[分享]矮寨特大悬索桥施工，全方位解析世界级施工方案！

时间: 2020-08-01 06:41 阅读: 次大中小

背景

矮寨特大悬索桥为钢桁加劲梁单跨悬索桥，桥梁两端直接与隧道相连，采用双向4车道高速公路标准，设计车速为每小时80公里，设计汽车荷载为公路-1级，桥面设计风速34.9m/s。地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。路基宽度24.5米，桥身全长约1073.65m，悬索桥的主跨为1176m。矮寨悬索大桥项目启动预算7.9亿元，实际完工造价15亿元。

【五大世界难题】地形险要：

桥面到峡谷底高差达355米，两岸索塔位置距悬崖边缘仅70至100米。

地质复杂：

索塔处存在岩堆、岩溶、裂隙和危岩体等不良地质现象。仅在吉首岸索塔基坑附近就发现大小溶洞18个，其中最大的溶洞体积近万立方米。

气象多变：

峡谷多雾，瞬间最大风速为31.9米每秒，严重影响施工测量和主缆架设。

吊装难：

主缆及钢桁梁在300至400米高空架设，单件吊装最大重量达120吨。

运输难：

土建工程运量大，仅钢材、水泥、砂石等材料运输总量就达18万吨。

五大施工难题

一

首次采用塔梁完全分离结构。一般悬索桥设计中，塔与梁相接，但矮寨大桥索塔位置距悬崖边缘仅70-100米，下面即是数百米高的谷底，地形比较特殊。使用塔梁完全分离结构可以最大限度减少对山体的开挖，缩短钢桁梁长度，节省投资；实现了桥梁结构与自然景观的完美融合。

二

首次在悬索桥上使用大型岩锚吊索。由于选用了塔梁分离式悬索桥结构，使钢桁梁长度小于主塔中心距，主缆存在无吊索区，会出现吊索卸载应力为零的情况，且钢桁梁转角位移大，钢桁梁的上、下弦应力超标，需对钢桁梁作特殊设计。因而设计采用的是增加竖向锚固拉索方案，设竖向锚固拉索，通过预应力岩锚将其锚固于岩石上。

矮寨大桥的钢桁加劲梁包括钢桁架和桥面系。钢桁架由主桁架、主横桁架、上下平联及抗风稳定板组成。主桁架为带竖腹杆的滑轮式结构，由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成。上弦杆、下弦杆采用箱形截面，除支座处腹杆采用箱型断面外其余均采用工字型截面。主桁桁高7.5m，桁宽27m，节间长度7.25m。一个标准节段长度14.5m，由2个节间组成，在每节间处设置一道主横桁架。

主横桁架采用单层桁架结构，由上、下横梁及竖、直腹杆组成，其中上下横梁采用箱形截面，腹杆均采用工字型截面。上、下平联均采用K形体系、箱型截面。

加劲梁的架设采用轨索移梁法，轨索移梁法即利用大桥永久吊索，在其下端安装水平轨索，再将水平轨索张紧作为加劲梁的运梁轨道，实现由跨中往两端节段拼装大桥的钢桁加劲梁。相对于桥面吊机拼装方案，轨索移梁方案可大大减少钢桁梁的高空拼装作业，既可节省工期和节约投资，又有利于保证施工安全及施工质量。

三

首次采用碳纤维预应力索对岩锚底座进行锚固。将岩锚吊索所受的拉力传至地面岩体上，常规岩锚索预应力筋材采用钢绞线，矮寨大桥根据研究试验后采用了高性能的碳纤维作为预应力筋材，与传统钢绞线相比，碳纤维材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀的特点，为桥梁的安全提供充分的保障。

四

矮寨大桥采用了桥隧相联的形式，施工阶段，隧道入口仰（边）坡开挖、隧道掘进、塔基开挖、隧道式锚碇开挖均会对山体稳定造成一定影响；运营阶段，索塔与锚碇的荷载、端吊索的荷载将共同作用于山体。设计者运用了FLAC-3D岩土工程分析软件建立岩体的本构模型，对山体的整体稳定性进行了分析计算。对山体进行了必要的加固防护措施，以确保山体的稳定和桥梁结构安全。

五

为确保大桥的抗风稳定性和安全性，湖南大学风工程试验中心围绕该桥的抗风设计问题，做了系统的计算分析以及风洞试验研究。设计制作了1:245的全桥气弹模型，全面检验了矮寨大桥的抗风性能，完全满足抗风设计要求。鉴于山区风环境极其复杂，在桥址处建立了一种远程控制的新型的悬索吊挂式风环境观测系统，并已投入使用。长期观测资料将充实和修正现有风环境研究结果。

四项“世界第一”

一、大桥为目前世界峡谷跨径最大悬索桥；

二、首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案；

三、首次采用“轨索滑移法”架设钢桁梁；

四、首次采用岩锚吊索结构，并用碳纤维作为预应力筋材。

桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，全长1073.65m，悬索桥的主跨为1176m。该桥跨越矮寨大峡谷，主跨居世界第三、亚洲第一。