1.概况
重庆长江鹅公岩大桥位于重庆市道路快速路的东西干道的大桥处于主干道的关键节点上,自成渝高速公路的终点陈家坪起,经大公馆、谢家湾,过鹅公岩大桥后至南岸4km与川黔路相连。大桥全长6.5km(图1)。
该桥为城市快速路特大桥,为双向六车道+两条轻轨交通(规划)。设计行车速度:80km/h。设计行车荷载:汽车-超20级,挂车-120,特种平板车-300。通航净宽≥400m,净高≥20m。地震基本烈度为6 级,7度设防。
图1 悬索桥全景
2.主桥结构
该大桥主桥为211+600+211=1022m的三跨连续钢箱加劲梁悬索桥(图2)。为减少加劲梁在索塔附近的支承刚度,降低加劲梁负弯矩值,在索塔处不设常规的竖向支座而采用在塔附近设特殊吊索的措施。为提高桥梁的动力性能,在主桥梁两端设置了4个200t的高性能阻尼器。
图2 大桥总体布置
1)主塔
主塔为门式塔架(图3),东塔高163m,西塔高160m,塔柱基础为14根直径为2.4m的挖孔桩。塔柱为空心矩形断面,5m×6m(塔顶),5m×8m(塔底)。塔顶部为实心段,以承受鞍座转来的巨大压力。
上、下横梁采用预应力混凝土结构。
图3 主塔构造
2)加劲梁
主梁采用扁平钢箱,全宽35.5m,高3m(图4)。采用16Mnq,每个箱梁节段长10m。
钢箱梁为正交异性板,顶、底板厚分别为12mm和10mm,下腹板厚10mm。顶板用6mmU形肋,底板采用球形扁钢加劲肋。横隔板间距3.3m,板厚一般为8mm,有吊索处为l0mm。
钢箱内设人孔和管线孔,箱内抽湿,箱外选用长效高性能防腐涂料。
钢箱梁上桥面铺装采用7cm厚的双层SMA。
图4 钢箱加劲梁
3)主缆、吊索、索箍及鞍座
(1)主缆矢跨比1/10,主缆采用预制平衡索股制作,架设,每根主缆由110束索股组成(图5),每索股为91φ5.22mm镀锌高强钢丝,强度为1670Mpa。预制索股两端锚头采用锌钢合金灌注的热铸锚。
主缆直径为索夹外583.91mm,空袭率为20%。主缆的110根索股架设经索股调整后,采用紧缆机挤压成圆形,用高碳薄扁钢条扎紧。在完成索股安装、悬挂吊索、架设钢箱粱及桥面铺装后,主缆采用φ4mm的镀锌低碳钢丝,用缠丝机缠绕,最后进行防护处理。
图5 主缆构造(单位:mm)
(a)主缆断面;(b)主缆成形后断面
(2)吊索分普通和特殊两种类型。普通吊索为单根吊索,由151φ5.1mm镀锌高强钢丝外包PE护套组成,极限强度为 1670Mpa。吊索上采用带叉形耳板的锚头,内灌铸锌铜合金,与索箍用优质钢销连接,下锚头采用可调的冷铸锚。特殊吊索是指受力较大和有变形特殊要求的吊索,由两根301φ5.22mm镀锌高强钢丝组成,(构造同普通吊索构造)。吊索直接固定在钢箱梁锚固钢管上,并采用球形螺母,以使受力均匀。
(3)索箍采用铸钢制造,分成上、下两半,用高强螺杆连接(图6)。高强螺杆预压轴力由设计和试验确定,接缝处嵌橡胶止水条。
图6 吊索构造
(4)主鞍座,分上、下座体,每个主鞍座重50余吨。上、下座体间采用四氟板和涂油的滑移工艺。架设钢箱梁过程中,用千斤顶调整主鞍座位置,使主塔处于良好受力状态。
(5)散索鞍座可沿桥轴向移动以适应主缆适应温度、活载等的变形,具有将主缆索股空间扩散、定位的作用。散索鞍进口处槽口同塔顶鞍座,出口处槽口,将集中紧凑的主缆按规律散开成单股状,以适应与锚碇的预应力锚固钢束连接。散索鞍采用上、下座体,在上、下座体间设钢辊轴,重20~36t。
4)锚碇
(1)西锚碇
西岸锚碇采用三角形重力式,由基础、锚体、锚室、散索鞍墩柱及横系梁组成。抗滑系数K1 > 2.36,抗倾安全系数K2>2.4。
主缆索股通过索股锚固连接器与锚体中的预应力锚固系统连接。索股锚固连接器采用锌铜合金的热铸钢绞锚头。
(2)东锚碇
东锚碇采用隧道式,由锚体、锚室及散索鞍墩组成(图7)。桥址处为泥岩、砂岸互层地层,故东锚碇的隧道式锚体只得置于中下层泥岩、砂岩中。为确保锚碇结构安全,进行了大比例(1:12.5)隧道的现场模型试验和三维有限元弹塑性数值模拟分析,以优化设计。
锚体采用矩形截面,尺寸为9.5m×10.5m,顶部为圆弧形。锚体长42m,尾部呈楔形(截面尺寸放大至12.5m×13.5m),为加强锚体与围岩接触面,设置了不规则的齿嵌,并在每侧锚体底面设8根φ2.5m钻孔桩,以增加抗剪能力。设计荷载下总体安全度K=3。锚体中的预应力锚固系统同西锚碇。
图7 隧道式锚碇
5)上部结构施工
架设主鞍座和散索鞍座→架设主缆锚道→架设主缆→安装索箍、吊索→架设索道吊机→架设钢箱梁(图9)→钢箱梁节段现场焊接→桥面系工程施工→主缆缠丝→主缆涂装→钢结构面层涂装→全桥竣工→静、动载试验验收通车。
图8 索道安装钢箱梁
3.主要技术特点和创新点
1)在砂岩和泥岩互层的软质岩上建造无齿加锚桩的隧道式锚碇的新技术。
2)受地形限制本桥无法采用传统的缆载吊机架梁,而采用了大跨度索道安装节段钢箱梁及其施工控制新技术。
3)开发研制了200吨阻尼装置成功用于大桥,提高了悬索桥动力性能。
4)采用热铸锚与冷铸锚混合式吊索体系。
5)钢箱制造过程中采用无余量切割和无马拼装新技术。
该桥先后获上海市科学技术进步奖、上海市、建设部优秀工程设计一等奖,国家优秀工程设计金质奖。
4.有关资料
建设单位:重庆城市建设投资公司
设计单位:上海市政工程设计研究总院
施工单位:重庆桥梁工程总公司、中铁十二局、重钢联合体、川东船厂联合体、上海浦江缆索厂等。
砼用量:10400m3
钢材用量:33200t
正桥造价:6亿元
开工日期:1997年12月
建成日期:2000年12月