人行悬索桥在阿尔塔什水利枢纽工程中的运用

惠 康

(新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 概述

阿尔塔什水利枢纽工程正常蓄水后淹没库斯拉甫乡麦孜盖牧场出行道路，本文为恢复库斯拉甫乡麦孜盖牧场(0.4万hm2)交通出行的功能，拟通过修建人行悬索桥，跨越叶尔羌河，恢复连接牧场道路(命名为麦孜盖牧道桥)。麦孜盖牧场原交通牧道位于冲沟底部，顺地形起伏；库区淹没后，为满足库斯拉甫乡叶尔羌河对岸的麦孜盖牧场出行道路，需架一座悬索桥，跨越叶尔羌河[1-2]。

该桥梁采用悬索桥结构体系进行设计。柔性人行悬索桥具有桥面系构造简单、耗钢量低、桥梁架设和维护方便、桥形美观以及造价低等优点，能够充分发挥高强钢丝绳抗拉强度大的特点。麦孜盖牧道桥工程位于叶尔羌河中游峡谷河段上，地形、地层及构造特征为峡谷形库盘，桥梁形式为理想选择方案。

麦孜盖牧道桥左岸与阿尔塔什水利枢纽工程库周道路相接，为保证路桥衔接，桥位高程与库周道路高程一致，桥头设置平面交叉路口与库周恢复道路相接。牧道桥右岸通过2.16 km道路与原有牧道相接。根据本项目使用特点，桥梁设计以人群荷载作为设计标准。

本文以人行悬索桥为研究对象，由于其荷载小、桥宽大，受水库蓄水淹没影响较大，通过对流域上下游进行调查，结合水库回水及校核洪水位为1 823.69 m控制高程[3-4]。由于地形条件限制，拟定3个桥位方案进行综合比较，从地质及荷载标准方面，分别对3个桥位方案的布置及锚碇形式进行分析，结合工程布置、施工方案、安全性、经济性等因素对麦孜盖牧道桥的桥形方案进行了分析研究。

2 桥梁布置概况

2.1 设计技术标准

牧道桥为衔接库周恢复道路与麦孜盖牧场原有牧道，受到水库淹没水位的制约，桥位高程需避开水库淹没及回水范围的影响，纵断面设计高程避开水库淹没影响范围；牧道桥左岸受地形条件限制，为连接库周恢复道路，桥面设计高程与库周道路路面高程需保持一定的适应性。

桥梁设计技术标准如下：

① 设计使用年限：100 a；

② 桥梁结构设计基准期：100 a；

③ 桥面净空：桥面宽度1.8 m；

④ 结合水库回水及校核洪水位的控制高程：1 823.69 m；

⑤ 设计荷载：人群荷载3.5 kN/m2；

⑥ 抗震设防标准：地震基本烈度Ⅷ度。

2.2 桥位平面布置

根据桥在本工程中承担的任务和性质需要，本桥设计原则是安全、适用、经济、美观。本桥设计在总原则基础上重点突出了安全、适用、保护环境，施工简便，养护方便的理念。结构设计采用技术先进、结构合理、施工条件成熟、经济、美观的常规结构。桥在布设孔径及位置时主要依据水文计算，经济、施工和养护、运行的使用状况，综合分析。项目地区自然生态环境相当脆弱，自然植被稀少，建设中应顺应自然环境，尽量避免大的开挖，路基边坡尽量放缓，尽量减少工程量和造价。

由于桥址处后期水库蓄水淹没影响范围大，河谷宽阔，水深且大，桥面高程较高，施工交通技术难度大、费用高；为探究合适的桥形桥位方案，本着适应性原则，牧道桥选择3个方案进行多角度的分析研究，桥位平面布置对比示意见图1。

图1 人行桥平面布置示意(单位：mm)

2.3 桥形布置对比

方案1初步拟定单跨两铰悬索桥，主跨跨径确定为384 m，加劲梁桥面宽为316 m。主缆矢高为32 m，主缆间距为3.0 m，吊索间距为2.0 m。根据本桥悬索桥方案主桥跨度、索塔高度、受力情况、技术经济指标等，索塔采用钢筋混凝土门形索塔，左岸索塔塔高为6 m，右岸索塔塔高为30 m，塔顶设横系梁，中部设横系梁，索塔基础采用扩大基础，悬索桥矢高为32 m，桥型布置示意见图2。

图2 方案1纵断面桥型布置示意(单位：mm)

方案1左岸桥基地质条件岸坡为45°～60°，局部近直立。岸坡基岩裸露，为石炭系石英砂岩、片岩、粉砂岩；右岸桥基位于一单薄山梁，右岸岸坡为35°～60°，局部近直立。岸坡基岩裸露，为石炭系石英砂岩、片岩、粉砂岩。

方案2属于常见规模较大的悬索桥，技术成熟，造型美观，本着技术较成熟，所有钢构件维修更换方便的原则，本方案布置单跨两铰为328 m悬索桥，左岸引桥为10 m，右岸牧道为2.16 km[5-6]。索塔为门框式混凝土结构，左岸索塔塔高为26 m，右岸索塔塔高为26 m，基础为扩大基础。悬索桥矢高为21.33 m，矢跨比为1/15，桥型布置示意见图3。

图3 方案2纵断面桥型布置示意(单位：mm)

方案2左岸桥基地质条件岸坡为30°～50°，岸坡基岩裸露，为石炭系石英砂岩、片岩、粉砂岩，产状70°～80°NW∠45°～70°，为坚硬岩、中硬岩，顺层结构面发育。右岸桥基地质条件岸坡为50°～70°，局部近直立。岸坡基岩裸露，为石炭系石英砂岩、片岩、粉砂岩。

方案3根据桥位地形条件，本着尽量减少主跨跨径以节约投资，减小施工难度的原则，主跨跨径确定为388 m，加劲梁桥面宽为344 m。本方案布置单跨两铰为388 m悬索桥，左岸引桥为5 m，右岸牧道为2.16 km。索塔为门框式混凝土结构，左岸索塔塔高为7.8 m，右岸索塔塔高为3.9 m，基础为扩大基础。悬索桥矢高为25.867 m，矢跨比为1/15，桥型布置示意见图4。

图4 方案3纵断面桥型布置示意(单位：mm)

方案3左岸岸坡地质条件为为石炭系石英砂岩、片岩、粉砂岩；右岸岸坡为50°～70°，局部近直立。右岸岸坡基岩裸露，为石炭系石英砂岩、片岩、粉砂岩。

2.4 横断面布置

人行桥桥面系由横梁、纵梁、桥面板组成，采用焊接拼装联结。纵梁、风构均与横梁焊接。纵梁顶板间采用连续焊接。花纹钢板纵向接头须在板端倒角，形成V形焊缝，做多次施焊。桥面板采用8 mm厚花纹钢板，横梁采用工字钢Q345C，I20b，纵梁采用工字钢Q235C，I14；风构采用Q235C，∟75×8；桥面系标准横断示意见图5。

图5 人行桥横断面布置示意(单位：mm)

3 对比及分析

3.1 锚碇分析

根据《公路悬索桥设计规范》(JTG/TD 65-05-2015)8.1.1，锚碇形式的选择应根据地形、地质、水文、主缆力、施工条件、经济性等选择锚体及基础形式。

重力式锚碇适应性较强，传力机理简单，主要通过锚碇自身重力和地基摩擦力承担主缆缆力。隧道式锚碇锚塞体可充分发挥围岩的承载能力，并通过锚塞体自重和围岩共同承担主缆拉力，节约材料、经济性好，对地形地貌和周围环境破坏小[7-10]。

结合各方案左右岸地形地质情况，以锚碇形式适应性设计期具体形式后，方案1左岸采用重力式锚碇，右岸采用重力式锚碇；方案2两岸均采用重力式锚碇。

根据方案3两方案地形地质条件，考虑其施工条件，为充分利用现有地形地质条件，方案3左岸采用隧道式锚碇；右岸方案选用重力式锚碇与隧道式锚碇进行比选分析，从经济性方面考虑采用重力式锚碇。

3.2 方案对比分析

为合理选择桥梁布置形式及跨径，多方面综合考虑其经济合理性，结合主缆选形、锚碇形式、索塔布置、技术成熟度、施工难度及工期等对各方案进行比较。

以锚碇布置形式，结合施工难度及成熟度方面对比，重力式锚碇属于常规，运用较广，技术成熟的形式，技术成熟度较高，施工难度较小；隧道式锚碇施工技术要求较高，施工难度大，设计技术问题较多。从锚碇形式及施工方面考虑，结合阿尔塔什水利枢纽工程沿线地形地质交通条件，方案2施工难度较小，方案较优，方案综合对比见表1。

表1 方案对比

根据方案对比可知：方案2跨径最小，属于常规桥梁，运用范围大；从经济性角度分析，经测算各方案投资对比，方案2投资最省；根据施工工期对比，方案2工期最短，结合考虑阿尔塔什水利枢纽工程下闸蓄水要求综合对比，方案2更适用于本工程项目，因此，推荐左右岸均采用重力式锚碇，跨径为328 m方案为人行桥推荐方案。

4 结语

本文以阿尔塔什水利枢纽工程库斯拉甫乡麦孜盖牧场的交通出行人行桥为研究对象，为探究该桥梁的布置合理性，根据其使用功能分析，结合地形地质条件，分别布置了3种方案进行综合对比。结合方案布置、锚碇形式、施工难度、施工工期等多方面综合对比，得出该桥采用328 m跨径为最优方案，该施工难度较小，经济性较优，跨径较小，工期较短，适用于本工程。本文研究成果为阿尔塔什水利枢纽工程下闸蓄水前移民专线恢复工程提供了理论依据。