1、概述
奉节梅溪河大桥位于奉节县以东2公里,距梅溪河长江入口处约1.3公里,东岸连接白帝城及奉(节)~巫(山)公路,西岸连接奉节新老县城及奉(节)~云(阳)公路,桥梁全长49m(图1)。
该桥设计荷载汽车-20级、挂车-100、人群-3.5kN/m2,桥面宽度净-14+2×1.75m人行道及栏杆,全宽17.5m,地震烈度6度。
桥区年平均气温16.4℃,多年平均降雨量1423.7mm,多年平均流量42.62m3/s,最大洪峰流量2500 m3/s,为典型山区性河流,桥位区出露基岩为灰岩含泥灰岩,覆盖层为卵砾石、粉细砂、粉质粘土,厚1-5m。
图1 建成后的梅溪河大桥
2、主桥结构
大桥主跨为一孔288m的钢管混凝土上承式拱 (见图2)。
图2 桥梁总体布置图
(1)上部结构
①主拱圈:主桥上部为上承式钢管混凝土桁构式肋拱,净跨径288m,矢跨比1/5,矢高57.60m,肋轴线设计拱轴系数m=1.5。拱肋为变高等宽的钢管混凝土桁构,肋总高5~8m(拱顶5m、拱脚8m),总宽5.32m弦管采用Ф920×14mm钢管内灌C60混凝土,见图3。
图3 拱肋一般构造图(单位:cm)
②主拱节点构造:主拱圈弦管与腹杆的连接为相贯线,坡口焊接,在竖直面还设有节点板加强节点的连接(见图4)。
图4 主拱节点构造图
③主拱接头构造:分拱脚接头、节段接头和拱顶接头三种。
拱脚接头:采用竖向可转动的铰接头型式,即拱脚截面中心处设一弧形铰,铰轴采用钢管混凝土(如图5),以两铰拱合龙后,再固结拱脚,转化为无铰拱。
图5 拱脚接头构造图
节段接头:采用内法兰型式,法兰盘间用高强螺栓等强度连接。
拱顶接头:采用内置式接头构造,接头间设置钢楔,钢楔的作用一是调整拱顶合拢间隔,以消除拱肋因制作等原因造成的接段长度误差,二是通过千斤顶对组合钢楔施力调整拱肋上下弦管内力,同时可起到调整拱轴线型的作用。
④拱上立柱及盖梁:拱上立柱采用钢管混凝土排架,竖向主管采用Ф351mm钢管,内灌C50混凝土;盖梁为宽1.8m、高度1.2m的钢筋混凝土“Π”型盖梁,分两段预制安装,立柱上下端接头采用预埋连接件先栓接后焊接。
(2)下部结构
主桥拱座纵向13.5m、高14m,其下设置竖撑、后面设置平撑,西岸水平撑10m、竖撑8m,东岸水平撑20m、竖撑8m;引桥墩墩柱为双柱式变载面矩形空心柱,盖梁宽度1.4m、高度1.6m;交界墩墩柱亦为双柱式变截面矩形空心柱,盖梁宽度2.0m、高度2.0m,兼作主拱施工扣锚交换梁;桥台均为U型桥台。
3、大桥主要施工方案
(1)拱圈桁架的加工
拱圈桁架采用工厂制作成拱肋节段,通过洪期水路运输至工地起吊安装,全桥共分28个拱肋节段,拱肋主弦杆为螺旋焊接管,采用远红外—全液压自动弯管机加热煨弯的方法将弦杆加工成微弧形。
(2)拱圈桁架的安装(见图6、7)
采用60t缆索吊装,斜拉扣挂方式安装拱圈。
图6 拱肋桁架节段吊装示意图
图7 施工中的奉节梅溪河大桥
扣索、锚索:扣、锚索采用临时防护的平行钢丝,两端用镦头锚锚固。
锚碇、交换梁:西岸利用1号桥台、东岸利用10号桥台,分别在台后增设地锚梁与桥台连接共同组成重力式锚碇,交界墩盖梁即兼作交换梁。
扣、锚拱肋节段:全桥拱肋节段共28段,每岸共14个扣索单元(单肋7个),扣索张拉端设在交换梁(即交界墩盖梁)上,锚索张拉端设在锚碇上,扣、锚索应同步张拉,使交换梁基本保持零位移状态。
(3)拱肋合拢
拱圈合拢的体系转换:两铰拱(拱顶合拢)→无铰拱(拱脚封铰),步骤是:分级释放扣索力、拱顶合拢、封拱脚铰。
(4)拱圈混凝土灌注
管内混凝土的浇筑程序:先上弦后下弦、先内侧后外侧、每次分左右两肋、每肋一根管,对称、均衡进行施工。
(5)拱上立柱
立柱钢管排架采用工厂制作成空间排架节段,运输至工地起吊安装,在安装好立柱排架后,先安装盖梁再灌注立柱管内混凝土。
4、主要技术特点及创新
(1)拱肋及立柱等主要受压构件均采用钢管混凝土,充分利用了钢管混凝土抗压强度高这一突出优点,减轻 了结构自重,钢管既为结构又兼作混凝土浇注模板,为施工带来了极大的方便,大大节省了工期和造价。
(2)采用了一种新型的主拱接头,为主拱的架设和安装提供了方便,实现了多节段快速安装,为同类型桥梁设计起到了指导作用。
(3)设计采用了“斜拉扣挂”施工工艺,拱圈桁架的安装采用缆索吊装、斜拉索扣挂拱肋节段的方法,实现拱桥超多段(本桥分14段)的缆索吊装施工。
(4)利用交界墩盖梁作交换梁、利用引桥和桥台的重量作锚碇,安装主拱钢管节段,省去了扣挂系统中的地锚和交换梁,节约了大量的施工费用。
奉节梅溪河大桥曾获四川省优秀工程设计二等奖,该桥率先设计的“钢管混凝土拱圈钢管节段拼装接头”技术获国家知识产权局实用新型专利。
5、有关资料
桥名:重庆奉节梅溪河大桥
桥型:上承式钢管混凝土拱
跨径:288m
设计单位:四川交通厅省公路规划勘察设计研究院
施工单位:中铁大桥局集团第三工程有限公司
混凝土用量:21396.2m3
钢材用量:2656t
造价:3227万元
建成日期:2001年12月