红河特大桥主桥桥型方案比选

姚建锋

(苏交科集团股份有限公司 南京市 210019)

1 项目概况

红河特大桥位于元阳县南沙镇南沙水电站库区内，对应里程桩号K66+855.000～K68+229.000，是红河州建水(个旧)至元阳高速公路上的关键控制性工程。本项目采取双向四车道高速公路技术标准建设，路基宽度为25.5m，设计速度采取80km/h。

桥址区地属于中高山河谷地貌，两岸地形坡度较陡，左岸地形25°～35°，为一凸出的山梁，山梁两侧冲沟切割较深，拟建桥梁轴线距离上游侧冲沟直线距离最近约260m,距离下游侧冲沟直线距离约340m。右岸地形40°～50°，局部为陡崖，上游侧距离桥梁轴线直线距离约230m发育一条较深的冲沟。

2 桥梁设计理念及原则

红河特大桥孔跨布置及桥面高程不受洪水位控制，主要为克服山区陡降高差、跨越深沟陡谷而设置。红河特大桥桥梁工程包括引桥及主桥，在桥型方案及桥梁结构设计时主要根据桥位处路线走向、地形地质、河(沟)床特征、从安全性、适用性、经济性、美观性、施工难易程度及后期管理维护费用等方面进行综合考虑。

路线设计线位高于河谷两岸台地，设计标高距离谷底常水位高度约181m，常水位时库区水域宽度约350m，洪水位时库区水域宽度约375m，红河季节性汇流对桥梁总体设计无影响；根据本桥的地形地质特点，桥梁跨度可供选择的范围介于300～1100m之间，对应桥面以下塔墩高度范围介于60～195m；

若主桥跨度小于300m则下塔柱高度大于200m，且大桥主墩落在水中，技术难度及施工风险极高；若主桥跨度大于1100m则大桥经济技术指标较差。故本桥总体设计主跨径选择介于300～1100m之间，通过S214省道及施工便道的建设，施工场地均可以到达。

3 主桥桥型方案设计

3.1 700m悬索桥方案

红河河谷为“V”型剥蚀谷，由于山势陡峭，跨径较小时桥墩高度超高施工困难，方案一悬索桥桥型方案设计主要采用700m单跨钢桁梁悬索桥方案。

图1 700m悬索桥方案

本方案特点：

(1)采用单跨双铰体系，边跨设引桥；

(2)加劲梁采用钢桁梁，结构整体刚度较大，结构竖向变形较小；

(3)锚碇采用重力式锚碇、隧道锚，适合地形、地质条件，稳定性和安全性好；

(4)钢桁梁组件在工厂加工，在现场拼装，而后采用缆索整体吊装，施工方便，施工风险较小，施工措施费用低。

悬索桥加劲梁在活载、温度、风、地震等多种荷载作用下可能在多方向上产生变形。因此，对加劲梁的约束应协调横、纵、竖三个方向及扭转多个方面，从而选择合理的加劲梁约束系统，使得加劲梁适应各种荷载，同时保证结构安全及耐久性。竖向支座采用双向活动抗压支座；横向拟设置抗风支座，布置于加劲梁端横桁架的上下弦杆两侧；纵向设置粘滞阻尼器，位于加劲梁两端。

3.2 (200+460+115+60)m斜拉桥方案(图2)

根据两岸地形接线及合理的边中跨比，斜拉桥方案桥跨布置为(200+460+115+60)m，半漂浮体系,边中跨比0.476/0.417。索塔处设置横向限位支座，纵向设置阻尼限位装置，建水侧下部桥墩较高，边跨未考虑设置辅助墩。元阳侧设置辅助墩，采用预应力混凝土梁。

图2 (200+460+115+60)m斜拉桥方案

本方案特点：

(1)混凝土桥面板代替受力复杂的正交异性板，桥面刚度较大，对桥面板及桥面铺装受力有利；

(2)收缩徐变对结构产生较大的影响,结构内力的二次分配产生一定的影响；

(3)梁段分块制造，现场散件组装，现场安装工作大，梁段吊重小，桥面吊机要求较小，现场安装周期长；

(4)较好地平衡了跨径与墩高之间的矛盾。

结构整体为半漂浮体系。索塔位置设置竖向支座、横向抗风支座、纵向限位阻尼；过渡墩位置设置竖向支座和横向抗风支座。

3.3 1020m悬索桥方案(图3)

图3 1020m悬索桥方案

本方案特点：

(1)与方案一相比主塔下塔柱较矮，施工更为便捷；

表1 桥型方案综合比较表

(2)主桥完全跨过岩溶发育区等不良地质路段；

(3)加劲梁采用钢桁梁，结构整体刚度较大，结构竖向变形较小；

(4)钢桁梁组件在工厂加工，在现场拼装，而后采用缆索整体吊装，施工方便，施工风险较小，施工措施费用低；

(5)左右侧主缆刚度差异小；

(6)工期较长、造价较高。

竖向支座采用双向活动抗压支座；横向拟设置抗风支座，布置于加劲梁端横桁架的上下弦杆两侧；纵向设置粘滞阻尼器，位于加劲梁两端。

4 结束语

山区公路地形地质条件复杂，对桥梁选型要求较高，以“安全可靠、经济合理、耐久适用、技术先进、美观、环保”为目标，在设计中以“设计全寿命周期成本”的新理念考虑大桥的建设、投资，按照“以人为本”的设计理念进行桥梁方案设计。

红河特大桥是一座典型的超高墩、大跨、特长山区高速公路桥梁，在跨径布置和桥型方案选择时，充分论证跨径大小与塔墩高低二者之间的相互制约，对结构安全、工程造价的影响，协调结构安全可靠、施工难易与工期控制以及工程建设合理投资三者之间的平衡。