復雜山區千米級懸索橋的設計與施工創(chuàng )新
保山至騰沖高速公路是云南省干線(xiàn)公路骨架網(wǎng)在滇西地區的組成部分，是由昆明、保山通往緬甸（可延伸至印度）的國際大通道之一。龍江特大橋是保騰高速公路的控制性工程，于K19+970.96～K22+441.58處跨越龍江。大橋距離滇西歷史文化名城騰沖約25公里，距離滇緬邊境猴橋口岸約90km。龍江特大橋是承載保騰高速實(shí)現“歷史文化之旅，自然景觀(guān)之旅、國際通道之旅”的標志性現代化工程。大橋全長(cháng)2470.62m。
主要技術(shù)指標如下：公路等級為雙向四車(chē)道高速公路；大橋標準寬度為33.5m（含風(fēng)嘴）；設計行車(chē)速度為80km/h；荷載等級為公路—Ⅰ級；結構抗震設計按兩階段標準設防（8度地震烈度區）。
龍江特大橋地理位置
獨到之處
1.橋位跨越古滑坡體，覆蓋層深厚、基巖破碎
橋位區錨碇位于覆蓋層深度超過(guò)50m的全風(fēng)化、強風(fēng)化玄武巖、礫巖、黏土巖、粉砂質(zhì)泥巖、凝灰巖地層上。橋軸線(xiàn)河谷騰沖側于1953年發(fā)生大型深層崩塌型滑坡。騰沖側橋軸線(xiàn)邊坡上、下游，歷史上均發(fā)生明顯邊坡滑塌，對岸坡穩定性存在潛在影響。經(jīng)工程地質(zhì)及邊坡穩定性勘察專(zhuān)項研究，確定跨越河谷的橋梁基本安全跨徑。
2.大橋位于高烈度強震山區
大橋位于瑞滇-騰沖地震帶，該地震帶火山巖廣泛分布，地震烈度較高，100年超越概率10％的地震動(dòng)加速度峰值為0.355g，100年超越概率4％的地震動(dòng)加速度峰值為0.477g。騰沖地區地震活動(dòng)頻繁，龍江特大橋抗震執行兩階段設防標準，在目前中國已建千米級大橋中屬于最高地震烈度地區橋梁，地震力效應控制懸索橋索塔設計。
3.獨特的自然、歷史與人文環(huán)境
騰沖，滇西歷史、文化名城。近些年來(lái)正聲名鵲起，吸引著(zhù)無(wú)數的人前來(lái)觀(guān)光。而巍巍高黎貢山下的寬闊而美麗的龍江河谷，就是騰沖魅力的縮影。大橋設計應實(shí)現多功能融合，需融入更高的建筑美學(xué)品質(zhì)。
合理布設
1.龍江特大橋跨越龍江河谷，騰沖側索塔設置在滑坡體后緣安全穩定的位置，龍陵側索塔前沿在安全穩定條件下考慮鋼箱梁吊裝空間。確定主橋為主跨1196m的單跨雙塔鋼箱梁懸索橋，主纜跨徑組成為320m+1196m+320m，保山岸引橋為5×40m連續現澆箱梁；保山岸錨碇區引橋為10×34mT梁橋，騰沖岸錨碇區引橋為14×34mT梁橋；兩岸引道長(cháng)0.368km，大橋全長(cháng)2470.62m。
大橋總體布置效果圖
大橋實(shí)景圖-側俯視
大橋實(shí)景圖-正面俯視
2.索塔采用門(mén)形框架鋼筋混凝土塔，塔柱橫截面采用圓形過(guò)渡至等圓弧四邊形斷面，基礎采用鉆孔灌注樁-鋼護筒復合基礎。
3.錨碇采用重力式錨，無(wú)粘結預應力鋼絞線(xiàn)錨固系統。
錨碇體及主纜錨固系統實(shí)景照片
4.加勁梁采用整體扁平流線(xiàn)型鋼箱梁，全焊接結構。橋面鋪裝為總厚度70mm的高彈改性瀝青+澆筑式瀝青混凝土鋪裝。
5.主纜采用強度為1770MPa級的高強鋼絲，91絲預制平行鋼絲束股。主纜防護采用“纏繞鋼絲+纏包帶+干燥空氣除濕”主動(dòng)式防護。
6.采用鋼絲繩吊索，索夾為騎跨式。
7.龍陵岸接主橋的引橋為預應力混凝土連續箱梁，錨碇區引橋為連續T梁橋，騰沖岸錨碇區引橋為連續T梁橋。
設計先進(jìn)性及技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)
1.主橋為跨徑1196m雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，為目前建成的世界上跨越山區峽谷最大跨徑的懸索橋，也是在跨越山區峽谷特大跨徑懸索橋中首次設計采用全焊接扁平流線(xiàn)型鋼箱加勁梁。具有以下創(chuàng )新意義：
直接大幅度降低了加勁梁的用鋼量指標。據統計研究，龍江特大橋鋼箱加勁梁用鋼量指標（每平米鋼材重量），較鋼桁架+正交異性鋼橋面板結合結構節省約23%，較鋼桁架+鋼-混組合橋面系結構節省約15%。
顯著(zhù)提高了主纜、錨碇結構的經(jīng)濟性。據統計研究，采用鋼桁架+正交異性鋼橋面板加勁梁的基本恒載（每平米加勁梁重量），較龍江特大橋鋼箱加勁梁增加約20%；鋼桁架+鋼-混組合橋面系結構加勁梁的基本恒載，較龍江特大橋鋼箱加勁梁增加約70%。由于鋼箱加勁梁結構十分輕盈，從而顯著(zhù)節省了單價(jià)較貴的主纜系統，體量較大的錨碇的造價(jià)。
加勁梁輕型化直接促成了門(mén)形鋼筋混凝土索塔，在龍江特大橋的合理采用，具有比鋼塔更好的經(jīng)濟性和環(huán)境協(xié)調性。大橋初步設計階段研究分析表明：鋼桁架+鋼-混組合橋面系結構加勁梁方案的索塔地震力大幅增加的同時(shí)，鋼筋混凝土索塔方案難以合理實(shí)現，而鋼塔方案大大增加大橋的建安費。因此鋼箱梁方案因輕盈的自重，促成了鋼筋混凝土索塔在龍江特大橋的合理采用。
踐行了現代化大橋建設提倡的專(zhuān)業(yè)化、工廠(chǎng)化、資源集約化的設計理念，貢獻了中國山區峽谷大橋主梁結構形式的多樣性選擇，提升了山區懸索橋的美學(xué)價(jià)值。鋼箱加勁梁外觀(guān)簡(jiǎn)潔輕盈、抗扭剛度大，整體性好，特別適合工廠(chǎng)化集約建造，還比鋼桁梁節省鋼材。在龍江特大橋設計之前，國內已經(jīng)建成的湖北四渡河大橋、貴州壩陵河大橋、湖南矮寨大橋等，由于各種因素均采用了桁架加勁梁。龍江特大橋充分對橋位建設條件、現有山區運輸道路、運輸工具、我國鋼梁制造技術(shù)充分研究設計，實(shí)現了鋼箱加勁梁在偏遠山區成功實(shí)施，并實(shí)現了結構安全、經(jīng)濟與美觀(guān)的協(xié)調統一，表明在山區大跨徑橋梁中采用鋼箱加勁梁是可行的、先進(jìn)合理的。
龍江特大橋鋼箱梁制造模式流程圖
鋼箱加勁梁極大簡(jiǎn)化了山區峽谷懸索橋加勁梁的檢查養護工作流程及工作量，管養質(zhì)量更易保證。鋼箱梁日常養護只需在內部除濕及日常巡查即可，全焊接封閉流線(xiàn)型外表面不積水不納污垢，利用梁外機動(dòng)檢查車(chē)即可實(shí)現全覆蓋日常巡檢。而鋼桁架梁及其橋面系面臨著(zhù)在幾百米的高空進(jìn)行部位繁多的構造桿件、節點(diǎn)的檢查及維護，到達及檢查困難，安全風(fēng)險大，檢查維護工作量較大，養護工作質(zhì)量保證需要更大的投入。
2.懸索橋索塔柱為塔底圓形，過(guò)渡至下橫梁圓弧似等四邊形截面。全曲線(xiàn)截面索塔柱仍采用常規方法施工，結構上兼具矩形截面好的抗彎剛度和弧形截面更好的抗震延性能力，也充分利用混凝土材料的造型可塑性，實(shí)現其獨特的工程與美學(xué)價(jià)值?；A采用樁-鋼護筒復合基礎，并設置了減震耗能的阻尼器，在有效克服索塔超高地震力效應的同時(shí)，提高了索塔基礎抗震延性能力。
索塔設計結構圖
3.擴大基礎重力式錨碇設置在全風(fēng)化巖層上，錨碇施工時(shí)科學(xué)合理地利用當地豐富的火山灰，替代粉煤灰作為大體積錨碇混凝土拌和料使用，取得良好經(jīng)濟技術(shù)效益。
大橋錨碇構造及設計地基變位分析圖示意
4.主纜防護采用“纏繞鋼絲+纏包帶+干燥空氣除濕”主動(dòng)式防護，為國內首次采用除濕系統+纏絲+纏包帶的新型主纜防腐系統。
5.科研與設計結合，實(shí)現了鋼箱梁鋼橋面正交異性板抗疲勞能力提升。
為提高鋼箱梁正交異性鋼橋面板抗疲勞能力，龍江特大橋設計階段與“大跨鋼橋關(guān)鍵構件的疲勞性能與合理構造試驗研究”課題合作，對鋼橋面正交異性板構造進(jìn)行了優(yōu)化設計研究，該研究提高了正交異性鋼橋面板縱肋與橫隔板交叉部位的抗疲勞能力。研究成果獲得中國公路學(xué)會(huì )2013年度科學(xué)技術(shù)二等獎。
6.因地制宜，大橋橋面設置聯(lián)通兩岸人行道，實(shí)現交通通道與旅游觀(guān)光結合，為游客、當地民眾建立交流與欣賞大橋、河谷風(fēng)光的平臺。
7.實(shí)現現代結構與自然的融合，建造優(yōu)雅美麗的百年大橋。
橋不僅可以促進(jìn)經(jīng)濟增長(cháng)與發(fā)展，還能夠把人們聯(lián)系在一起，實(shí)現人的心靈的溝通。橋與人一樣是有靈魂的，欣賞美麗的橋梁能促使我們的心靈變得更圣潔，身心愉悅與優(yōu)雅。為此，我們設計考慮了：
①路線(xiàn)平面線(xiàn)形在引線(xiàn)部分設置曲線(xiàn)，增加引橋曲線(xiàn)橋梁美感的同時(shí)，也方便行車(chē)人觀(guān)賞大橋之美。
②縱斷面設計符合地形趨勢，設置單向1%縱坡，降低了索塔高度及索塔地震力效應，節省工程造價(jià)。由于橋臺或短引橋直接兩岸觀(guān)景平臺，在方便人行道使用者上下大橋的同時(shí)，使得大橋橋面在兩岸隨地勢結合自然。
③以建筑美學(xué)理念注重索塔橫梁、繞塔人行道、墩臺、護欄、養管等構件細節設計，兼顧大橋整體結構美及與龍江河谷協(xié)調之美。
大橋主橋跨徑采用320+1196+320m，矢跨比采用1/10.5,使得大橋主纜在主跨及邊跨的曲線(xiàn)線(xiàn)形十分從容；梁高僅3m的流線(xiàn)型扁平鋼箱梁，通過(guò)有韻律感的吊索懸吊在主纜上，輕輕飄浮在美麗的龍江河谷上空；向上收分的圓弧似等四邊形索塔柱兼具結構現代感與剛柔之美，亦如騰沖玉器文化特有的“精光內蘊、靜而不燥、質(zhì)地玲瓏、圓潤無(wú)礙”之神韻。重力式錨碇體大部分自然地隱入地面，出露的小部分剛毅身軀為大橋平添幾分穩重感。配上白色的自然色彩，大橋自身結構簡(jiǎn)潔、輕盈、雅致而現代時(shí)尚。整座大橋十分安靜、優(yōu)雅地陪伴在神奇高黎貢山旁，以其達1196m的跨度輕松跨越了寬闊的河谷。在加強了龍江河谷壯觀(guān)性的同時(shí)，大橋也與美麗的河谷構成了一幅自然與工程結合的和諧畫(huà)卷，吸引了眾多來(lái)自全國各地的人們聚集在大橋上，飽覽天人合一之景觀(guān)。
8.依托龍江特大橋成立了交通運輸部西部交通建設科技項目——“強震山區千米級跨徑懸索橋關(guān)鍵技術(shù)研究”。該項目包含了3個(gè)專(zhuān)題——專(zhuān)題一：“強震山區千米級懸索橋抗震性能分析與適宜體系研究”，完成了世界上首例千米級懸索橋的振動(dòng)臺全橋地震模擬試驗。專(zhuān)題二：“山區千米級懸索橋關(guān)鍵施工技術(shù)研究”，在國內外首次提出并實(shí)現了懸索橋先導索的小型遙控無(wú)人飛行器架設和懸索橋鋼箱梁的多地制造，研究完成懸索橋施工中的千米級大噸位纜索吊機，并成功應用于工程實(shí)踐。專(zhuān)題三：“強震山區橋塔處高邊坡安全性分析與安全監測技術(shù)研究”，利用各種地質(zhì)勘察方法查清橋位區域工程地質(zhì)條件，研究了兩岸岸坡穩定性，為大橋跨徑布置提供了可靠的地質(zhì)依據。
9.施工工藝創(chuàng )新
①在國內首次采用無(wú)人飛行器牽引先導索過(guò)江的施工技術(shù)。
②國內首次成功采用索股入鞍段預成型及架設技術(shù)。索股架設僅用時(shí)43天，較一般主纜架設方案提前了兩個(gè)多月，架纜的速度為世界之最。
③國內首次采用噴灑葡萄糖酸鈉作為緩凝劑，配合水槍沖刷的施工方法進(jìn)行錨碇混凝土鑿毛施工。
④懸索橋采用纜索吊機施工，為目前國內最大跨徑的纜索吊系統。
龍江特大橋自2016年4月20日竣工通車(chē)以來(lái)，在便利交通通行的同時(shí)，以其技術(shù)先進(jìn)、簡(jiǎn)潔大氣美觀(guān)、以人為本的綜合設計服務(wù)功能，極大地促進(jìn)了滇西地區，特別是保山騰沖地區的旅游觀(guān)光業(yè)的發(fā)展，吸引了大量的國內外人士到龍江大橋觀(guān)光游覽及技術(shù)交流，成為了云南省、保山及騰沖市的靚麗名片，實(shí)現了創(chuàng )造“歷史文化之旅、自然景觀(guān)之旅、國際通道之旅”的標志性工程建設目標。
本文刊載 / 《橋梁》雜志
2019年 第1期 總第87期
作者 / 李正熔 張焱
作者單位 / 中交公路規劃設計院有限公司
云南省交通規劃設計研究院
編輯 / 周洋
責編 / 王碩
《橋梁》雜志于2004年創(chuàng )刊，以促進(jìn)科技發(fā)展，傳承橋梁文化為辦刊宗旨。以關(guān)注中外橋梁史上值得借鑒的案例、共享中外橋梁史上前沿的創(chuàng )新成果、結識中外橋梁史上久負盛名的大師、瀏覽中外橋梁史上蘊涵的悠久文化為辦刊特色。雜志面向國內外發(fā)行，提供國內外橋梁界最新的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)及實(shí)踐成果，以獨特的視角報道橋梁工程設計、施工、科研、監理、管理、文化等內容，全方位反映橋梁科學(xué)技術(shù)創(chuàng )新，展示橋梁美學(xué)文化。設有關(guān)注、專(zhuān)題、亮見(jiàn)、資訊、技術(shù)、人物、文化、會(huì )客廳等欄目，集科技與文化為一體，具有可讀性、實(shí)用性及收藏價(jià)值。
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