阿志河特大桥初步设计方案研究

詹 航，聂尚杰，杨美云

(1.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056；2.广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

1 概 述

阿志河特大桥位处构造剥蚀、侵蚀低中山地貌；地形起伏较大，地面高程在700～1 500 m；地表坡度多为35°～70°，呈局部直立或上凸下凹的形态；基岩为深灰、黑灰色中厚层夹薄层和厚层灰岩，上部有时夹白云岩，下部泥质增多，时呈泥质灰岩或泥灰岩。上覆碎石土、粘土，厚约1～3 m。

本区域属亚热带季风温暖湿润气候，年均气温14.5 ℃，极端最高气温34.1 ℃，极端最低气温-5.6 ℃；5.2 ℃年均日照1 252.4 h。

桥面距离河谷底约280 m，具有典型山区峡谷特征，不具备水运施工条件，大节段结构陆地施工运输条件不便。

2 主要技术标准

(1)公路等级：高速公路双向六车道；(2)设计速度：100 km/h；(3)汽车荷载标准：公路-Ⅰ级；(4)桥梁结构设计基准期：100年；(5)桥宽：分离式路基2×16.55 m；(6)设计风速：22.9 m/s；(7)地震烈度：地震加速度0.1 g，设防烈度Ⅶ度。

3 桥型设计方案

阿志河特大桥受地形限制，大桩号侧因地表坡度70°而无法立墩，若采用梁桥跨越峡谷则需主跨L≥220 m，结构后期存在开裂、下挠等风险；其次，斜拉桥方案需在小桩号侧51°陡峭的坡面布置过渡墩，也存在开挖岸坡失稳的风险，故初步设计以上承式钢管混凝土拱桥和钢桁梁悬索桥方案进行研究比选。

3.1 上承式钢管混凝土拱桥

山区V型峡谷拱桥，兼顾地形与路线经济性，一般多采用上承式拱桥，同时为节省工期和降低结构自重，拱肋采用钢管混凝土拱。本桥矢跨比受拱座位置控制，因大桩号侧地形陡峭，拱座需设置于距离陡壁岸边15～20 m处，故计算跨径为280～300 m较合适，拱上建筑最大墩高60 m，小桩号侧拱座位置施工条件略差，修建施工便道会对环境造成一定的影响。最终，拱桥方案跨径整体布置为40 m T梁+11×27.6 m上承式钢管混凝土拱+5×40 m T梁。

主拱计算跨径280 m，采用悬链线拱轴线，矢高56 m，矢跨比f=1/5，拱轴系数m=1.5，拱脚固结；从减小拱肋主弦杆直径、增加横向刚度、减小双幅桥之间的横联长度等各方面综合考虑，经研究确定拱肋采用六肢格构式断面；主拱高从拱顶5 m变化到拱脚9 m；横桥向六片拱肋平行布设，间距5 m，肋间设置横联和斜撑；上、下弦拱肋均采用变厚度钢管，钢管直径1 000 mm，壁厚根据受力分别为28 mm、30 mm和32 mm；钢管内灌注C60高强低膨胀混凝土；钢管拱肋的对接接头采用内法兰盘栓接、管外焊接的形式进行连接；腹杆采用钢箱和开口工字钢断面，与主管均采用节点板栓接，减少拱肋安装过程中的焊接工作量。

为防止失稳且节省材料，拱上立柱采用钢排架，矩形薄壁截面，横桥向分别立于钢管拱肋上，柱间采用横撑连接。根据立柱的高度，采用1 400×750 mm和1 800×750 mm两种截面；立柱帽梁采用矩形变截面钢帽梁，顶底板厚20 mm，腹板厚16 mm。

两岸拱座均采用分离式钢筋混凝土结构，基底呈台阶状，拱座横桥向宽度17 m。拱座与拱脚结合处6.5 m范围内采用C40混凝土，其余部位采用C30混凝土。

主梁采用工字型钢混组合梁，单跨27.6 m。单幅桥横向共6道钢纵梁，横向间距2.88 m，梁高1.9 m，腹板厚16 mm；上翼板宽400～600 mm，厚16 mm；下翼板宽650～1 060 mm，厚24～30 mm；横向每两片工字型钢纵梁组成一榀吊装结构，两榀间采用钢横梁连接。钢纵梁纵向通过高强螺栓拼接形成连续结构。桥面板悬臂长1.075 m，板厚23～28 cm，采用C55混凝土分块预制。

3.2 钢桁梁悬索桥

大桥大桩号侧陡壁以上地形较平缓，有利于设置主塔，小桩号侧地势较高，也有利于采用明挖重力式锚碇，故采用单跨386 m悬索桥跨越V型峡谷，全桥跨径布置为386 m钢桁梁悬索桥+4×40 m T梁。同时，考虑到节段钢箱梁现场运输困难，故主梁采用钢桁梁，桥面系采用造价经济和有利于结构抗风的混凝土桥面板。

主桁架采用单斜式桁架结构，全宽18.75 m，2片主桁中心间距9.025 m，桁高6 m，标准节间长度6 m；每2个节间设横向桁架，桁架上弦杆适应桥面横坡的要求，按2%的坡度变高；下平联采用K形体系；主桁架和横向桁架上、下弦杆采用箱形截面，竖、斜腹杆及下平联均采用工字型截面。

桥面系采用工字型钢混组合梁，避免钢梁桥面铺装耐久性较低、正交异性板疲劳开裂等问题。单幅桥横向共9道钢纵梁，横向间距2 m，梁高660 mm，腹板厚10 mm；上翼板宽380 mm，厚12 mm；下翼板宽300 mm，厚12 mm；钢纵梁纵向通过高强螺栓拼接形成连续结构。桥面板采用C50混凝土分块预制。

大桥采用两根平行主缆，主缆垂跨比1/10，中心距18.05 m。主缆采用预制平行钢丝索股(PPWS)法制作，索股在工厂单束预制成型；每根主缆有索股91根，每根索股由91丝抗拉强度为1 770 MPa的镀锌铝合金高强钢丝组成。

全桥采用31对吊索，每个吊点布置两根，吊索纵向标准间距12 m，端吊索距桥台背墙14 m；吊索由61根φ5 mm镀锌高强平行钢丝组成，与索夹和钢桁梁均采用销接式连接。

主索鞍和散索鞍为铸焊组合型式，前者采用肋传力结构，后者采用摆轴式结构。

主塔采用门形桥塔，塔高116 m，因左右设计线间距15 m，故中间塔柱于下横梁处以下合并；塔柱为单箱单室箱形断面，塔顶/底横桥向宽4/4 m，塔顶/底顺桥向宽7/9.3 m，中、上塔柱壁厚0.8 m，下塔柱壁厚1.2 m；上、下横梁采用箱形截面，尺寸均为7 m×6 m，壁厚0.9 m。

小桩号侧采用明挖重力式锚碇，大桩号侧采用隧道锚碇。

3.3 方案比选

依据路线及桥位地形等条件，对各种适用桥型进行初步设计比选如表1所示。

表1 阿志河特大桥方案比选表

以上方案技术和施工均可行，经综合考虑，本桥初步设计推荐经济性较好、造型宏伟、环境协调性好的上承式钢管混凝土拱桥方案。

4 结 语

山区V型峡谷地形桥梁设计方案应综合考虑地质、施工运输、环境保护和协调性、路线总体和工程造价等多方面因素，比选出有利于施工和结构抗风稳定，高跨设计比例协调和全寿命周期维护成本低的结构形式。针对本桥典型的山区V型峡谷，初步设计推荐采用280 m上承式钢管混凝土拱桥方案，这在国内属中等跨径结构，工程条件适应性强，经济性较好。