宜昌長(zhǎng)江公路大橋工程設(shè)計(jì)與技術(shù)特點(diǎn)論文
摘要：宜昌長(zhǎng)江公路大橋是滬蓉國(guó)道在宜昌跨越長(zhǎng)江的工程，主橋采用主跨960m鋼懸索橋。本文重點(diǎn)介紹該橋的建設(shè)條件、主要設(shè)計(jì)構(gòu)造以及設(shè)計(jì)、施工、科研的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：道路橋梁
一、橋位概況
宜昌長(zhǎng)江公路大橋是滬蓉國(guó)道主干線在宜昌長(zhǎng)江河段跨越長(zhǎng)江經(jīng)湖北省西段進(jìn)入重慶市的特大型一級(jí)公路橋梁，是國(guó)家"九五"重點(diǎn)建設(shè)工程。橋址位于宜昌市虎牙灘，距城區(qū)約15km，上游距葛洲壩22km、三峽大壩40km，下游距枝城長(zhǎng)江大橋約45km。
二、主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
1．公路等級(jí)：一級(jí)公路。
2．荷載等級(jí)：汽-超20，掛-120；人群：3.5kN／平方米。
3．大橋設(shè)計(jì)時(shí)速： 80km/h。
4．大橋橋面寬度：鋼箱梁全寬30m，按四車(chē)道布置，兩側(cè)風(fēng)嘴上各設(shè)一人行道，橋面凈寬26m。
5．接線路基寬：24.5m，四車(chē)道。
6．地震烈度：基本烈度為6度，按7度設(shè)防。
7．溫度：橋位區(qū)域極端最低溫度一14.6℃，極端最高溫度43.9℃，年平均氣溫16.5℃。
8．風(fēng)況：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速為29m／s，成橋顫振檢驗(yàn)風(fēng)速為44m／s。
三、工程設(shè)計(jì)
1．主橋總體布置
懸索橋主跨跨度為960m，主梁簡(jiǎn)支在兩側(cè)橋塔橫梁或交界墩承臺(tái)上。主橋南岸通過(guò)三孔30m簡(jiǎn)支梁橋同南岸互通工程相接，北岸通過(guò)跨度為16，20，25（m）空心板組合的引橋跨318國(guó)道、接北岸接線工程。主橋橋梁全長(zhǎng)1206m。
2．懸索橋主要設(shè)計(jì)參數(shù)
結(jié)構(gòu)型式：?jiǎn)慰珉p絞懸索橋；
主纜跨徑（ m）： 246.255＋960＋246.255，主纜矢跨比： 1／10；
主纜直徑（mm）：655（索夾外，空隙率20％），647（索夾內(nèi)，空隙率18％）；
主纜中心距（m）：24.4 吊索直徑（mm）：45；
吊索間距（m）：12.06（邊吊索距橋塔中心15．69）；
橋塔高度（m）：北塔112．415（承臺(tái)頂面以上），南塔142．227（承臺(tái)頂面以上）；
加勁梁全寬（m）： 30.00 加勁梁中心高（m）：3.0。
3．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（l）橋塔結(jié)構(gòu)
由于南北兩岸地勢(shì)條件及地質(zhì)情況不盡相同，南北兩橋塔結(jié)構(gòu)上略有區(qū)別：南塔承臺(tái)以上塔高142．227m，有三道橫梁，行車(chē)道主梁及南岸引橋支承在下橫梁上；北塔承臺(tái)以上塔高112．415m，設(shè)上、中兩道橫梁，行車(chē)道主梁及北引橋支承在交界墩上。南北兩塔均采用分離式承臺(tái)，每一承臺(tái)長(zhǎng)19.1m、寬9.1m、高7m，其下設(shè)8根直徑2.5m的樁基礎(chǔ)。北塔上游塔
柱下樁基長(zhǎng)18．6m；下游塔柱下樁基長(zhǎng)14．6m。南岸橋塔16根樁基長(zhǎng)度均為27m。
兩塔身塔柱均為空心矩形箱結(jié)構(gòu)。塔頂順橋向6m寬，并按1：100的坡度分別加寬至塔腳8.40m（北塔）、8.84m（南塔）。塔頂橫橋向等寬5m。塔柱壁厚度按上、中、下三道橫梁分為三種，壁厚分別為0.7m、0.8m、1.0m。為有效地?cái)U(kuò)散塔頂主鞍傳遞的巨大壓力，塔頂設(shè)有12.8高漸變段。塔冠設(shè)有3．4m高實(shí)體段。上橫梁高5．4m、寬5．08m；中橫梁高7.5m、
寬6．08m，壁厚均為0.8m。南岸下橫梁高6.8m，寬7.19m，壁厚為1.0m。
為改善橋塔外觀效果，在塔柱的四角及外側(cè)中央設(shè)有0.3m * 0.5m，3m * 0.15m的凹槽。
塔柱豎向主筋采用φ32，間距15cm。水平箍筋采用φ16，除橋塔根部變化段間距15cm外，其余均為20cm。同時(shí)在間距20cm的水平箍筋之間設(shè)置了兩根φ6.5防裂分布箍筋。橫梁主筋采用φ25，間距15cm；箍筋采用φ16，間距15cm。在各道橫梁上設(shè)有根數(shù)不等的鋼絞線預(yù)應(yīng)力束。
塔身及橫梁為50號(hào)混凝土，承臺(tái)為30號(hào)混凝土，樁基為25號(hào)混凝土。全橋橋塔50號(hào)混凝土10554立方米，30號(hào)混凝土4867立方米，25號(hào)混凝土4768立方米。
�。�2）加勁梁
加勁行車(chē)道主梁為類(lèi)似魚(yú)鰭形扁平鋼箱梁結(jié)構(gòu)。主梁結(jié)構(gòu)全寬為30.0m，中心梁高3m，高寬比為1：10。頂板寬度為22m，設(shè)2％的雙向橫坡。上斜腹板水平寬度為1.2m。懸臂人行道寬度為2.8m，設(shè)1.5％的向內(nèi)單向橫坡。
橋面為正交異性板，頂板及上斜腹板厚12mm，行車(chē)道U形加勁肋中心間距0.59m，板厚6mm。底板及下斜腹板板厚10mm。底板、斜腹板球扁鋼加勁肋中心間距一般為0.4m，球扁鋼規(guī)格為16a。
加勁梁橫隔板間距4.02m，無(wú)吊索處板厚為10mm，有吊桿處板厚為12mm。為有效改善橋面板在汽車(chē)荷載作用下的變形及受力狀況，在每?jī)傻罊M梁之間沒(méi)有一道矮加勁肋。矮肋高0.45m，板厚16mm。人行道頂板板厚12mm，其下橫向設(shè)有間距為2.01m一道、板厚12mm的橫肋板。頂板縱向設(shè)有球扁鋼加勁肋，間距0.3m。
加勁梁上的錨箱是鋼箱梁重要的傳力結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)處理。錨箱主要由三塊承力板、一塊承錨板組成。三塊承力板門(mén)距為50cm，中間一塊板厚32mm，另兩塊板厚20mm。三塊承力板均穿過(guò)加勁梁斜腹板，其中間一塊與橫隔板相連接。承力錨板厚50mm，其上設(shè)有多道板厚20mm的加勁板。
為適應(yīng)加勁梁端部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜受力的需要，對(duì)長(zhǎng)7．33m的端節(jié)段進(jìn)行了特殊加強(qiáng)設(shè)計(jì)。端 節(jié)段節(jié)段設(shè)有6道橫隔板，橫隔板板厚為16mm或20mm，并結(jié)合支座系統(tǒng)連接的需要進(jìn)行局部加勁處理。
加勁梁鋼材材質(zhì)為Q345-E，結(jié)構(gòu)鋼材共用10390t。
加勁梁頂板上鋪設(shè)7cm厚改性瀝青混凝土鋪裝層，人行道上鋪設(shè)3cm厚的瀝青砂。
�。�3）錨碇
南北錨碇所處的地質(zhì)情況不盡相同。北錨碇基坑基巖在高程54.8m以下整體性較好，無(wú)明顯的夾層及破碎帶，基巖為泥鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖；高程54.8m以上基巖破碎，且多為紅色粉砂巖。南岸整個(gè)巖體整體性差，基巖破碎，有多條夾層及斷層，巖體以泥鈣質(zhì)為主，夾有粉砂巖或紅砂巖的礫巖。南北基巖均為強(qiáng)度較低的軟質(zhì)巖。故南北兩錨碇均設(shè)計(jì)為重力式鋼筋混凝土錨碇。
為保證錨碇上方行車(chē)道的寬度，錨碇采用埋置式，利用其上方回填路基上壓重，以減少錨碇混凝土的數(shù)量。錨碇結(jié)構(gòu)最大長(zhǎng)度為65m、寬39m，前緣高42m，后部高22.8m。每一錨碇混凝土為42584立方米，錨固體及前支承墻為40號(hào)混凝土，其他各部分均采用25號(hào)混凝土。
本錨碇為少筋結(jié)構(gòu)，僅在錨碇內(nèi)外表面設(shè)置直徑22cm間距20cm的分布鋼筋網(wǎng)。為防止大體積混凝土產(chǎn)生有害的裂紋，在錨碇內(nèi)外表面及每一施工層面上設(shè)置了規(guī)格為BQ3030（間距 75 * 150）的金屬擴(kuò)張網(wǎng)。
后錨室在錨固體系張拉完成以后用低標(biāo)號(hào)混凝土回填密封，前錨室設(shè)有通風(fēng)除潮設(shè)備。在錨碇支承墻前緣，結(jié)合保護(hù)路面以下主纜的需要，設(shè)有地下展覽室。
（4）主纜及吊索
主纜為預(yù)制平行鋼絲束，每根為104束127φ5.1平行鍍鋅鋼絲集結(jié)成束、定型包扎帶綁扎、兩端嵌固熱鑄錨頭而成。鋼絲為強(qiáng)度1600MPa普通松弛鍍鋅鋼絲。為方便施工，在熱鑄錨上設(shè)有與錨固體系連接為一體的連接器。
主纜防護(hù)層由防護(hù)油漆、φ4軟質(zhì)鍍鋅鋼絲、表面防銹膩?zhàn)訕?gòu)成。
吊索為中心配合繩芯（CFRC）鋼絲繩，單根鋼絲繩直徑45mm。每側(cè)每一個(gè)吊點(diǎn)有4根吊索。主纜鋼絲共6670t，吊索鋼絲繩約195t。
（5）主索鞍及散索鞍
主索鞍和散索鞍由鞍頭、鞍體、底座組成。鞍頭、鞍體分開(kāi)澆鑄、焊結(jié)成一體的鑄焊組合結(jié)構(gòu)。為方便加工、運(yùn)輸、主鞍吊裝施工，主鞍分左右兩半制造，吊裝就位后用高強(qiáng)螺栓聯(lián)接為一體。主鞍鞍體與底座之間，主鞍施工期間設(shè)有聚四氟乙稀滑板。散索鞍鞍體采用擺式結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)施工期間及成橋后的微量位移。主鞍最大吊裝重量為32t，散鞍最大吊裝重量為43t。
為使主纜在鞍內(nèi)能保證相對(duì)固定、不滑動(dòng)，在鞍槽內(nèi)設(shè)有豎向鍍鋅隔板，并在主纜調(diào)股到位后頂部用鋅質(zhì)填塊填平、壓緊。
主索鞍及散索鞍鞍體鑄鋼材質(zhì)采用ZG275-485H，底座鑄鋼材質(zhì)采用ZG230-450，槽蓋等材質(zhì)采用Q235-A。
�。�6）錨固體系
錨碇內(nèi)錨固系統(tǒng)是由64根預(yù)應(yīng)力錨固體系組成，其中單錨24個(gè)，雙錨40個(gè)。單錨采用16根公稱(chēng)直徑15．24mm的低松弛高強(qiáng)鋼絲錨固，雙錨采用五根公稱(chēng)直徑15.24mm的低松弛高強(qiáng)鋼絲錨固。在錨碇結(jié)構(gòu)中，設(shè)有型鋼骨架以便錨固預(yù)應(yīng)力管道的精確定位施工。前錨面設(shè)有錨固連接器與主纜相連接。
�。�7）主橋伸縮縫
為適應(yīng)主跨加勁梁在活載作用下的大變形，加勁梁兩端各設(shè)一道最大伸縮量為1360mm的大位移伸縮縫。
�。�8）支座
為傳遞主梁端節(jié)段受力、約束主梁端節(jié)段的變形、保證梁端伸縮縫正常工作，在主梁每一端節(jié)段設(shè)有兩個(gè)豎向支座、兩個(gè)梁側(cè)輔助支撐、兩個(gè)風(fēng)支座。豎向支座能適應(yīng)加勁梁在溫度及荷載作用下的縱向位移及面內(nèi)梁端轉(zhuǎn)動(dòng)，能承受一定的豎向拉壓反力。風(fēng)支座主要承受橫向風(fēng)載。梁側(cè)輔助支撐主要用于控制由于風(fēng)載或活載偏載作用下的梁端扭轉(zhuǎn)，能適應(yīng)梁端縱向位移及轉(zhuǎn)動(dòng)，承受結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)傾覆拉力，不能承受壓力。支座系統(tǒng)均為材質(zhì)要求較高的鑄焊結(jié)構(gòu)。
四、設(shè)計(jì)、施工及科研的'技術(shù)特點(diǎn)
1．設(shè)計(jì)與施工的技術(shù)特點(diǎn)
�。�1）加勁梁采用魚(yú)鰭式斷面，并在兩道橫隔板之間增設(shè)了一道矮肋，改善了加勁梁受力及氣動(dòng)性能，同時(shí)減少了鋼材用量。
�。�2）對(duì)加勁梁母材及焊材的S，P等有害的雜質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，為提高加勁梁焊接質(zhì)量創(chuàng)造了條件，使焊接工藝控制達(dá)到了較高的水平。
�。�3）橋塔采用大塊整體鋼模板（9m高）進(jìn)行施工，極大地提高了工效和結(jié)構(gòu)表面的平整度；采用鋼管支承進(jìn)行橋塔橫梁施工，消除了支架非彈性變形，同時(shí)提高了工效。
�。�4）橋塔塔上設(shè)有直徑6.5mm的防裂分布鋼筋，成功地克服了橋塔在施工過(guò)程中易出現(xiàn)收縮裂紋的通病。
�。�5）錨碇基坑的開(kāi)挖廣泛采用預(yù)裂爆破和光面爆破技術(shù)，使錨碇高（高88m）、陡（邊坡率0．75～0．8）的基坑開(kāi)挖成功，并保證了高陡邊坡的穩(wěn)定。
�。�6）采用埋置式錨碇，既確保了工程結(jié)構(gòu)的安全可靠，又極大地減少了錨碇混凝土數(shù)量，并為成功解決錨碇大體積混凝土開(kāi)裂問(wèn)題創(chuàng)造了有利的條件。
�。�7）采用綜合的降低大體積混凝土水化熱和防止混凝土開(kāi)裂的技術(shù)，使得澆注兩錨碇10萬(wàn)多方混凝土均未發(fā)現(xiàn)一條裂紋，錨碇大體積混凝土澆注的質(zhì)量得到了突破性的提高。具體的措施為：調(diào)整混凝土的設(shè)計(jì)齡期為60d，降低水泥用量；采用低熱微膨脹水泥；對(duì)大體積混凝土進(jìn)行分塊分層澆注，并在每層混凝土中加一層防裂金屬擴(kuò)張網(wǎng)；采用循環(huán)水，對(duì)大體
積混凝土進(jìn)行降溫等。
�。�8）國(guó)內(nèi)第一次采用強(qiáng)度高、彈性模量高且穩(wěn)定的中心配合繩芯（CFRC）鋼絲繩作為吊索鋼絲繩；同時(shí)，吊索錨頭設(shè)計(jì)為可適當(dāng)調(diào)節(jié)的錨杯，克服了吊索不能調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的缺點(diǎn)。
�。�9）采用構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的滑轉(zhuǎn)支座系統(tǒng)，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)受力及變形需要。
�。�10）橋面鋪裝采用7cm厚的雙層SAM結(jié)構(gòu)，人行道采用彩色瀝青砂結(jié)構(gòu)鋪設(shè)。
�。�11）在施工貓道的設(shè)計(jì)施工中，采取增加適當(dāng)數(shù)量的貓道橫向天橋的道數(shù)而不設(shè)風(fēng)纜的辦法，來(lái)提高貓道的抗風(fēng)穩(wěn)定性。這樣既保證貓道施工過(guò)程中的安全，又簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)與施工，有利于縮短工期和降低造價(jià)。
2．科研試驗(yàn)
宜昌長(zhǎng)江公路大橋關(guān)鍵技術(shù)研究是交通部"九五"行業(yè)聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目。在部、省有關(guān)主管部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)的支持下，該科研項(xiàng)目進(jìn)展順利，全面開(kāi)展了有關(guān)科研試驗(yàn)工作，取得了一些成果，并成功地指導(dǎo)宜昌大橋的建設(shè)工作。
�。�1）基巖原位測(cè)試 進(jìn)行了大型的現(xiàn)場(chǎng)基巖原位測(cè)試，獲取巖石與巖石、混凝土與巖石之間抗剪、抗滑等力學(xué)參數(shù)，為錨碇、橋塔等的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。參加研究的單位：長(zhǎng)委三峽勘察研究院、長(zhǎng)江科學(xué)研究院。
�。�2）風(fēng)洞試驗(yàn) 進(jìn)行了懸索橋全橋及節(jié)段模型試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力，并以此結(jié)論指導(dǎo)主梁吊裝施工；進(jìn)行了貓道節(jié)段模型試驗(yàn)，研究有效提高貓道抗風(fēng)穩(wěn)定性的措施，并以此成果指導(dǎo)了獵道設(shè)計(jì)。參加研究的單位：同濟(jì)大學(xué)、西南交通大學(xué)。
�。�3）仿真分析 廣泛采用計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算技術(shù)，對(duì)主梁、錨碇、橋塔等結(jié)構(gòu)關(guān)鍵受力部位進(jìn)行分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。參加研究的單位：西南交通大學(xué)。
�。�4）主橋橋面鋪裝模擬試驗(yàn)根據(jù)大橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)造、荷載條件、氣候條件等，進(jìn)行模擬直道、環(huán)道試驗(yàn)，以選擇最優(yōu)的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)方案。參加研究的單位：重慶公路科研所、長(zhǎng)沙交通學(xué)院。
�。�5）錨碇大體積混凝土防裂技術(shù)的研究 對(duì)錨碇合理的結(jié)構(gòu)形式及分層、分塊進(jìn)行研究；對(duì)錨碇混凝土配合比進(jìn)行研究；對(duì)錨碇建筑材料選用的研究；對(duì)錨碇施工及水化熱控制技術(shù)的研究。參加研究的單位：武漢港灣設(shè)計(jì)研究院。
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