凉山州金阳县金沙江溜索改桥设计技术进步

梁 健, 肖 雨, 郑旭峰

(四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院, 四川成都 610041)

1 工程概述

溜索是居住在我国西部大山深处群众的一种原始出行方式，长期以来，当地居民依靠溜索往来于高山峡谷之间或者河流之上，以之作为主要的甚至是唯一的出行手段。使用溜索出行存在很大的安全隐患，给当地人民群众生产资料和生活必须品的运输造成极大的困难，许多地区陆续对溜索进行了改造。“十一五”以来，国务院扶贫办、交通运输部先后在西藏自治区和云南省怒江州组织实施了84 对、42 对“溜索改桥”项目，大大改善了当地人民群众的出行条件，对促进当地经济、社会发展发挥了重要作用。

2012年3月4日，国务院扶贫办在两会期间接受中央电视台专访时表示：“十二五”期间将力争完成对全部溜索的改造，结束这种原始落后的交通方式。2012年3月28日，交通运输部与国务院扶贫办就“溜索改桥”工作进行了会谈，商定将在“十二五”期间，合作实施贫困地区“溜索改桥”工程，结束“溜索时代”。2013年8月8日，由国务院扶贫办、交通运输部组织的“溜索改桥”工程建设座谈会在北京召开，决定于2013年～2015年在全国实施290对“溜索改桥”项目。

金阳县对坪一村西营组溜索改桥工程(图1)位于四川省凉山州金阳县对坪镇和云南省昭通市巧家县东坪镇之间，项目区域属我国边远落后的少数民族地区。因地处高山峡谷，地势险峻，过去受经济条件限制，建桥成本高，溜索一直以来是四川、云南两岸居民横跨金沙江最主要甚至是唯一的交通方式。

图1 金阳县对坪西营组溜索

对坪镇一村西营组溜索位于四川省与云南省交界的金沙江上，溜索长度325 m，为柴油机卷动的箱笼溜，为川滇两省的私人投资兴建。一村西营组溜索主要连通四川省金阳县对坪镇与云南省巧家县东坪镇太平场移民安置点，可运输行人、摩托车、小轿车通行，直接涉及人口四川岸约8 000人，云南岸人口约1 193人。当前，从奥威大桥(上游13.9 km)至通阳大桥(下游25.6 km)之间的40 km内，原有思茅坪村溜索、山江村溜索、老渡口村溜索、么米花村溜索、春江街下溜索、王家屋基溜索等己相继拆除，两岸居民来往只能远距离绕行。

该桥主要技术标准如下：

荷载等级：公路—Ⅰ级；桥梁宽度：10.5 m(含两侧各1.5 m人行道)；地震基本烈度：Ⅶ度；地震动峰值加速度：0.15g。

2 桥型方案

桥位于溪洛渡库区，两岸地形陡峻，最高蓄水位时水面宽度约260 m。此跨径可选用的桥型有连续刚构桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥。由于两岸地形所限，采用常规的预应力混凝土连续刚构桥边跨布置困难，不推荐采用。同时，因该桥所在位置偏僻，资金不足，养护人员和技术条件有限，无法对悬索桥、斜拉桥等桥型进行有效的后期维护，因此也不是合适的桥型。因此，拱桥是最为合适的选择。

同样由于养护、维修及工程造价的因素，钢拱桥和钢管混凝土拱桥也不是该工程的优选桥型。因此，考虑采用上承式钢筋混凝土拱桥一跨跨越金沙江。

为避开两岸卸荷裂隙，主跨采用净跨径280 m。大桥全桥长391.9 m。主桥桥面采用0.3 %的双向纵坡。全桥跨径组合为2×22.7 m(预应力混凝土小箱梁)+295.1(13×22.7) m(钢筋混凝土拱桥)+2×22.7 m(预应力混凝土小箱梁)，主孔净跨为280 m，起拱标高为604.461 m。主桥长295.1 m，引桥长为96.8 m(图2)。

图2 桥跨总体布置

3 结构构造

3.1 主拱圈设计

主拱采用等截面悬链线无铰拱，净跨径280 m，净矢高46.7 m，矢跨比1/6，拱轴系数2.5。拱圈采用横向宽度8 m、高度4.9 m的单箱双室截面，标准段顶、底板厚0.4 m，腹板厚0.3 m。拱圈拱脚至第一根立柱间顶、底板和边腹板厚度渐变，顶、底板混凝土厚度由标准段的0.4 m线性变化至拱脚的0.7 m，边腹板厚度由标准段的0.3 m线性变化至拱脚的0.55 m，拱圈断面如图3所示。

(a)拱顶截面

(b)拱脚截面图3 拱圈构造(单位：cm)

3.2 拱上构造

拱圈上设垫梁，垫梁较低一侧高50 cm。垫梁上设立柱，立柱横向为双柱。两岸接近交界墩的立柱最高，采用空心薄壁结构，其余立柱采用实心结构。空心立柱横桥向宽160 cm，纵桥向墩顶宽160 cm，纵桥向按100∶1的比例放坡，薄壁厚度为40 cm。实心立柱采用等截面，横桥向宽160 cm，纵桥向宽140 cm。

立柱之上的钢筋混凝土盖梁宽220 cm，高150 cm，盖梁水平设置，盖梁上垫石高度各不相同，以此适宜桥面横坡。

拱上构造如图4所示。

图4 拱上构造(单位：cm)

3.3 行车道梁

行车道板采用预应力混凝土带翼小箱梁，跨径22.7 m。横断面上设4片梁，梁高为140 cm，中板宽267 cm，边板宽258 cm，如图5所示。

图5 行车道梁横断面布置

3.4 拱座和交界墩

两岸拱座基础置于完整的弱风化基岩上，拱座采用钢筋混凝土结构。

交界墩为双柱薄壁空心墩，横桥向墩宽250 cm，纵桥向宽400 cm，墩薄壁厚度为40 cm。

4 主拱架设方案

主拱采用强劲骨架法架设，即先架设钢管混凝土强劲骨架成拱、再利用形成的骨架外包混凝土、最终完成拱圈施工的施工方案。

4.1 主拱强劲骨架构造

劲性骨架为钢管混凝土弦管与型钢腹杆组成的桁架结构，上、下各三根φ508×16(24) mm、内灌C60混凝土的钢管混凝土弦杆；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，在拱肋横联对应位置设交叉撑，加强横向连接。腹杆及平联与弦杆均采用焊接连接。如图6所示。

图6 劲性骨架构造

4.2 强劲骨架节段安装

劲性骨架采用由扣挂体系和吊装体系组成的骨架安装体系，采用两岸对称悬拼。

扣挂体系包括扣索、尾索、张拉端、扣点及锚碇五大结构部分。扣索及尾索由多束φ15.24低松驰高强度钢绞线组成。当完成劲性骨架安装合拢后，即可将钢绞线拆除。扣索及尾索的张拉端利用设在两岸交界墩盖梁上的扣塔(钢锚箱)，用专用千斤顶调整张拉索力。扣点设于劲性骨架上，由连接板、反力座和P型挤压锚组成。锚碇设于两岸桥台位置。如图7所示。

每拱半跨劲性骨架分12个吊装节段和一个合龙段(最大吊重约45 t)。每两个吊装节段为一扣段，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。临时扣索采用钢丝绳，每岸设两组，各扣段交换使用。节段安装就位后，拉浪风索,确保横向稳定。每一扣段的吊装节段就位后，调整扣索力，待节段控制点位置满足要求后，焊接弦杆接头。

图7 斜拉扣挂体系布置

吊装体系的吊塔，采用钢管格构形式，设于两岸地势较高处，如图8所示。

图8 扣吊体系现场

4.3 钢管混凝土浇筑

强劲骨架在松索以后灌注上、下弦钢管内混凝土。采用C60高强混凝土，以泵压法自拱脚向拱顶压注完成。

4.4 拱圈浇筑

拱圈的浇筑采用“两环十二工作面”的浇筑方式。即先两岸对称浇筑底板+边腹板直至合龙，然后再两岸对称方式浇筑中腹板+顶板混凝土，如图9所示。

5 主要计算结论

5.1 静力验算结果

正常使用阶段，按照最不利工况计算表明：主拱钢筋混凝土承载力、主拱刚度满足有关规范和设计要求(表1、表2)。

5.2 动力计算结果

动力特性分析表明：该桥自振频率处于合理范围，能保证结构正常使用(表3)。

5.3 稳定计算结果

桥梁整体弹性稳定系数均大于4.0，满足有关规定的要求(表4)。

5.4 抗震计算结果

地震作用下采用反应谱分析方法(表5、表6)。

6 主要技术进步

该桥技术进步，主要体现在以下几方面：

表1 主拱钢筋混凝土承载能力验算

表2 主拱刚度验算 cm

表3 桥梁动力特性一览表

表4 弹性稳定计算成果表

表5 主拱钢筋混凝土E2作用下承载能力验算(纵向)

表6 主拱钢筋混凝土E2作用下承载能力验算(横向)

(1)采用强劲骨架。经优选后，采用φ508 mm钢管和高强自密实混凝土等级(C60)构成的钢管混凝土弦杆、腹杆采用大刚度型钢构件，共同组成的骨架属强劲骨架。大大提高了骨架的强度和刚度，采用“两环十二工作面”的施工工艺。简化了施工程序、便于模板安装和移动，从而减少外包混凝土工期并保证施工质量。

(2)采用强劲骨架专用计算理论进行设计。在计算中，计入骨架与钢筋混凝土拱圈的复合受力效应，考虑了劲性骨架在运营阶段对承载能力的贡献，从而进一步优化截面，减少外包重量，简化外包程序，节约工期并降低总造价。

(3)高性能混凝土的应用。在钢管混凝土拱桥中采用C60高强、高性能钢管混凝土，外包混凝土采用了C50高性能混凝土。保证了管内混凝土的灌注质量，降低了外包混凝土振捣作业的难度。

(4)专用移动吊架的使用。拱圈混凝土外包分两环依次分节段浇筑完成。

外包过程中，由于拱肋为悬链线，各个地方曲率均不相同，再加上拱肋外包混凝土施工悬空过高，因此设置了专用移动吊架,由天车、吊杆、底平台、行走系统、止推装置等组成。该吊架设备解决了原来施工工艺安全风险高、施工难度大、临时材料多的技术难题。

(5)抗风研究成果的应用。

(6)针对桥位地处干热河谷，风大的特点，进行了专门的抗风研究：①通过现场实测和数值分析，得出大桥桥址处的风场特征及平均风速分布规律；②通过分析研究，得出两座大桥的设计风参数；③通过分析，判定两桥施工运营抗风安全，并给出施工期的指导性抗风措施。合理布置抗风缆等措施。

7 结束语

金阳县对坪金沙江溜索改桥自开工以来，受到各大主流媒体和社会各界的极大关注，目前桥梁已基本建成，将于2018年8月正式通车，为当地居民的出行带来极大方便，同时也将给当地的社会经济带来巨大的进步。四川属盆地地形，盆周多山区，有大量典型的V型和U型山谷，山陡沟深，特别适宜拱桥的修建，强劲骨架法施工的大跨径钢筋混凝土拱桥有效的解决建设条件复杂、运输条件不便、施工条件恶劣、后期养护困难等诸多问题，将有力推动我省山区的桥梁发展和技术进步。