁以上地形較平緩，有利于設置主塔，小樁號側地勢較高，也有利于采用明挖重力式錨碇，故采用單跨386 m懸索橋跨越V型峽谷，全橋跨徑布置為386 m鋼桁梁懸索橋+4×40 m T梁。同時，考慮到節段鋼箱梁現場運輸困難，故主梁采用鋼桁梁，橋面系采用造價經濟和有利于結構抗風的混凝土橋面板。

主桁架采用單斜式桁架結構，全寬18.75 m，2片主桁中心間距9.025 m，桁高6 m，標準節間長度6 m；每2個節間設橫向桁架，桁架上弦桿適應橋面橫坡的要求，按2%的坡度變高；下平聯采用K形體系；主桁架和橫向桁架上、下弦桿采用箱形截面，豎、斜腹桿及下平聯均采用工字型截面。

橋面系采用工字型鋼混組合梁，避免鋼梁橋面鋪裝耐久性較低、正交異性板疲勞開裂等問題。單幅橋橫向共9道鋼縱梁，橫向間距2 m，梁高660 mm，腹板厚10 mm；上翼板寬380 mm，厚12 mm；下翼板寬300 mm，厚12 mm；鋼縱梁縱向通過高強螺栓拼接形成連續結構。橋面板采用C50混凝土分塊預制。

大橋采用兩根平行主纜，主纜垂跨比1/10，中心距18.05 m。主纜采用預制平行鋼絲索股(PPWS)法制作，索股在工廠單束預制成型；每根主纜有索股91根，每根索股由91絲抗拉強度為1 770 MPa的鍍鋅鋁合金高強鋼絲組成。

全橋采用31對吊索，每個吊點布置兩根，吊索縱向標準間距12 m，端吊索距橋臺背墻14 m；吊索由61根φ5 mm鍍鋅高強平行鋼絲組成，與索夾和鋼桁梁均采用銷接式連接。

主索鞍和散索鞍為鑄焊組合型式，前者采用肋傳力結構，后者采用擺軸式結構。

主塔采用門形橋塔，塔高116 m，因左右設計線間距15 m，故中間塔柱于下橫梁處以下合并；塔柱為單箱單室箱形斷面，塔頂/底橫橋向寬4/4 m，塔頂/底順橋向寬7/9.3 m，中、上塔柱壁厚0.8 m，下塔柱壁厚1.2 m；上、下橫梁采用箱形截面，尺寸均為7 m×6 m，壁厚0.9 m。

小樁號側采用明挖重力式錨碇，大樁號側采用隧道錨碇。

3.3 方案比選

依據路線及橋位地形等條件，對各種適用橋型進行初步設計比選如表1所示。

表1 阿志河特大橋方案比選表

以上方案技術和施工均可行，經綜合考慮，本橋初步設計推薦經濟性較好、造型宏偉、環境協調性好的上承式鋼管混凝土拱橋方案。

4 結 語

山區V型峽谷地形橋梁設計方案應綜合考慮地質、施工運輸、環境保護和協調性、路線總體和工程造價等多方面因素，比選出有利于施工和結構抗風穩定，高跨設計比例協調和全壽命周期維護成本低的結構形式。針對本橋典型的山區V型峽谷，初步設計推薦采用280 m上承式鋼管混凝土拱橋方案，這在國內屬中等跨徑結構，工程條件適應性強，經濟性較好。