山區鋼箱梁懸索橋的零突破

文/汪宏 王鵬

由於受到地形、交通等條件的限制，山區懸索橋一般採用鋼桁加勁梁的架設方案，如四渡河大橋、壩陵河大橋、矮寨大橋等。目前國內尚無採用鋼箱加勁梁的山區懸索橋建成。

主橋設計為單跨628m的普立特大橋是國內首座採用鋼箱加勁梁跨越深谷的山區懸索橋，也是首座採用「纜索吊機旋轉架梁法」實施鋼箱梁節段吊裝的懸索橋，目前主體結構已建成。

本文主要分析闡述了在複雜的山區條件下，大橋總體、主塔、錨碇、纜索系統、鋼箱梁的設計要點，以及鋼箱梁的製造、施工要點，為國內山區懸索橋的設計施工提供參考。

總體設計

普立特大橋為高速公路懸索橋，跨越普立大溝深切峽谷，是雲南普宣高速公路控制性工程之一。普立特大橋設計車速80km/h，設置雙向四車道，無人行道，僅設檢修道。大橋全長1040m，主橋為單跨628m簡支鋼箱加勁梁懸索橋，其主體結構包括錨碇、索塔、纜索系統和鋼箱梁。索塔為直塔柱門式框架結構，群樁基礎，普立岸採用隧道錨，宣威岸採用重力錨。鋼箱主梁全寬28.5m。主纜橫向間距26m，順橋向布置為(166+628+166)m，矢跨比1/10。主橋平面布置及縱坡由線路總體設計確定，由於地形限制，橋面處於1.65%直線縱坡上，兩岸主塔高差10.36m，為非對稱懸索橋。如圖1所示。

主塔

橋位地震等級低，僅為6度，場地整體穩定性較好，未見影響橋位成立的崩塌、滑坡、泥石流等不良地質分布。橋址區普立大溝卸荷帶厚度不大，大橋主塔與溝谷陡崖最近的平距均在200m以上，普立大溝卸荷帶對大橋主塔影響較小。橋址區屬於岩溶發育區，大橋主塔位於岩溶垂直入滲帶，岩溶形態多為溶槽、溶縫、充填型或空腔型溶洞。岩溶發育對場地穩定性影響小，但降低了地基岩體的完整性和承載力，對局部地段的淺部岩溶，其頂板穩定性差，基礎穿越溶洞置於穩定的岩體之上。

由於橋塔處地形橫坡陡峭，索塔採用直塔柱、分離式承台，左右承台高差15m。承台下均行列式布置6根φ3.0m的挖孔灌注樁基礎，按照嵌岩樁設計。索塔採用鋼筋混凝土門形框架結構，由於承台高差，主塔左右塔柱不等高，分別為153.5m、138.5m。塔柱採用矩形空心薄壁斷面，橫橋向截面等寬為5m，順橋向截面寬度分別為6.2～8.24m、6 . 2～8 . 0 4m，上、中、下塔柱塔壁厚度分別為0 . 7m、0.8m、0.9m，塔底設置2m實心段。索塔在橋面以上的高度為67.9m。塔柱之間設3道橫樑，均採用箱形斷面，按照全預應力構件設計。

錨碇

綜合考慮地形、地質、施工、工期、造價等方面的因素，宣威岸錨碇採用嵌岩重力式錨碇，錨座基礎利用中風化灰岩作為基礎持力層。錨碇長56.7m、寬41m，主纜入射傾角43.5°。普立岸錨碇採用隧道錨，錨塞體長35m，傾角42°，錨塞體置於弱、微風化溶蝕帶內。

由於重力式錨碇大部埋於土中，需要進行防水及耐久性設計，減少錨碇滲水。錨碇混凝土採用防滲混凝土，回填線以下的錨碇外表面和前後錨室內表面設置防水層，針對最容易滲水的施工縫和後澆段分別採用了止水帶和微膨脹混凝土防水。由於普立岸隧道錨錨塞體尺寸較大，為使錨塞體與圍岩充分接觸，同時避免澆築施工後出現收縮與溫度裂縫，錨塞體採用抗滲微膨脹混凝土並摻入聚丙烯纖維。

為減少用鋼量、方便施工、保證結構的耐久性，錨固系統採用灌水泥漿防腐的「永久式」預應力鋼絞線錨固系統，錨固方式為前錨式。根據已有工程經驗，「可換式」預應力錨固系統所灌注油脂難以密封，會不斷滲漏，沿錨體混凝土裂縫滲至錨碇其他部位，影響錨碇混凝土的耐久性及錨碇內的排水；而預應力筋束很難達到可更換的目的。故設計採用「永久式」預應力鋼絞線錨固系統。錨固系統由索股連接器和預應力鋼束及其錨固裝置組成。索股連接器由拉杆及連接平板等組件構成，連接器分單錨桿連接器和雙錨桿連接器，單索股對應於1根13-φs15.24預應力鋼束，雙索股對應於1根27-φs15.24預應力鋼束。主纜索股經散索鞍散開後，通過錨頭、連接器及預應力鋼束將纜力傳給錨塊及地基，實現錨碇功能。

纜索系統

主纜採用預製平行鋼絲索股（PPWS）。每根索股由91根直徑為5.1mm、公稱抗拉強度為1670MPa的高強度鍍鋅鋼絲組成。每根主纜共91股，邊跨不設背索，主纜索夾內直徑為512.5mm，索夾外直徑為518.9mm。在恆載、活載及溫度作用最不利組合時，最大主纜力97000kN，安全係數大於2.5。主纜防護採用主纜系統塗裝配套體系，採用柔性漆、圓形纏絲，另外增加除濕系統。

根據吊索的受力特點，並綜合考慮材料性能、製造加工、安裝維護、後期更換等因素，採用銷接式吊索與鋼箱梁連接，每一弔點設置兩根吊索，吊索為擠包護層扭絞型拉索，截面為73絲Ф5.0mm低鬆弛鍍鋅平行鋼絲束，鋼絲極限抗拉強度為1670MPa。跨中最短吊索長3.8m。在最不利組合作用時，吊索截面最小安全係數大於3.0，活載應力幅為116.5MPa，小於150MPa。根據抗風研究，對靠主塔側2根長吊索中央設置減振架，將一個吊點兩根吊索互相聯繫，減少吊索的風致振動。

索夾均採用上下對合的結構形式，兩半索夾用螺桿相連並夾緊於主纜上，接縫處嵌填橡膠防水條防水。除安裝吊索的索夾外，還有夾緊主纜的索夾和安裝纜套的錐形密封索夾。各類索夾上均設有安裝主纜檢修道立柱的構造。

鋼箱梁

普立特大橋主橋採用單跨流線形單箱單室扁平鋼箱梁結構，鋼箱梁總長626.7m，全寬28.5m，橋軸線處凈高3.0m，頂面設有2%雙向橫坡。鋼箱梁設計為正交異性鋼橋面板，預計運營期多運煤等重載車輛，橋面板厚採用16mm；底板與上斜板厚為10mm，索塔區段底板局部加厚至16mm；橋面板、底板均採用U形肋加勁。鋼箱梁每3.0m設一道橫隔板，其中非吊點處板厚為10mm，有吊索吊點處板厚為12mm，而在設置支座處及端橫隔板等特殊部位，根據受力需要，板厚採用了16mm。全橋共設2對豎向支座、2對橫向抗風支座及2對縱向阻尼器。豎向支座、抗風支座及阻尼器沿橋軸線方向分別設置於索塔中橫樑上。鋼箱梁節段最大吊裝重量146t。

活載作用下鋼箱加勁梁最大上撓為0.883m，最大下撓為1.568m（L/4處），撓跨比小於規定的L/250。百年風作用下，加勁梁最大橫向位移0.986m，小於規定的L/150。橋中鋼箱梁第一體系應力水平較低，滿足設計要求。

主跨共53個鋼箱梁節段，總重約7680t。其中51個標準梁段，1個節段B（普立側梁端節段）和1個節段C（宣威側梁端節段）。如圖2所示。

大橋鋼箱梁製造、安裝施工基本工序如下：首先在廠內預製鋼箱梁板件單元，運至橋位宣威岸車間組拼製造鋼箱梁節段塗裝存放。宣威岸引橋首先建設完成作為施工平台，採用「纜索吊旋轉架設法」進行鋼箱梁架設。節段鋼箱梁平轉90°縱向運輸至起吊位置，用纜索吊機起吊箱梁節段，經小距離盪移後吊運至預定位置旋轉90°，回至設計狀態下放就位。如圖3、圖4所示。鋼箱梁由主跨中向兩端對稱安裝，每個節段吊裝到位後安裝吊索，並與相鄰梁段進行臨時連接。當所有鋼箱梁吊裝完畢後進行梁段環向接縫焊接，完成大橋主結構工程。目前普立特大橋主體結構已完工，如圖5所示。

採用鋼箱梁作為山區懸索橋的主梁，外形美觀，抗風能力強，節省鋼材，易於維護。只要運輸條件、現場製造場地條件基本滿足，即可採用。目前，普立特大橋主體結構已完工，開始橋面鋪裝、伸縮縫等附屬結構施工，預計將於2015年8月通車。

(作者單位：招商局重慶交通科研設計院有限公司)