峡口香溪河大桥方案设计

林 杰 李 秋 高建丽

(1.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056；2.兴山县交通运输局，湖北 宜昌 443700)

1 项目概况

峡口香溪河大桥位于湖北省宜昌市兴山县峡口镇，该片区位于举世瞩目的长江三峡工程库区、长江西陵峡北侧，属国务院确定的长江三峡经济开发区。

兴山县山环水绕，环境优美，人杰地灵；水能、矿产、旅游文化资源丰富，交通四通八达。香溪河是流经湖北兴山与秭归的最大河流，于香溪镇东侧注入长江，在三峡大坝建成，达到设计最高通航水位173.31m(85高程)时，香溪河可通航河道里程达37km，一跃成为湖北省三峡库区最大的支流，航运发展潜力巨大。

为实现分流峡口镇街道过境交通及港口运输交通，同时考虑航道发展的需要，预留足够的通航净空，使峡口河段在三峡库区高水位时能够达到内河I级航道标准，峡口香溪河大桥的建设显得尤为迫切[1]。

2 技术标准

峡口香溪河大桥采用的主要技术标准见表1。

表1 峡口香溪河大桥技术标准

3 桥位概况

3.1 地形地貌

图1 桥址区地貌

场地处于鄂西南山地，鄂西南地处扬子准地台的上扬子台褶带，地质构造较复杂。项目区整体处于低山峡谷地貌区，总体上北低南高，地形起伏较小，地面高程在167～239m之间，相对高差72m左右。桥址香溪河左岸多为碳酸盐岩低山地貌，山坡陡峭，山顶多呈浑圆状，山顶高程在600～2000m之间。香溪河右岸以砂泥岩侵蚀构造低山为主，多系单面山，山脊尖棱，山顶高程500～1400m之间。山脊基本上山由砂岩组成，而泥岩则多形成沟谷或缓坡。

3.2 河段特征

桥位处为河流中等切割的低山峡谷地貌，河流下切作用较浅，桥位处河床断面呈深U形，河床底部较为平缓，两侧岸坡较为陡峭；桥位处右岸侧原为砂石料码头，拆迁后现状形成一处平台；两岸山体均较为陡峭，山体坡角约40～45°。河道往下游较为顺直，水面宽度较窄；河道往上游略有转向，且水面宽度逐步变宽；

大桥所跨越的工程河段属于三峡库区，最大水深约62m，库区最高蓄水位173.25m下河面宽度约为225m，库区最低蓄水位143.25m下河面宽度约为160m。

3.3 地质条件

桥址区主要为碎石土、粘土、耕植土、强风化泥岩、强风化白云灰岩、中风化白云灰岩。碎石土分布于原砂石料码头处，为修建码头时的人工填筑土；强风化泥岩主要分布于S255省道上方的山体处。桥位处广泛分布有强风化白云灰岩、中风化白云灰岩，中风化白云灰岩是良好的桥梁基础持力层。

4 桥型方案构思及拟定原则

主桥桥型方案是项目方案选择的重要环节[2]，本桥方案构思主要原则：

(1)桥址区域位于三峡库区范围内，在桥型方案选择时，以通航、防洪等专题报告研究结论为基础，满足通航要求的条件，同时执行水利部门对桥跨布置方面的要求，合理布跨，减少工程造价。

(2)桥型方案应结合工程河段及两岸地形的特点，尽量减小关键工程的难度和技术风险，控制工程的总体规模。

(3)桥型方案的选择应尽量避免在不良地质地段设置大型桥墩及基础。

(4)特大型桥梁是区域性的标志性工程之一，桥梁的建设不但要满足交通功能，还要从桥梁的建筑与景观出发，设计出具有特色的桥型，使桥梁与周边环境协调，适当融入当地历史文化特色，创造具有独特地域性文化的景观桥梁。

(5)在满足大桥使用功能的基础上，应技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理，反映当代造桥的技术水平。

5 桥型方案拟定

5.1 预应力混凝土连续钢构桥

受桥位处地形条件限制[3]，大桥主跨跨径至少需220m，同时为满足桥墩受力的需要[4]，需要抬高主桥纵断面设计标高约30m。为减小大桥两端接线的开挖量，右岸边跨跨径选取为70m，这需对大桩号侧边跨箱梁采取压重设计以便平衡主跨重量[5]。该桥型方案的立面布置如下图所示：

图2 主跨220m预应力混凝土连续刚构方案桥型立面布置图(单位：m)

连续刚构桥方案缺陷在于：①主跨跨径较小、主墩尺寸较大，侵占了高水位期的可通航水域、压缩了河道行洪断面面积，对桥位上下游的港口运营影响亦较大；②主桥两端接线范围内为中风化泥岩且存在多个滑坡体，纵断面被抬高约30m后，接线长度较长、纵坡较大，较大的开挖会对原有滑坡体的产生剧烈扰动，存在安全风险；③主墩桩基采用旋挖桩或冲击钻成孔，需供大型机械作业的空间，但主墩桩基位于河道半坡处，坡面呈40～45°度角，坡面陡峭且为质地坚硬的中风化灰岩，水中搭设施工平台的技术难度及施工风险很大。

综合以上因素，预应力混凝土连续刚构桥方案的可行性较低，本项目不适合采用刚构桥桥型。

5.2 方案一(90+238)m中央索面独柱斜塔斜拉桥

本方案采用(90+238)m的钢箱梁与混凝土箱梁混合梁单索面独塔斜拉桥，全桥跨径布置为：(90+238)m独塔斜拉桥+(2×15)m现浇箱梁，全桥长361m。桥型立面布置如下：

图3 (90+238)m混合梁独塔斜拉桥方案桥型立面布置图(单位：m)

本方案造型新颖独特，气势宏伟，与周围的自然环境相协调。桥塔造型借用昭君携琵琶出塞的典故，将钻石型桥塔圆润化处理，模拟琵琶造型，并将桥塔倾斜10°布设，其意境恰如昭君怀中的琵琶，贴切的体现了兴山县的昭君文化特色[1]。本方案主桥边中跨比极小，为0.378(按双塔类比为0.189)，桥塔向岸侧倾斜10°，可很好的利用主塔的部分重力与边跨斜拉索水平力，来共同平衡主跨斜拉索的水平力，改善结构的受力，达到避免出现边跨负反力的目的。

本方案主跨采用自重较轻的钢箱梁，桥宽25.5m，梁高3.0m，扁平钢箱梁断面，单箱三室构造，全焊结构，由中部的封闭钢箱与两侧的挑臂组成，标准长度12.8m。考虑到常规的钢桥面铺装造价昂贵[6]、较易损坏且地方公路养护机构不具备钢桥面铺装的养护能力，推荐采用超高性能混凝土铺装结构[7]，即4.5cm厚UHPC层+3.5cm厚SMA面层，其中UHPC层可满足全寿命周期耐久性要求，日常维护仅需考虑常规的SMA面层。

边跨混凝土梁采用单箱双室的形式，为平衡主跨梁体重量，对混凝土箱梁顶、底板进行特别加厚，混凝土梁顶板厚40cm，底板厚60cm，斜腹板厚50cm。钢混结合段设于主跨侧距主墩理论跨径线11.05m处，此处主梁的弯矩较小[8]。

图4 方案一鸟瞰效果图

斜拉索为单索面双排索，布置在中央分隔带处，横向间距2.0m，边跨顺桥向标准索距为4.0m，主跨为12.8m，边中跨各17对拉索，全桥共计34对，扇形式布置，采用φ7高强度低松弛成品高强平行钢丝，强度1770Mpa，锚具为冷铸墩头锚具，梁上为锚固端，塔上为张拉端。

主塔为“琵琶”造型塔，主塔总高度126m。“琵琶”型桥塔分为上塔柱、中塔柱及下塔墩三个部分。塔身采用空心矩形截面，上塔柱为变截面，塔顶截面尺寸为7.0×7.0m(顺×横)，横桥向壁厚0.8m，顺桥向壁厚0.8m；中上塔柱之间设有变截面的分叉过渡段；中塔柱为变截面，截面尺寸7.6×6.3m～8.1×4.5m(顺×横)，横桥向壁厚0.8m，顺桥向壁厚0.8m；下塔墩为整体式变截面单箱六室空心薄壁墩，塔墩顶部为墩梁固结区。

采用群桩基础，共15根钻孔桩，桩径2.2m，顺桥向桩中心间距5.5m，横桥向桩中心间距5.5m。承台采用整体式，尺寸为26×15m(横×顺)，高6.5m。

5.3 方案二 主跨260m单跨双铰双钢边箱组合梁悬索桥

本方案采用主跨260m单跨双铰双钢边箱组合梁悬索桥，全桥跨径布置为：2×30m现浇箱梁+260m悬索桥+19m现浇箱梁，全桥长351m。

图5 方案二鸟瞰效果图

加劲梁采用双边钢箱组合梁形式，加劲梁由两侧的双钢边箱、钢横梁、小纵梁及混凝土桥面板组成。钢边箱总宽2.0m，顶板厚16mm，外侧腹板厚28mm，内侧腹板厚16mm，斜底板厚16mm，平底板厚24mm。顶板采用球扁钢加劲，内侧腹板、斜底板、外侧腹板均采用扁钢加劲。钢横梁纵桥向标准间距4m，为工字形钢板梁，主梁中心线处梁高1.43m，顶板24×600mm，腹板厚12mm(非吊点横梁)、14mm(吊点横梁)，横梁底板跨中区域50×800mm、两侧区域24×600mm。混凝土桥面板厚22cm，横桥向分为两块预制板。桥面板利用湿接缝与剪力钉与钢纵、横梁联接为整体。

主缆矢跨比采用1:8，横向布置两根，间距22.0m。采用PPWS(即预制平行索股)法架设，钢丝标准抗拉强度为1770MPa。每根主缆由37根索股组成，每根索股由91丝直径为5.1mm的热镀锌-铝合金镀层高强钢丝组成。主缆缠圆形钢丝缠丝+缠包带进行防腐。

主塔为钢筋混凝土框架结构，由塔座、塔柱、上横梁、下横梁组成。主1号塔高56.0m，主2号塔高53.8m。塔柱为等截面的矩形空心截面，横桥向尺寸为3m，纵桥向尺寸为4m，壁厚0.6m。主塔采用分离式群桩基础，承台高均为3.5m，桩基直径为2.4m，纵、横桥向均两排，共四根。

根据地形及地质情况，采用隧道式锚碇。锚塞体长度均为14m；前锚面7.8m×8.4m(宽×高)；后锚面9.0m×13.1m(宽×高)。主缆锚固系统采用型钢锚固系统，型钢锚固系统锚体锚面与水平面的夹角为47°，理论散索点IP点到前锚面的距离为14.0m。后锚梁中心线与后锚面在同一个平面上。

5.4 方案三 跨径270m的中承式钢管混凝土拱桥

本方案采用计算跨径270m的中承式钢管混凝土拱桥，全桥跨径布置为：2×25m现浇连续箱梁+(29×10m)组合T梁+1×14m现浇简支箱梁，全桥长354m。桥型立面布置图如下所示：

图6 主跨270m中承式钢管混凝土拱桥方案桥型立面布置图(单位：m)

主拱肋计算跨径270m，矢跨比为1/4，主拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.167，拱肋为四钢管混凝土桁架式结构[9]。拱肋上、下弦杆为两根φ1000mm钢管+缀板形成的哑铃型截面，上下缀板外侧间距为800mm，灌注混凝土，混凝土采用早强、缓凝、微膨胀C50混凝土。整个拱肋截面高5.5～9.5m，宽2.7m，上下弦杆间用φ500×16的竖、斜腹杆连接。

两道拱肋之间设有11道横撑以保证拱肋横向稳定。桥面至拱顶之间共设7道钢管桁架“X”形横撑，桥面与拱肋相交处设拱上横梁，拱上立柱处设“K”字撑。

吊杆采用钢绞线整束挤压拉索，成品索采用15.24mm无粘结环氧喷涂钢绞线缠包后热挤HDPE，钢绞线抗拉强度σb=1860MPa。吊杆间距10m，D01号、D19号拉杆采用GJ37吊杆，其余采用GJ25吊杆。

主桥行车道系为钢横梁、钢边纵梁、小纵梁形成的梁格体系与混凝土桥面板组合形成的整体式、全连续的组合梁桥面系。桥面系由过渡墩、拱上立柱、肋间横梁及吊杆提供竖向支撑，形成半漂浮体系。吊杆横梁、拱上及立柱横梁均为工字形钢板梁，桥梁中心线处梁高1990mm，上翼缘板厚24mm、宽600mm，腹板厚16mm，跨中区域底板厚42mm、宽800mm。

主拱2号、3号拱座均为整体式扩大基础，基底落在中风化岩层上。

6 方案比较

结合结构受力、施工难度、景观效果、通航、防洪、工程经济性、工期等对以上三个桥型方案进行综合比选。

表2 主桥方案比选表

续表

从上表中可以看出，尽管斜拉桥方案的总造价微微高于悬索桥及钢管拱桥方案，但该方案桥跨较小，施工工艺成熟，难度较低，不存在悬索桥隧道锚施工的困难，质量易保证，工期为28个月，亦优于其他方案；且斜拉桥总体造型在考虑受力需要的基础上，还融合了地方文化特色，景观效果明显优于其他方案。在通航、港口规划、防洪等方面，斜拉桥方案的影响均较为轻微，总体没有明显的不足。综合以上因素，推荐景观效果突出、施工难度较低的斜拉桥方案。

7 结束语

该桥方案拟定阶段，因地制宜、结合桥位建设条件，考虑连续刚构、斜拉桥、悬索桥及钢管混凝土拱桥四种桥型方案，并从结构受力、施工难度、工程经济性、工期等多个方面进行比选，最终确定了(90+238)m的独斜塔斜拉桥的推荐方案，很好的响应了方案拟定的原则，为类似的桥梁设计提供参考。

峡口香溪河大桥建设进展顺利，目前在前期研究的基础上，已完成施工图设计并获得主管部门的批复，现已进入施工阶段。