云台通江河特大桥总体设计

何锋 蒋建军

[摘  要]：云台通江河特大桥是镇巴至广安高速公路通江至广安段控制性工程，桥位处为通河特有鱼类国家级水产种质资源保护区核心区，主桥采用净跨径380 m上承式钢筋混凝土拱桥一跨过江。该桥按双向四车道高速公路桥设计，左幅增设净宽6.5 m双车道农村公路。通过介绍该桥的总体设计、结构设计及施工方案，为类似工程提供借鉴。

[关键词]：拱桥; 结构设计; 劲性骨架

U442.5+4A

1 工程概况

1.1 项目概况

镇巴至广安高速公路通江至广安段是镇巴至广安至重庆高速公路的重要组成路段，路线纵贯川陕两省，向北通过巴中与陕西相连，形成北向出川大通道，向南通过广安实现联系重庆，进而连接广西，形成南向出海大通道。云台通江河特大桥位于平昌县云台镇，为跨越通江河而设，是镇广高速通江至广安段控制性工程。大桥按双向四车道高速公路桥设计，左幅增设净宽6.5 m双车道农村公路，设计荷载为公路-Ⅰ级。

1.2 自然地理概况

（1）地形、地貌。场区地貌为剥蚀侵蚀低山地貌，附近山岭标高556～701 m，桥位处通江河河道标高309～319 m，切割深度小于500 m。桥址区通江河河道整体较顺直，河谷两岸为山峦叠嶂、植被茂密的低山，并呈台阶状宽台与陡崖交替的地形特征，斜坡自然坡度一般10～35°。缓坡处生长灌木或杂草，陡坡、陡崖处基岩呈条带状大面积裸露。

（2）工程地质特征。拟建桥址区处于巴中～仪陇～平昌莲花状构造带内，桥址区位于税家槽背斜西翼，场区内无断裂通过，场区内岩层近水平。区内新构造运动并不强烈，其总的表现是以缓慢的抬升为主的差异运动。河流以下切加深河谷为主，侧蚀作用微弱。桥位处斜坡第四系松散层整体厚度小，斜坡体整体稳定，场区内无大型不良地质体，下伏地层岩性为砂岩与粉砂质泥岩互层，场地稳定。

（3）气候。测区处于四川盆地的东北缘，区内气候温和，雨量丰富。年平均气温在16 ℃左右，夏季气温一般25～30 ℃，即使盛夏时节最高气温一般亦不超过30 ℃，冬季（除山地外）气温也大多在0 ℃以上（通常为3～6 ℃，最低为1.8 ℃左右），年均相对湿度为75%左右。

（4）水文。桥址区通江河河道整体较顺直，下游1.5 km为双滩电站，水库正常高水位为319 m，两岸岸坡均为阶梯状基岩陡坎、陡崖，漫滩不发育，河道及岸坡基岩条带状出露。

2 主要技术标准

（1）公路等级：高速公路。

（2）设计速度：主线100 km/h。

（3）荷载等级：用公路-Ⅰ级。

（4）桥梁宽度：左幅20 m（含地方道路），右幅13 m。

（5）設计洪水频率：1/300（特大桥） 。

（6）通航等级：Ⅴ级。

（7）地震动峰值加速度：0.05g。

3 总体设计

该桥位控制主桥跨径的因素主要有：

（1）桥位处为通河特有鱼类国家级水产种质资源保护区核心区，需一跨过江，常水位下水面宽度约360 m。

（2）路线平面线形为“一直接两曲”。其中直线长度为490 m，两侧曲线平均半径为1 110 m，主桥应尽量布设在直线段，以消除曲线线形带来的附加内力影响。

根据上述控制条件，可供选择的桥型主要为悬索桥和拱桥，对于360 m左右主跨的悬索桥，经济性较差，且悬索桥施工工序复杂，施工工期长、后期养护工作量较大。对于钢管混凝土拱桥方案，由于该桥位于偏远山区，交通不便，无水运条件，大型钢结构节段无法运输，且后期养护维修工作量较大。按照“技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理”的设计理念和要求，本桥理想的桥型应采用钢筋混凝土拱桥。综上所述，拟定了钢筋混凝土拱桥作为桥型方案。在满足通航、鱼评、行洪等相关论证要求下，主桥采用净跨径380 m上承式钢筋混凝土拱桥（图1），引桥采用40 m简支T梁。

该桥上游300 m处为红渡河渡口，为解决当地群众过江问题，该桥左幅增设净宽6.5 m农村公路，全桥总宽33 m（图2），断面布置为0.5 m（防撞护栏）+6.5 m（农村公路）+26 m（四车道高速路宽度）。

4 结构设计

4.1 主拱圈设计

主桥净跨径380 m，净矢跨比为1/4.65，拱轴系数为1.83。主拱采用等截面悬链线无铰拱，拱圈采用三拱肋，三拱肋间设置足够的横向连接构造[1]，每个拱肋为单箱单室截面，拱圈截面高度和宽度分别为6.5 m和7 m（图3）。

拱圈标准段顶、底板厚45 cm，腹板厚35 cm;拱圈拱脚设置2 m长实心段和2 m过渡段，拱圈顶、底板厚度从过渡段沿拱轴线至第1道箱内隔板由100 cm渐变为80 cm，腹板厚度为55 cm;第1道箱内隔板至第3道箱内隔板顶底板厚度采用80 cm，腹板厚度采用55 cm;顶底板厚度通过4.5 m渐变段由80 cm变为60 cm;顶底板厚度沿拱轴线长度方向至第6道箱内隔板范围内采用60 cm，腹板厚度采用35 cm;最后通过4.5 m长度渐变为标准断面。

4.2 主拱劲性骨架设计

劲性骨架为型钢与钢管混凝土组成的桁架结构，每肋上、下各2根540（外径）×18（22） mm、内灌C100补偿收缩自密实混凝土的钢管砼弦杆;弦杆通过横联角钢和竖向角钢连接而构成型钢-钢管混凝土桁架，在拱肋横联应设置设交叉撑，加强横向连接。腹杆及平联与弦杆均采用焊接连接。

劲性骨架所有钢材均应进行预处理，钢管外表面及角钢等钢材均涂装车间底漆，保证其在从加工到拱圈混凝土浇筑完成期间不受腐蚀，确保其性能。

劲性骨架钢管优先采用无缝钢管，经技术论证可行时可采用直缝焊接钢管，各焊缝需错开。

全桥劲性骨架划分为21个吊装节段（图4），吊装节段长度18.3～21.4 m，骨架节段最大吊重为50 t。

4.3 拱上构造设计

拱上构造由垫梁、拱上立柱、盖梁组成拱上排架，采用搭架现浇的施工方法。

拱上垫梁较低一侧高均为50 cm，另一侧高度随垫梁位置的变化而变化。

拱上立柱横向为三柱，高立柱采用空心薄壁结构，空心立柱横桥向宽2.1 m，纵桥向墩顶宽1.8 m，1#～3#和10#～12#立柱纵桥向按80∶1的比例向下变宽，4#和9#立柱纵桥向不放坡，空心墩薄壁厚度为35 cm。5#和8#立柱采用实心等截面结构，横向尺寸为2.1 m，纵向尺寸为1.8 m。6#～7#为拱上横墙，横向尺寸为32.95 m，纵向尺寸为2.3 m。

立柱盖梁采用预应力混凝土结构，盖梁顶底面均设置双向2%横坡，盖梁宽为230 cm，高为200 cm，。

4.4 行车道梁

行车道梁采用30.5 m预应力混凝土简支T梁，每孔横向15片梁，梁高为200 cm，中梁预制顶板宽为160 cm，边梁预制顶板宽为180 cm，左幅梁中心线间距为223.1 cm，右幅梁中线间距为217 cm。

4.5 拱座和交界墩

拱座设计为钢筋混凝土拱座，拱座基础置于稳定的、完整的中风化基岩上。粉砂质泥岩承载力基本容许值为0.8 MPa，砂岩承载力基本容许值为1.8 MPa。

拱座采用整幅设置，横桥向宽34.6 m，顺桥向长24.8 m，拱座总高16 m，分三级台阶，每级台阶高为5～6 m，宽为6～7 m，台阶开挖面按1∶0.3放坡。

拱座基坑开挖止水采用布设咬合桩的方案，按照“跳桩施工”原则施工，先施工素混凝土桩，再施工钢筋混凝土桩，素混凝土桩和钢筋混凝土桩之间咬合20 cm。

交界墩为三柱薄壁空心墩，横桥向墩宽3 m，纵桥向宽5 m，厚度为50 cm。交界墩盖梁高3.0 m，宽5.5 m。交界墩直接设置在拱座上。

4.6 引桥

引桥上部结构为40 m预应力混凝土简支T梁。左幅每孔由9片梁组成，右幅每孔由6片梁组成，梁高为250 cm，中梁预制顶板宽为160 cm，边梁预制顶板宽为180 cm，左幅梁中心线间距为223.1 cm，右幅梁中线间距为217 cm。

整幅式引桥墩采用三柱方墩，分幅式引桥墩采用双柱墩+独柱墩，与主桥立柱数量保持统一。桥台采用重力式桥台。

5 劲性骨架法施工

钢管混凝土劲性骨架成拱技术用途广、跨径大，已成为300 m以上混凝土拱桥主要的建造技术[2]。钢管混凝土劲性骨架不仅在施工中起支架作用，也是拱圈完成后的重要承力构件[3]。

5.1 劲性骨架的加工

主拱圈钢管劲性骨架的加工应由专业厂家完成，并应进行全面的自检和复检。由于本项目运输条件受限，上下弦杆及其相连的节点板应在钢结构加工厂焊接成型，检测合格后散件运输至工地;然后在工地拼接厂对弦杆、竖杆、斜腹杆和平联支撑等进行焊接组装，预拼装合格后再运输至起吊位置进行起吊安装。

5.2 劲性骨架节段安装

劲性骨架节段安装采用两岸对称悬拼，采用吊装系统吊装劲性骨架节段。每拱肋劲性骨架每半跨分10个吊装节段和1个合龙段（吊段最大重量约为50 t）。每2个吊段为一扣段，每一扣段中，前一吊段采用临时扣索扣住，待后一吊段就位后张拉正式扣索，同时拆除临时扣索。节段为单肋安装，单肋节段安装就位后，应拉抗风索，确保横向稳定。带有肋间横联的吊段，肋间横联叉撑与相应节段同时安装。

5.3 劲性骨架合龙

当左、右半跨各5个正式扣索均已扣定并调整至设计值后即可进行骨架的合龙工序。合龙前应在的气温较为稳定的时段内（以清晨为好）精确测量每根钢管的间隙长度，先以嵌管、嵌片将节段间间隙填塞紧密，再将预加工好的2个半圆管套在合龙间隙间合龙，以高强螺栓栓緊，并将套管管口与弦管管壁焊好，即完成了劲性骨架的合龙工序。

5.4 钢管混凝土浇筑

桁架在松索以后，经各项测试及计算分析满足规范要求以后，即可灌注主拱圈上、下弦钢管内砼。采用C100高性能混凝土，以泵压法自拱脚向拱顶，按设计的灌注顺序灌注钢管内混凝土[4]。

5.5 拱圈浇筑

待劲性骨架弦管内混凝土达到设计强度后，方可浇筑拱圈混凝土。拱圈的浇筑采用“先底板，再两个腹板，后顶板”的三环浇筑方式[5]。每环混凝土浇筑分10个工作面，每个工作面分为12个节段（图5），每次浇筑前，应保证前1节段浇筑的拱圈混凝土不少于5天龄期，且达到设计强度的90%后，再浇筑下一段混凝土。先按上、下游对称且两岸对称方式分10个工作面逐个节段外包第一环混凝土直至合龙，然后再按同样方式分10个工作面，每个工作面按3个节段整体浇筑腹板混凝土;再分10个工作面，每个工作面12个节段整体对称浇筑顶板混凝土，最后浇注肋间横联混凝土。

6 结束语

云台通江河特大桥采用净跨径380 m上承式钢筋混凝土拱桥不仅满足一跨跨越通河特有鱼类国家级水产种质资源保护区核心区的要求，同时该桥型方案具有养护简单，后期病害少、造价较低的特点。该桥左幅增设净宽65 m农村公路，极大解决了当地群众过江问题。该桥采用劲性骨架法成拱技术，为该类工法在大跨度桥梁的运用又推进了一步。

参考文献

[1] 钢筋混凝土箱形拱桥设计规程： DB51/T 1992-2015[S].

[2] 谢邦珠，庄卫林，蒋劲松，等. 钢管混凝土劲性骨架成拱技术的兴起和发展[C]//中国土木工程学会桥梁及结构工程分会.第二十一届全国桥梁学术会议论文集（上册）.中国土木工程学会桥梁及结构工程分会：中国土木工程学会，2014：4.

[3] 邓年春，李长胜，郭晓，等. 钢管混凝土劲性骨架拱桥主拱圈施工方法进展[J]. 科学技术与工程，2021（15）：6132-6139.

[4] 公路钢管混凝土拱桥设计规范： JTG/T D65-06-2015[S].

[5] 黄雨忠，向阳. 三沙大桥总体设计[J]. 中外公路，2021（2）：125-129.