龙洞河特大桥峡谷吊索便桥设计与施工

谢建花

（中交一公局厦门工程有限公司，福建厦门361021）

1 工程概况

龙洞河特大桥主桥为（95+180+95）m预应力混凝土连续刚构，东西走向，主跨横跨指肠河峡谷，山体陡峭，坡度大于45°。桥面设计高程为+635 m左右，沟谷底标高+518 m左右。指肠河沟谷常年流水，旱季水深2 m左右，雨季常有山洪冲积汇流，水势较急，最大水深超过4 m（见图1）。

图1 现场地形实景

由于东岸为险山峻岭，连接开挖路堑，没有施工场地可供建设拌合站和工区驻地，所以按照项目策划，桥梁的拌合站及施工场地建设在西岸，但由于指肠河上下游10 km之内均无已建桥梁，从龙洞河特大桥1#主墩至2#主墩如果绕道通行需45 km左右的路程，而且均为盘山道路，交通运输极为不便。所以，1#主墩至2#主墩如何建设一处联系东西两岸的临时通道是非常重要的。

2 便桥施工方案比选

龙洞河特大桥施工便桥设计中，项目策划初期确定了三种方案进行比选：

（1）从1#主墩至2#主墩建设一座钢管桩基础+贝雷和型钢桥面结构的钢便桥；

（2）从1#主墩修建一条至指肠河河边的盘山道路，然后在指肠河修建一座盖板涵，穿越指肠河后再修建一条至2#主墩的盘山道路；

（3）直接从1#主墩修建一座吊索桥至2#主墩。

第一个方案可供汽车直接通行，但便桥墩高超过70 m，安全性差。而且造价也不菲，预算为120万元。

第二个方案除了雨季外，也可供汽车直接通行，但巫奉高速公路地形地貌、地质条件复杂,大多为滑坡、崩塌、岩溶等不良地质，修建便道不但对山体植被破坏严重，还可能引起桥位山体的地质灾害。且山体陡峭，修建便道造价高、工期长，不宜采用。

第三个方案虽然不能供汽车通行，但可以架设混凝土泵管进行混凝土泵送，钢筋等材料从国道绕行到东岸，小型机具及小宗材料可以手推车运输。预算总费用在30万左右，工期1个月。具有造价省、工期短等优点。

根据工程实际情况，经过再三分析、研究，最后确定采用第三种吊索便桥方案（见图2）。

图2 修建完成后的吊索桥实景

3 吊索便桥设计

龙洞河特大桥吊索便桥为一跨结构，跨径为116 m，桥面宽2 m，吊索桥东岸基础为预应力锚索结构，位置在龙洞河特大桥左线1#墩下方，吊索桥西岸基础为驳壳枪型锚碇，位置在龙洞河特大桥左线2#墩左侧（见图3）。

图3 吊索桥总体设计图（单位：cm）

吊索桥承重索采用钢丝绳作为承重结构，上设横梁、面层、扶手索、栏杆立柱和安全网等。

3.1 东岸预应力锚索基础

承重索位置设计3根预应力锚索，扶手索采用2根预应力锚索，预应力锚索采用6φ15.24（7 φ5）高强低松弛钢绞线，标准强度1 860 kPa。每根锚索设计吨位600 kN，对应采用OVM15-6锚具。锚索钻孔孔径为110 cm，注浆浆体采用M40水泥浆，杆体为6-7φ5高强低松弛压应力钢绞线，单根钢绞线截面面积为140 mm2，标准强度为1 860 MPa。预应力锚索锚固段20 m，自由段5 m，张拉端采用梯形体钢筋混凝土座碇，三个座碇用钢筋混凝土横梁连成整体，横梁上预埋钢管供承重索固定。

其布置如图4、图5所示。

图4 预应力锚索基础侧面布置图（单位：cm）

根据《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22：2005），分别按照由杆体钢绞线和注浆体粘结力决定的抗拔力计算锚索安全系数，并取较小值。

按锚索注浆体与岩层的粘结力计算时，公式为：

按钢绞线与注浆体间的粘结力计算时，公式为：

按钢绞线承载力计算时，公式为：

图5 预应力锚索基础立面布置图（单位：cm）

3.2 西岸锚碇基础

西岸锚碇结构尺寸如图6、图7所示，采用C30混凝土浇筑，底部1 m嵌入岩石，且地基承载力不小于0.5 MPa。为了增加锚碇抗滑稳定性，锚碇设计成驳壳枪型台阶式结构。

图7 锚碇基础断面图（单位：cm）

锚碇抗滑稳定性验算。根据地质结构，锚碇基础底面抗滑系数取3，计算公式采用(G+V)μ+P≥3H进行受力验算。

3.3 吊索桥承重索及扶手索设计

承重索构造每幅猫道承重索由5根Φ32钢丝绳，按50 cm、40 cm、55 cm、55 cm间距排列组成。

为便于安装调整线型，每根承重绳在西岸通过Φ400 mm滑轮和Φ60 mm销轴与猫道西岸混凝土锚碇相应位置处的预埋型钢相连，钢丝绳卡卡固，作固定端；东岸承重绳则固定于锚碇上Φ30、壁厚2 cm的无缝钢管上（见图8）。

图8 承重索构造示意图（单位：cm）

扶手索采用2根φ36 mm钢丝绳，位于边侧两根承重索的正上方1.5 m位置（见图9）。

图9 扶手索构造示意图（单位：cm）

3.4 面层及护栏

猫道横梁及扶手立柱均采用脚手架钢管。面层采用宽度为2 m菱形钢板铺设，钢板网厚4.5 mm，网眼尺寸30 mm×30 mm，锚碇两侧设置钢丝网防护，用铁丝与承重索、护手钢管、扶手索扎绑牢固。为使面层走道平顺，将横梁布置在承重索之下，与承重索间用钢管扣件连接，面层钢板网与承重索、钢管横梁绑扎。

3.5 抗风缆

该桥位处指肠河，全年主导风向为北风，最大瞬时风速24.7 m/s。为增强猫道抗风性能和抗扭刚度，需设置抗风体系，拉设抗风绳索。全桥共设抗风缆4道，在跨中两侧按10 m间距布置。

抗风缆采用Φ20 mm钢丝绳，上端锚固于两根边承重索，下端分别锚固在河岸两侧的C30混凝土锚块上。

3.6 计算结果汇总（见表1）

表1 计算结果汇总表

4 吊索桥施工

4.1 预应力锚索基础施工

4.1.1 锚孔钻造

锚孔测放要求按照设计桩号采用拉接线尺量，结合水准测量进行放线，并用铁钎和油漆标记准确定位。钻机就位应严格按照设计孔位、倾角和方位准确就位，采用测角量具控制角度，钻机导轨倾角误差不超过±1°，方位误差不超过±2°。

锚孔钻进应采用无水干钻，禁用进水钻进，严格控制钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲或变形。

在钻进过程中认真作好现场施工记录，如钻压、钻速、地层和地下水情况等。

钻孔的孔深要求不得小于设计值，并超钻20～50 cm，钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻3～5 min，防止孔底尖灭，并及时进行锚孔清理。

4.1.2 锚筋制安

钢筋下材料要求整齐准确，误差不应大于±50 mm，预留张拉段钢绞线长度1.5 m，明确不同单元标记，一律采用机械切割下材。严格控制钢绞线挤压工艺，要求挤压套、挤压簧配装定位准确，挤压顶推进均匀充分，并抽样5%进行检测，确保单根挤压强度不低于200 kN。

要求保证承载体组装定位准确，承载板、挤压头和限位片栓接牢固，防腐油漆涂刷均匀。

架线环间距原则为1.0 m，最大不得超过1.5 m，准确定位、绑接牢固，且锚孔孔口位置必须设置一个架线环。

锚筋体安装要求按设计倾角和方位平顺推进，严禁抖动、扭转和串动，防止中途散束和卡阻。安装完成后，不得随意敲击或悬挂重物。

4.1.3 锚孔灌浆

注浆材料要求严格按照经试验合格配比备料，在注浆作业开始和中途停止较长时间再作业时，应用水或水泥稀浆润滑注浆泵及注浆管路。

注浆浆液应严格按照配合比搅拌均匀，随搅随用，注浆浆体强度不低于40 MPa，并按批次备制试件。

锚孔注浆必须采用孔底返浆方法，采用二次注浆，具体程序如下：

一次注浆先注到锚固段，在锚索锚固段的注浆强度达到设计强度后，进行锚索张拉，张拉力应符合图纸规定，达到750 MPa。

张拉完成后，即进行第二次注浆，注浆压力宜0.5～1.0 MPa，待出浆浓度与进浆浓度一致时停止注浆。最后用混凝土封闭锚头。

4.1.4 锚索地梁及框架梁施工

钢筋安装时，受力钢筋的品种、级别、规格和数量必须符合设计要求。钢筋安装位置应准确稳固，并确保保护层厚度，且满足相关规范规定之要求。

灌注混凝土前，必须将锚具中的螺旋钢筋、波纹管和锚垫板按设计要求绑接固定的地梁或立柱的钢筋上，方向与锚孔方向一致，且摆放平整稳固。

锚索地梁和框架的制作：地梁和框架宜现场浇做，并应满足下列要求：

钢筋接头需错开，同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2，且有焊接接头的截面之间的距离不得小于1 m。

钢筋混凝土地梁或框架中的立柱埋入平台地面标高以下0.3 m，外露出0.1 m，地梁及框架宜用C30混凝土灌注。

灌注混凝土前，必须将锚具中的螺旋钢筋、波纹管（宜用钢质）和锚垫板设计要求固定的地梁或立柱的钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放平整，再一起现场浇注、振捣，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，应仔细振捣，保证质量。

4.1.5 混凝土浇灌

混凝土振捣应均匀充分，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，应仔细振捣，保证质量。锚斜托浇筑应设专用模具，确保结构强度和工程效果。混凝土浇筑完毕后，应及时采用有效的养护措施。

4.1.6 锚孔张拉锁定

锚索张拉前应先将事先加工好的Φ300 mm无缝钢管固定于混凝土地梁上，无缝钢管后采用50 cm×50 cm的Q235钢板垫于混凝土与钢管间，无缝钢管前采用20 cm×20 cm、30 cm×30 cm两块Q235钢板作为锚具垫板。

锚固体与台座混凝土强度达到设计强度80%以上时，方可进行张拉锁定作业。如为抽检锚孔，应在达到设计强度的条件下，待验收试验结束后进行。

锚索正式张拉前，应取10%～20%的设计张拉荷载，对其张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。

锚索张拉应按设计次序分单元采用差异分步张拉，根据设计荷载和锚筋长度计算确定差异荷载。

锚索的预应力在补足差异荷载后分5级按有关规范或规定施加，即设计荷载的25%，50%，75%，100%，110%。锚索锁定后48 h内，若发现明显的预应力损失现象，则应及时进行补偿张拉。

4.1.7 验收封锚

验收试验，也称现场验收或质量控制试验，它是针对所有工作锚索进行的，其目的是获知锚索受力大于设计荷载时的短期性能，以及满足设计条件时锚索的安全系数。

在全部工作锚索经抽样进行验收试验并符合上述有关规定和要求条件合格后，方可按照有关设计要求张拉锁定程序进行张拉锁定和封锚工作。对验收试验锚索一般是从150%荷载退荷至110%的设计锁定荷载进行锁定作业。在封锚作业前，应对锚头空隙进行补充注浆充填密实，然后按照设计要求进行封锚作业。

4.2 锚碇施工

4.2.1 准备工作

（1）测量放样：放出锚碇基础的中心位置、纵横轴线、基础边线，再按照基础开挖放坡要求放出承台开挖边线。将基础纵横轴线从基坑引至安全的地方，并加以保护。

（2）模板制作：锚碇基础采用组合钢模作为模板。

4.2.2 基坑开挖、基底处理

（1）开挖：基坑开挖采用挖掘机开挖，开挖时，派专人指挥挖掘机，并注意开挖深度。锚碇基础应采用小药量爆破开挖，在接近设计尺寸线约50 cm左右时，应用人工进行开挖，避免扰动基坑土体，降低锚碇承载力。

（2）基底放样：开挖结束基底处理后，放出基底承台的中心线和边线，并做好标志予以保护，作为钢筋施工和立模的依据。

4.2.3 预埋件、钢筋及锚杆安装

在基坑开挖完成后，需进行猫道预埋件的安装，所有预埋件均在基坑外加工，然后在使用钢管架在基坑中安装，安装工程中需测量配合，准确放出预埋件位置。

锚杆采用Φ28钢筋，长度为3 m。首先使用手风钻钻机在基坑底部按照设计图纸位置钻孔，锚孔深度2 m，待锚孔钻造完成后，将锚杆放入孔中，注入M30水泥砂浆。

4.2.4 混凝土浇筑

混凝土由拌和站统一供应，输送泵到现场，混凝土分层浇注，用Φ70插入式振捣棒振捣。浇筑过程派专人检查钢筋位置和模板的稳固性，发现问题及时处理。

4.3 承重索及扶手索制作安装

4.3.1 承重索制作

下料承重索每根钢丝绳按指定长度下料，该长度较结构使用长度至少长30 m，以便安装入滑轮时易于转向合并卡固。

4.3.2 承重索架设

承重索采用人工及卷扬机牵引过河岸直接提升法架设，架设前先将预拉后的单根承重索理顺成盘，由西岸人工及卷扬机配合送至河谷底，再由东岸卷扬机牵引至东岸，人工先将东岸钢丝绳按规定尺寸将钢丝绳头穿过Φ30钢管上10 t倒链辅助拽拉、转弯、合并，16只钢丝绳卡卡固。当东岸钢丝绳安装完毕后，进行西岸钢丝绳安装，首先将钢丝绳系于卷扬机钢丝绳上，将承重索钢丝绳拉到设计要求位置，停止卷扬机，配合10 t倒链辅助拽拉、转弯、合并，16只钢丝绳卡卡固。扶手索架设与承重索相同。

4.3.3 预张拉

承重索钢丝绳具有较大的非弹性变形，这种变形将直接影响猫道承重索的垂度变化，严重时可能造成工作人员在猫道上接触不到缆索位置，而无法正常操作，故须先将钢丝绳进行预张拉以消除非弹性变形。

预张拉荷载F＞1/2Fρ＝1/2×56＝28（t），取30t，采用YCQ70－YCW150穿心式千斤顶进行，张拉到位时持荷60 min。每根索预拉2次，张拉时选择温度稳定的夜间进行，以防止温度引起的误差影响测长和标记。

4.3.4 端头处理

承重索按指定长度切割下料后，为防散头，绳头可以用钢丝、胶布缠绕绑扎，安装时穿过Φ40 mm滑轮后，转弯合并，以10只骑马式绳卡卡固，间距40 cm。

4.3.5 标高调整

猫道5根承重索全部安装完毕后，利用交会法测量各索跨中标高，以便调整；5根钢丝绳基本处于同一弧面上，误差控制在2.0 cm以内。

调整方法：在河西岸一固定点设测站，通过全站仪观测各索的切线与水平面间的夹角，利用该夹角和测站的位置，以及塔顶的实测纵向偏移值及塔顶、塔底的温度平均值计算各索的调整长度，并据此利用卷扬机进行调整。

4.4 桥面系施工

为避免混凝土施工时泵管损伤猫道，面网上每间隔铺设方木，并与承重索用U型螺栓或铁丝绑扎固定。

具体施工过程如下：

所有面层及护栏材料均放置在西岸，先将一卷钢板网摊铺放在西岸桥头承重索上，并用8#铁丝将钢板网绑扎于承重索。在此过程中将横梁钢管及扶手钢管用十字扣安装与承重索及扶手索上，使用8#铁丝将护栏钢丝网安装于扶手索及边承重索上。按此施工步骤依次进行，直到东岸。

4.5 抗风缆

安装时，先将抗风绳放于猫道跨中位置，利用6只Φ20 mm钢丝绳卡卡固。上端卡固后，将抗风绳的另一端逐渐下放到河中由卷扬机牵引上岸，分别从猫道跨中两侧将钢丝绳放至河岸两侧与岸上5 t卷扬机钢丝绳连接、拽拉，人工穿插入C30混凝土锚块上预埋型钢中的滑轮上，并同时利用卷扬机将抗风绳张紧到设计吨位，再利用6只Φ20 mm绳卡卡固、固定。抗风缆安装时，应该左右对称，避免受力不均，造成猫道的损坏。

5 结语

重庆巫奉高速公路A5合同段龙洞河特大桥吊索便桥施工后极大地方便了两岸的混凝土泵送和小宗材料的运输及人员交通。便桥安全、稳定，为主体工程的顺利施工提供了有力的保证。龙洞河特大桥于2010年12月底完工，为全线同类构造中第一座贯通的桥梁。

[1]JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].