苏村坝大渡河大桥设计

田波

（四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川 成都 610041）

苏村坝大渡河大桥设计

田波

（四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川 成都 610041）

苏村坝大渡河大桥为雅安至泸沽高速公路跨大渡河的特大桥梁。针对该桥的地形、地质、水文、施工等技术条件，介绍了主桥高低塔混凝土斜拉桥总体设计及其关键结构设计。

高低塔斜拉桥；总体设计；关键结构设计

1　概述

苏村坝大渡河大桥为雅安至泸沽高速公路跨大渡河的特大桥梁。大桥桥位位于石棉县苏村坝，瀑布沟电站库区，属大渡河中游段，见图1。桥位处谷深坡陡，地形切割强烈，高差急剧变化，相对高差大。起点（雅安岸）为大渡河淤积岸，淤积层呈阶梯状布置；止点（泸沽岸）为冲刷岸，岩体出露，坡面陡峭，向河心倾角大于60°。桥轴线与河流流向方向斜交，交角67°。大渡河主河床位于泸沽岸侧，落差较大，流速快。

图1　高低塔斜拉桥实景图

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001，1：400万）和四川省地震局工程地震研究所最新成果资料，桥位区50 a超越概率10%的烈度值为7.8度，即Ⅷ度地震烈度，地震动峰值加速度为0.20 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，设计地震分组为第1组。

桥梁主跨基本位于直线段上，主梁整幅设计标准宽度27.5 m。桥梁纵坡为1.5%的单向坡设计。路线跨越大渡河后与徐店子隧道洞口直接连接。

本文主要介绍高低塔混凝土主梁斜拉桥总体设计及其关键结构设计情况。

2　主要技术标准

该桥按高速公路双向四车道设计，设计车速80 km/h，桥宽24.5 m，设计荷载等级：公路—Ⅰ级，地震基本烈度为Ⅷ级，设计洪水频率：1/300，库区规划航道Ⅴ级通航标准（双向航宽×高：92 m× 8 m），库区蓄水后正常水位：850.5 m，设计基准风速：24.6 m/s。

3　自然条件

多年平均气温 16.9℃～18.0℃，最高气温40.30℃，最低气温-3.30℃。年平均相对湿度68%，瞬时最大风速15.3 m/s。

桥位处设计流量Q0.3%=11 800（m3/s），设计流速V0.3%=7.2（m/s）。库区形成前施工水位为806.9 m，施工流速V=3.0（m/s）。

工程地质调查测绘和钻探揭露，桥位区出露地层主要有：第四系全新统冲积层（Q4al）、冲洪积层（Q4-1al+pl、Q4-2al+pl）、第三系至第四系昔格达组（NQX）、三迭系上统白果湾组（T3bg）、震旦系下统开建桥组、苏雄组（Zas-k）。

4　桥型构思及孔跨的布设

根据桥区地形、地质、运输条件、水文条件，特别是石棉岸地形陡竣，山势险要，河水水深、流速大，路线在此处隧道通过，见图2。初步设计时提出了岩锚斜拉桥、高低塔斜拉桥、不对称连续刚构桥三种桥型方案进行比选。

根据最终的地质钻孔资料，岩锚处地质为粉砂岩或泥质粉砂岩，表层20 m内边坡强卸荷带发育，岩石破碎，裂隙发育；50 m内以多为竖向闭合裂隙，局部夹煤线，形成多段破碎；50 m以下岩体相对完整。

图2　桥位处地形地貌

由于桥位处谷深坡陡，地形切割强烈，高差急剧变化，相对高差大。大渡河为季节性河流，河水水深、流速大要求桥梁一跨过河，水中不能布设桥墩，即主跨要求跨度为220～230 m。虽然，岩锚斜拉桥方案与地形结合较好，但由于岩锚处地质条件较差，带来较大的施工难度和工程措施费用的增加。该跨度区间，由于泸沽岸山体阻挡，若布置连续刚构，只能布设不对称连续刚构桥，但其主梁为不对称结构，梁体受力复杂，施工难度大，景观效果不佳，库区形成后对通航也有一定阻碍。

根据桥位实际地质条件、综合分析桥梁结构力学行为、工程造价、施工条件、桥梁景观效果等综合因素，推荐采用高低塔斜拉桥方案为最终施工方案，见图3～图5。

图3　高低塔斜拉桥方案（单位：m）

图4　岩锚斜拉桥方案（单位：m）

图5　不对称连续刚构方案（单位：m）

采用高低塔斜拉桥方案具有以下优点:

（1）适应地形和地质条件，桥型技术成熟。

（2）两岸均设计为双纵肋混凝土主梁，受力协调、桥型经济、施工技术成熟。

（3）高低桥塔布设与周边自然景观良好协调，具有很好的景观效果和视觉效果。

根据上述特点，主桥桥跨组合采用132 m+220 m+ 67.65 m的预应力混凝土主梁高低塔斜拉桥，见图6。孔跨布置主要考虑的因素有：

（1）高低塔两侧主梁长度分配比例为6：4，即有利于主梁内力的分配，也兼顾桥梁的景观效果。

（2）由于主跨跨度不大，斜拉桥两岸边跨均取消辅助墩，利于施工工期的控制，桥梁视觉效果更具通透性。

（3）高塔两侧主梁对称布置，方便主梁的挂蓝悬臂浇筑；低塔泸沽岸边跨充分考虑隧道洞口的开挖和洞口防护、路基工程的实施操作空间。

5　关键结构设计

5.1主梁

主梁为预应力混凝土双纵肋，肋中心高为250 cm，肋顶宽150 cm，肋底宽175 cm。为了改善主梁的纵向受力，双纵肋间设两道小纵梁，梁高80 cm，梁宽50 cm。双纵肋顶板厚为28 cm，桥面设2.0%的横坡和1.5%的单向纵坡，标准桥面全宽27.5 m，见图7。

主梁标准块件每节段长6 m，节段内设一道28 cm厚的横隔板，以加强两边纵肋横向刚度。主塔处设竖向支座、横向限位装置，纵向限位装置。全桥设一个跨中合龙段，长度为2 m。

主梁、主梁横隔板均采用C55混凝土。主梁纵向预应力钢束设置了梁肋顶板束、梁肋上缘束、梁肋下缘束、中跨合龙束、中跨下缘束、边跨上缘束和主梁横隔板预应力钢束，均采用Φs15.24钢绞线，采用塑料波纹管及真空压浆。

主梁梁底设检修车，主梁与索塔间竖向、横向采用支座连接，纵向设阻尼器约束限制纵向变位。

设计考虑采用后支点挂蓝施工主梁，挂蓝重量约150 t。

5.2索塔

索塔设计，充分考虑了桥塔的景观效果。主要对高低塔的协调性、索塔上下塔柱比例、索塔形式、横梁形式、塔柱截面形式等各方面进行了充分比选，最终选定采用“A”型桥塔，见图8。

采用的“A”型高（低）塔为空心薄壁箱型截面。上塔柱横桥向宽3.5 m，顺桥向宽5.0（4.5）～8.0（7.0）m，塔高76（51.5）m；下塔柱横桥向宽4.0～8.0（7.0）m，顺桥向宽8.0（7.0）～9.0（8.0）m，下塔柱高为40.5（46）m。索塔上横梁为实心截面，高1.5～2.5 m；索塔下横梁为箱形截面，箱高2.5～5.0（4.0）m，箱宽7.5（6.5）m，顶底板厚0.6 m，腹板厚1.2 m。索塔基础为承台+桩基础，桩径为250 cm。

索塔采用C50混凝土，索塔承台均采用C30混凝土，桩基采用C30水下混凝土。

图7　主梁标准横断面（单位：cm）

图8　“A”型索塔

索塔上塔柱斜拉索锚固区采用双排“井”型布置的预应力钢束，钢束沿塔柱竖向布置间距25cm，见图9。由于桥塔设计为“A”型塔，塔柱非斜拉索锚固区存在三向分力，为了防止塔柱开裂该区域采用单排“井”型布置的预应力钢束，钢束沿塔柱竖向布置间距180 cm，见图10。钢束均采用48ΦP5高强钢丝、DM5A-48墩头锚具和SBG塑料波纹管，真空辅助灌浆法施工。

图9　锚固区预应力钢束

图10　非锚固区预应力钢束

采用“井”字型布束的主要优点有：预应力钢束损失较小，塔柱箱形薄壁转角处无应力盲区，预应力钢束施工简单，并方便在施工中对钢束进行位置调整。

5.3斜拉索

斜拉索采用Φ7低松弛高强镀锌钢丝，钢丝标准强度1 670 MPa，弹性模量不小于1.95×105MPa；护套采用高密黑色和彩色双层聚乙稀。锚具采用与斜拉索型号相匹配的冷铸墩头锚，塔端为张拉端，梁端为固定端；主梁拉索索距标准间距6.0 m。

斜拉索在索塔上的竖向分力由塔柱承担、纵向分力主要由两侧斜拉索自平衡、横向分力由索塔上下横梁平衡、锚固区局部应力由“井”字型钢束和索塔内壁钢垫板传递。

斜拉索在主梁上的内力由主纵肋、小纵肋及主梁横隔板传递分配给主梁全截面。主纵肋、小纵肋及主梁横隔板均采用预应力结构体系，有效的解决了主梁的应力分配问题。

5.4抗震设计

本桥处于高地震烈度区，针对该特点采取了以下措施：

（1）在计算地震动响应时，考虑地震动的空间相关性；在进行地震动输入时，采用地震动的多向输入，当地震荷载水平向输入时（同时考虑竖向地震动、竖向地震动按水平地震动的1/2考虑）。

（2）为充分考虑主引桥模型在横桥向的相互耦联振动，计算模型考虑主引桥相互联系。并选用P1（50 a10%）和P2（50 a5%）两水准进行地震响应分析。

（3）结构验算，在以上两种设防条件下，桩、墩及主梁等构件地震内力及位移均满足强度、位移验算要求。在配筋设计时，根据桥墩、桥塔弯矩包络图进行分段配筋设计，节约工程造价。

（4）针对本桥主梁纵向采用漂浮体系，地震力作用下位移响应大的特点，桥梁纵向限位采用液粘滞阻尼器，横向限位采用采用横向限位块，见图11。

图11　纵向限位阻尼器

6　施工方案

索塔推荐采用翻模法或滑模法施工。主梁根据结构特点，在索塔下横梁上安装临时支架现浇主梁0号块节段。悬浇段节段施工步骤为组拼挂篮，对称悬臂浇筑主梁节段，张拉预应力钢束，初张斜拉索，再移动挂篮，如此反复，直至合龙。交界墩处主梁段直接采用挂蓝浇筑；泸沽岸桥台处梁段，利用隧道洞门开挖搭架现浇。斜拉索工厂化制作后运至工地安装。

7　结　语

随着高速公路向山区延伸，路线经过之处均为山岭重丘区，地形特点是重峦叠嶂，延绵起伏，溪沟纵横，立体地貌突出，高低错落，多以大跨高墩桥梁和隧道通过。山区桥梁所在地形、地质条件复杂，地震烈度较高，气候条件恶劣，建设运输条件差。同时山区自然生态脆弱，环保要求高，特别是陡坡地段和顺坡地段墩台开挖易诱发地质灾害。

结合山区桥梁上的设计经验，进一步系统总结完善相关技术，因地制宜地选择适宜的桥型方案并注重桥梁的景观效果和对周边环境的保护，对改进桥梁设计理念，提倡桥梁创新设计意识，确保结构耐久性是十分必要的。

U448.27

B

1009-7716（2016）01-0064-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.019

2015-09-11

田波（1974-），男，重庆万州人，高级工程师，从事桥梁工程设计及研究工作。