因地制宜 低碳环保——中交怒江连心桥的设计与施工
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2022年10月09日 09:37:29
来自于桥梁工程
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中交怒江连心桥(又名“怒江渡口大桥”)位于怒江州泸水市六库镇内,跨越怒江连接重阳路和渡口路,由中交集团出资援建。大桥的建成对优化区域交通网络、缓解交通压力、完善城市道路交通网络、改善当地群众生产生活条件起到举足轻重的作用,对增强集聚辐射能力、提升城市形象、彰显城市魅力、推进城市化进程产生积极而深远的影响,对助推怒江脱贫攻坚、实现全面建成小康社会具有十分重要的作用和意义。


设计荷载:城-A级;桥面宽度22.8m;地震烈度:Ⅷ度,地震动峰值加速度为0.2g。


该项目于2018年8月8日开工,2020年8月12日正式通车。


 

桥位鸟瞰图


一座超大悬臂顶推钢箱拱桥

桥位特点


1.河床及两岸陆地岩层埋深较深,加之考虑地震及断裂影响,宜设置简支体系杆拱。


2.怒江主河槽较宽,四季水深流急,搭设支架施工困难且风险极大,且江中设墩困难,需一跨过江。


3.桥西岸位于高黎贡山东麓,属河流侵蚀、堆积阶地地貌。出露基岩为寒武系砂质板岩,多为强风化岩,山体整体性较差。东岸为老城区,建筑密集。两岸均缺少平地纵深,采用缆索吊装系统适应性差,且对两岸环境影响较大,造价高。


4.城区侧有拆迁后的平整场地165m×40m,可用于组拼;东岸河底坡度较缓,距离岸边约40m位置有设置临时墩可能性。


5.东岸桥头立着一棵有300年历史的木棉树,当地人称为“神树”, 设计、施工方案需绕避古树。


 

两岸地形

 

水流湍急

 

岸边古树

桥型方案与施工工法选择


根据建设条件,桥型方案推荐采用下承式系杆拱桥,可实现一跨过江,与两岸地形相适应,且单跨简支体系更适应强震区的抗震要求。

施工工法选择


拱桥施工工法常见的有缆索吊装、满堂支架先梁后拱、拖拉法、顶推法等。如采用钢管混凝土简支系杆拱,则需采用缆索吊装施工,与桥位条件欠符合,施工困难,临建费用高。


怒江州分雨季和旱季,雨季时间为5月至10月,持续时间长达6个月,有效施工时间较短,雨季期间给施工增加一定难度,怒江河流湍急且主桥属于高空作业,施工技术难度大。针对桥位处的特殊水文、地理环境,提出了顶推的施工方案。对于下承式拱桥的顶推施工,一般做法是先将主梁顶推到位后搭设临时支架,再进行拱肋安装施工。但由于桥位处雨季时间长,河流湍急,深水临时墩桩基施工难度非常大。因此,提出了超大悬臂拱梁整体顶推的施工方案。


设计要点

桥跨布置


主跨为144m钢箱系杆拱桥。


 

桥型布置图

下部结构


0号和3号桥台均采用U形台,1号桥墩采用墙式墩,2号桥墩采用柱式墩,均为群桩基础。

上部结构


主桥采用下承式提篮拱桥,简支体系。主梁采用钢-混凝土组合梁,钢梁、拱肋、立柱、横梁均采用Q345qD钢材,钢结构为全焊结构,吊杆采用网状结构。网状吊杆拱桥的拱肋和系梁承受的弯矩较直吊杆减小,且分布更为均匀,使得结构尺寸小、自重轻,更适合顶推方案,进而降低了工程造价。


主桥钢结构在工厂分节段制造,汽运至现场岸边进行焊接拼装,完成主体结构后整体顶推就位,受限于怒江4m/s的流速、17m的最大水深,仅能设置一个临时墩,单孔顶推跨径达到100m。

拱肋


拱肋采用全焊钢箱结构,设两片拱肋。主桥拱轴线拱脚间距140m,铅直面内投影矢高23m,矢跨比1/6.09,拱轴线线形为二次抛物线。拱肋为提篮拱形式,拱肋内倾10度。


拱肋采用矩形截面,高2.0m,宽1.56m。考虑制造及运输条件,除拱脚外,拱肋分为11段。拱肋间设置5道横撑,箱形结构。


拱脚与系梁、端横梁连接为固接,通过设置纵横向隔板、加劲肋等受力板件。

系梁


系梁采用全焊组合梁结构,系梁两侧为四边形的边主箱,中间为工字横梁。边主箱高2.0m,宽1.6m。系梁每隔3.75m设1道中横梁,全桥共设37道。在横梁顶面设置剪力钉与钢筋混凝士桥面板结合。


两道横梁之间设置3道小纵梁,为工字形,纵梁顶设剪力钉。


系梁桥面板为钢筋混凝土板,通过纵、横梁顶面的剪力钉与钢梁形成组合梁,桥面板厚度为25cm,分预制部分和现浇部分,采用C50混凝土。

吊杆


全桥共64根吊杆。吊杆纵桥向间距为7.5m,在拱肋平面内交叉网状倾斜布置,水平夹角67度。


主要设计关键技术


1.大跨度网状吊杆拱桥受力及关键参数影响研究

根据桥梁建设条件、通航要求、建设规模、主要技术标准、景观环境、交通量的具体要求,对大跨度网状吊杆系杆拱桥的断面形式、桥跨布置、结构体系、架设方案、现场拼接方案等进行了综合考虑,研究了矢跨比、吊杆间距、拱梁刚度比值等关键参数对结构总体受力的影响,研究了网状吊杆的合理布置形式、吊杆在恒定倾角、递增倾角、递减倾角、法线等夹角布置,以及下端点间距渐变布置等情况下对结构总体受力和稳定性的影响。


2.基于BIM的大跨度拱桥三维正向设计方法研究

网状吊杆提篮拱桥构造复杂,为提高桥梁设计的自动化水平,降低桥梁结构模型建模强度,研究基于GIS、倾斜摄影和点云扫描的工程场地地形及地质信息的三维数字化模型技术,开展桥梁参数化自动设计技术研究。研究桥梁结构中拱肋、主梁、墩台等各类结构的常用截面形式,提出各类典型截面的关键参数及变截面间的空间映射关系,建立由参数化驱动的桥梁结构典型截面。


3.9度抗震设防下承式系杆拱桥抗震关键技术研究

针对9度高地震烈度区,开展下承式网状吊杆拱桥动力性能分析,研究水平地震和竖向地震对不同吊杆布置形式的抗震性能影响。


主要施工要点


根据东岸实际拆迁情况,可以设置主桥总体拼装场地,采用整体顶推施工方案。江中只能设置一处临时墩,位置在距离东岸主墩40m处,顶推跨径达到100m。


该项目顶推方案结合现场实际情况,采用导梁+部分主梁先行顶推,后续完成拱梁组合体系进行二次顶推,该方案与常规顶推施工相比,可以减少约1/3拼装场地的使用。


 

首次顶推施工

 

首次顶推到位

 

完成拱梁组合体系

 

二次顶推到位


价值启示


通过对网状吊杆下承式钢箱拱桥的精细化设计,节约了拱肋用钢量约10%,降低了工程造价。


针对复杂多变的山区自然环境条件,采用超大顶推跨径(单跨顶推100m)拱梁组合体系钢桥,创新性地采用了基于承压杆和长导梁的拱梁组合结构体系二次顶推新工艺,实现了狭窄场地拼装、超大悬臂顶推,被当地群众称赞为“行走的桥”。该工法有效缩短了施工工期,降低了工程投入约20%。


通过路线调整,保护了古树,留住了绿色,这也是当地老百姓口口相传的“移桥护树”的故事。


由国务院扶贫办社会扶贫司指导、中国社科院组织开展了《企业扶贫蓝皮书(2020)》之“最美扶贫图片”评选,“中交怒江连心桥”一图在100多幅作品中脱颖而出,获得了第一名。


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