大东金沙江大桥设计方案

刘翠红LIU Cui-hong；李键LI Jian；刘斌LIU Bin；俞平桥YU Ping-qiao；李杰LI Jie；袁少洋YUAN Shao-yang

（①云南省交通规划设计研究院有限公司，昆明 650011；②云南交通咨询有限公司，昆明 650031）

1 项目概述

丽江古城至宁蒗高速公路是云南省“十三五”及中长期公路规划中丽江～宁蒗～西昌中的一段，项目的建成将对当地居民的出行带来很大的便利，对促进当地旅游业、加快经济发展有着十分积极的意义。

大东金沙江大桥是丽江古城至宁蒗高速公路工程的控制性工程，跨越金沙江，桥轴与金沙江交角约79°，其中古城岸（后退岸）自然地形坡度约41°，宁蒗岸（前进岸）坡度约32°，桥位标高至江面约590m。桥位处河谷宽约2080m，桥面至江面约590m。桥型方案的制约因素主要为两岸地质条件、经济性、施工便利性、景观环保等。根据桥位处的地质、地形、地貌特点，并结合制约因素，将大桥主桥布置为1520m双塔单跨钢桁梁悬索桥，两岸引桥采用组合梁桥。（图1）

图1 总体布置图

2 建设条件

①地形地貌。桥址区主要是受金沙江控制的中高山-狭谷地貌。②气象水文。桥址区属低纬暖温带高原山地季风气候，气候的干湿季节分明、垂直变化差异明显。大东金沙江大桥走廊范围内河流属金沙江水系。③工程地质。两岸岩性主要为二叠系上统峨眉山玄武岩组杏仁状、致密状、凝灰质、角砾状、斑状玄武岩夹灰岩扁豆体，岸坡稳定。

3 主要技术标准

①道路等级：高速公路；②行车道数：双向四车道；③计算行车速度：80 公里/小时；④设计荷载：公路-I 级；⑤主桥宽度：31.0m；⑥桥面横坡：2.0%；⑦设计洪水频率：1/300；⑧设计风速：31.83m/s（1/100）；⑨地震基本烈度：VIII 度。E1 设计地震动峰值加速度0.34g，E2 设计地震动峰值加速度0.42g。

4 桥型方案论证

大桥跨越金沙江，两岸岸坡较陡，桥位处山高谷深。河谷呈十分开阔的“V”字形，设计高度处河谷宽约2060m。桥面至江面高差非常大，约为590m。针对这样的地形特点，大桥的主跨须采用千米级以上的大跨径一跨跨越。若采用拱桥结构形式，主桥将做成上承式拱桥且主跨跨径超过1100m，远超出拱桥的经济跨径范围及世界拱桥最大跨径。若采用斜拉桥结构形式，主跨跨径将超过1200m，超出世界斜拉桥最大跨径。而采用悬索桥结构形式，大桥的主跨跨径将控制在1500m 附近，其安全性和经济性都具有很大的优势。因此本桥主桥方案推荐为1520m 双塔单跨钢桁梁悬索桥。

5 主桥结构设计

5.1 索塔

索塔采用门形框架结构，索塔整体造型以及各部分的断面形式考虑了受力、风阻系数以及景观方面的要求，同时尽可能便于施工。两岸桥塔构造完全一致，古城岸索塔总高度为261m，宁蒗岸索塔总高度为291m。塔柱均采用D 形薄壁空心断面，古城岸索塔：顺桥向9～14.381m，横桥向6～10.485m；宁蒗岸索塔：顺桥向9～15m，横桥向6～11m。上塔柱壁厚1.0m，下塔柱壁厚1.2m。塔柱在横梁位置处设加厚段，塔底设实心段。在塔柱横桥向设置通气孔，塔顶、上下横梁、塔柱的加劲梁侧设有人孔互通，塔柱内设有电梯、爬梯，以便于施工及检修。上下横梁为箱形预应力混凝土结构，上横梁截面为8×8m，壁厚1m，下横梁截面10×9m，壁厚1m。上下横梁布置预应力钢绞线。单个索塔采用32根D2.8m 的钻孔灌注桩基础，承台为梯台状，高度8m；古城岸单个塔柱底的承台间设置系梁。（图2）

图2 桥塔布置图

5.2 加劲梁

悬索桥加劲梁一般有钢桁架加劲梁和钢箱梁加劲梁两种。钢箱加劲梁对运输和吊装条件要求较高，适用于运输条件好的地方，钢桁加劲梁为散件组拼，对运输和吊装要求低，适用于运输条件困难的地方。本桥位位于丽江古城区大东乡，桥位处地势陡峭，岩层破碎，运输条件较差，故选用满足当地建设条件的钢桁梁加劲梁方案以满足当地建设条件。（图3）

图3 主梁标准横断面

本桥上部结构为主跨1520m 的单跨双铰板桁结合式钢桁梁悬索桥。主桁架采用带竖腹杆的华伦式结构，桁高9.5m，标准节间长10.8m，靠近桥塔两岸端部各有两个11.8m 长梁段，具体布置为（2×11.8m+136×10.8m+2×11.8m）。两片主桁架弦杆，中心间距31.0m。标准梁段含桥面板最大吊装重量为193.2t。

钢桁梁包含钢桁架和正交异性钢桥面板两部分，板桁结合。正交异性钢桥面板与钢桁架通过焊接方式组成整体，共同抵抗各工况荷载效应。钢桁架包含主桁架、横桁架和下平联。主桁架由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成。横桁架由上横梁、下横梁、外斜腹杆、内斜腹杆和竖腹杆组成。

5.3 缆索体系设计

主缆矢跨比是悬索桥的重要设计参数，经综合比较，本桥主缆采用1/10 的矢跨比进行设计。全桥共设两根主缆，主缆采用预制平行钢丝索股（PPWS）。每根主缆中，从古宁岸锚碇到古城岸锚碇的通长索股有212 股，无背索。每根索股由127 根直径为5.25mm、公称抗拉强度为1960 MPa 的高强度镀锌钢丝组成。主缆在架设时竖向排列成近似尖顶的正六边形，紧缆后主缆为圆形。索夹内直径为951mm，索夹外直径为963mm。

本桥采用钢丝绳吊索，每一吊点设2 根吊索。吊索与索夹为骑跨式连接，吊索与加劲梁为销铰式连接。吊索钢丝绳公称直径为φ54mm，公称抗拉强度为1770MPa。吊索上每20m 设置一个减震架，以减少吊索的风致振动。为了减小缆梁位移差，提高上部结构纵向刚度，在跨中设置三对中央扣斜拉索，斜拉索与吊索同规格。

大桥中跨设置吊索，中跨索夹水平间距为10.8m，边跨索夹的水平间距为14.8m。吊索与索夹为骑跨式连接，每个吊点设2 根吊索。索夹均采用左右对合的结构形式，用螺杆相连并夹紧于主缆上，接缝处嵌填橡胶防水条防水。中央扣索夹设计壁厚为40mm，其余各索夹的设计壁厚均为35mm。全桥的索夹分为7 种类型，其中有吊索索夹5 种，无吊索索夹2 种。

主索鞍鞍体采用铸焊组合结构，鞍槽、纵肋、横肋和底板用铸钢铸造，侧板由钢板焊成。鞍体下设不锈钢板-聚四氟乙烯板滑动副，以适应施工中的相对移动。散索鞍鞍体采用铸焊结合的结构方案。鞍槽用铸钢铸造，鞍体由钢板焊成。

5.4 锚碇设计

隧道式锚碇根植于基岩，可充分发挥岩石岩性，是山区悬索桥锚碇的首选形式。由于两岸锚碇区持力层地质较好，具备实施隧道锚的条件，因此推荐环保性和经济性较好的隧道锚方案。

古城岸锚碇结构分为锚塞体、散索鞍基础、前锚室、后锚室四部分。锚塞体主要承受锚固系统传递的主缆索股拉力；散索鞍基础主要承受由散索鞍传递的主缆压力；前锚室指前锚面到洞门间的部分，为封闭空间，内设除湿系统，对主缆索股起保护作用；后锚室指后锚面之后的空间。前锚室洞口尺寸为11.6m×10.0m（宽×高），顶部为圆弧形，圆弧半径5.8m。前锚面尺寸为11.6m×15.2m（宽×高），顶部为圆弧形，圆弧半径5.8，后锚面尺寸为17m×24m（宽×高），顶部圆弧半径为8.5m，锚塞体长度为50m。后锚室端部尺寸为17m×21.3m（宽×高），长3m。散索鞍基础采用扩大基础。宁蒗岸锚碇比古城岸增加了缆洞，散索鞍基础采用桩基础。

5.5 锚固系统设计

目前，主缆常用的锚固体系有钢支架体系及预应力体系两种。为了减小隧道锚规模，本桥优选预应力体系。预应力锚固体系主要分为预应力钢绞线体系和预应力钢拉杆体系。

预应力钢绞线锚固体系，即主缆丝股与锚体前面的钢制拉杆相连，拉杆通过连接平板、连接套筒预应力钢绞线锚固在锚体上。拉杆采用40Cr 钢，螺母、垫圈采用40Cr钢，连接平板和连接套筒采用优质碳素结构钢（锻钢）。锚固系统采用双股锚和单股锚相结合，与主缆索股等强设计。

预应力钢拉杆体系即将单体截面较小的预应力钢绞线替换为40CrNiMo 合金拉杆，以增大的截面换取防腐耐久性。高强钢拉杆锚固系统在型钢锚固系统的基础上发展而来，由两个子系统组成：一是索股锚固系统，二是钢拉杆系统，两子系统通过联接器结为统一整体，主缆索股拉力通过联接器平板转换为钢拉杆拉力，钢拉杆拉力通过钢垫板直接传给锚块混凝土。索股锚固系统由连接拉杆组件、连接器平板组成；索股锚固连接构造分为单索股锚固单元和双索股锚固单元，单索股锚固单元由2根连接拉杆和单索股联接器平板构成，双索股锚固单元由4 根连接拉杆和双索股联接器平板构成。钢拉杆系统由锚固钢拉杆、后端锚固承压螺母、前端转换螺母等构成；锚固钢拉杆采用表面发蓝+孔道灌注纯水泥浆的防腐体系。经过综合比较，由于预应力钢绞线锚固体系便于本桥位施工场地受限的隧道锚施工，因而采用预应力钢绞线锚固体系。锚固系统采用环氧喷涂钢绞线，锚固拉杆采用40CrNiMo，螺母、垫圈均采用40Cr，球面垫圈、内球面垫圈采用40Cr，锚固连接器采用45 号锻钢，预应力管道定位支架采用Q235 型钢。

6 引桥结构设计

古城岸引桥上部结构采用（65+3×70+65）m 钢混组合梁，后退岸接桥台，前进岸接主桥伸缩缝，单幅桥梁宽度12.55m。宁蒗岸引桥上部结构采用（60+65+60）m 钢混组合梁，后退岸接主桥伸缩缝，前进岸接桥台，单幅桥梁宽度12.55m。

单幅桥跨设置2 根主梁，端支点设置实腹式端横梁，中支点位置设置实腹式中横梁，跨间每隔5m 设置1 道箱内横撑和箱间横联，箱间横联和箱内横撑均为空腹式桁架结构。本桥钢纵梁采用槽型断面，钢梁底板及上翼缘水平，腹板外倾，为适应桥面横坡。腹板厚度14mm 沿跨径通长不变，腹板设置三道水平加劲肋，加劲肋沿跨径通长布置，竖向加劲肋标准间距2.5m，两端加密。上翼缘宽500～800mm，板厚20mm、40mm，底板板宽2400mm，板厚32mm、16mm，底板设置三道纵向板式加劲肋，加劲肋沿跨径通长布置，加劲肋尺寸随底板厚度变化，底板设置T 型横向加劲肋，标准间距2.5m，近中支点区域加密。中支点两侧各5m 范围内钢结构底板铺设40cm 厚混凝土，底板混凝土应在钢结构架设完成后，桥面板施工前铺设。

下部结构桥墩采用变截面空心方形薄壁墩、变截面实心方形墩，下设承台及群桩基础。两岸桥台为重力台。

7 结语

大东金沙江大桥为高海拔、高地震烈度、山区超大跨径桥梁。大桥建成后，将成为世界上山区最大跨径悬索桥。本桥的初步设计方案可为同类型山区大跨径桥梁的设计提供借鉴和参考。