丹河大桥
丹河大桥
1、概况
丹河大桥地处太行山脉南端，于山西晋城～河南焦作高速公路K10+300处跨越丹河，主桥采用净跨径146米的特大石拱桥，单跨跨径居世界同类桥型首位，桥梁全长425.6m。
桥址区为低山沟谷地貌，地形起伏大，河谷受河水切蚀，断面呈“U”型，相对高差达80.98m。晋城岸山势陡峻、基岩基本裸露，焦作岸基岩埋深约10m左右，为弱风化、微风化白云岩，属硬质岩类。焦作岸引桥有黄土、卵石及砾石覆盖层10～14m，工程条件好，宜于建桥。丹河属黄河水系，发源于长治市与高平县交界的河泊村后沟，桥址上游干流长约93km，汇水面积2098 km
2，考虑到上游汪庄水库溃坝影响，300年一遇计算流量为5660 m
3/s，设计水位为585.95m。晋城属温带季风型大陆性气候，四季分明，年平均气温11.0 ℃，年平均降水量618.0m，最大风速NW向23m/s。
主要技术标准
(1)四车道高速公路
(2)设计行车速度： 60 Km/h
(3)桥面宽度: 24.8 m（含人行道）
(4)荷载标准
车辆荷载： 汽车-超20级，挂车－120
人群荷载： 3.5 kN/m
2；
地震基本烈度： 6度
(5)设计洪水频率： 1/300年
2 主桥结构
丹河大桥全长425.6米，采用全空腹式变截面悬链线无铰石板拱桥方案，桥跨布置为：2×30+146+5×30m，桥宽24.8米、高81.6米，主跨净146米，矢跨比1/4.5，净矢高32.444米。
（1）主拱圈
丹河大桥最先考虑的桥型方案就是带实腹段的变截面空腹式结构形式。由于受高速公路路线设计标高高程的控制，以及两岸拱座工程地址变化的影响，主拱圈的矢跨比已经采用1/4.5，调整的余地不大。为了减低拱座高度与矢跨比，减少施工难度，也使主拱圈结构受力更加合理，在综合各方面因素后，采用全空腹式变截面悬链线无铰拱结构形式。其主要参数如下：
主跨净跨径: 146米
净矢高: 32.444米
矢跨比: 1/4.5
拱顶厚度： 2.5m
拱脚厚度： 3.5m
拱轴系数： 2.30
截面变化系数： n=0.5225
主拱圈形式：悬链线无铰石板拱
（2）拱上建筑
腹拱由14个等跨径腹拱组成空腹式断面，其主要参数如下：
腹杆净跨径： 9.40m
矢跨比： 1/3.5
拱圈厚度： 0.60m
腹拱圈形式： 等截面悬链线石板拱
为减轻拱上建筑重力，增加结构的透视与美学效果，腹拱墩采用横向挖空形式。
一般石拱桥的腹拱的端边孔及中孔分别采用三角拱及两铰拱，以适应拱上结构变形的需要。根据本桥主拱圈跨径大，腹拱墩较高的特点，为降低施工难度，增加腹拱圈的整体性，采用边孔设三铰拱，跨中设置变形缝的构造形式，并采用多次卸架及拱上侧墙后砌等措施，以适应结构变形。
（3）拱上填料
常规石拱桥由于拱上建筑及腹拱填料重量大，致使主拱圈裸拱合龙卸架后，有较大的变形，对主拱圈、腹拱及腹拱墩受力不利。填料一般采用炉渣、矿渣或砾石等透水性材料，但实践中难以压实，以及运营期水的作用等因素引起桥面病害。丹河大桥为了减少拱上荷载重量，确保高速公路桥面的质量，设计采用轻质填料，经认真筛选、试验及技术、经济比较，采用蒸压粉煤灰加气混凝土。具有干密度低、质量轻，砌体强度利用系数高，弹性系数大，吸水少而慢，抗冻性好，原材料广泛、价格低廉，具有可加工性，便于施工等特点。减轻了填料自重，减轻了主拱、墩台及地基的负担。提高了填料的强度和刚度，增加了车辆荷载的分布能力，减小了桥面活载冲击了，提高承载能力。较少了填料对侧墙的挤压了。克服了运营期拱腹排水不易维护等困难，结合桥面放水措施，解决了拱桥桥面沉陷等病害，大大提高了高速公路大跨径桥梁的桥面质量。
（4）拱桥栏杆装饰艺术
丹河大桥位于晋城市风景区范围内，桥梁按要求设置人行道。人行道内侧采用混凝土防撞墙，外测采用石质工艺栏杆。桥梁侧面采用主拱圈及人行道出檐措施，增加桥梁的美学效果。
（5）施工
主拱圈采用在拱架上分环分段砌筑施工。拱架采用钢木联合结构，高度近80m。拱架主体为A3和16Mn钢万能杆件拼成的钢拱架，钢拱架上设置落架装置——组合木楔，其上为木拱盔。
主拱圈共分五环砌筑而成，每一环分为五个阶段共18个工作面进行砌筑。施工顺序为：在拱架上按第一～第五环的顺序依次砌筑，第一环砌筑完成后暂不合龙，保留11道预留空缝；第二环砌筑完成后，第一、第二环同时合拢。第三、四、五各环实现单环拱圈砌筑与合龙。主拱圈合拢完成后进行拱上横墙施工完成后进行落架。
组合木楔是本桥的落架装置，具有构造简单、造价低、承载力强、易操作、落架量控制准确的特点。
为保证拱架的安全性和拱圈的稳定性，落架采用分阶段、分步骤的落架方式。第一阶段，主拱圈完全合龙后，砌体强度达到设计强度的95％，部分落架；第二阶段，主桥腹拱墩砌筑完成后，部分落架；第三阶段，主桥腹拱砌筑完成后，完全落架。
3 主要技术特点和创新点
（1）针对特定的地形、地貌、工程地质和当地的社会、人文及建设环境，结合晋焦高速公路初步设计批复意见，设计修建了146米的特大石拱桥，其跨径居世界同类桥型首位，总体规划适当、使用功能齐全、景观与环境协调。
（2）设计计算方法成功突破拱桥传统计算模式，结构分析采用传统的悬链线拱轴理论与现代计算机相结合的方法，率先采用空间杆单元、板壳单元、实体单元等多单元联合建立包括上部结构、下部结构、基础、拱架在内的计算模型，分析拱圈分环砌筑状态、裸拱状态、成桥状态、拱上建筑联合作用、车辆荷载、人群荷载、温度、拱脚位移作用等多种工况下的结构内力、应力、位移、稳定性及动力特性，提出了一套适合大跨径石拱桥的设计计算方法。
（3）依托大跨径石拱桥设计计算方法，完成的施工仿真模拟分析，首次发现了分步施工石拱桥拱脚下缘高应力区。分析结果能够较准确地反映大跨径石拱桥的施工状况，对拱桥施工起到了指导作用。
（4）大型砌体模型试验、施工监控起到了对设计理论和施工仿真模拟进行验证的作用。
（5）高标号小石子混凝土砌石砌体力学性能研究成果已被《公路圬工设计规范》采用，填补了国内外高标号砌体力学性能指标的空白。
（6）首次在拱桥的腹拱填料中采用加气混凝土轻质填料，减轻了结构自重，改善了结构受力，降低了工程造价，并总结了一套相应的施工工艺，具有推广运用价值。
（7）设计采用三阶段卸落拱架措施，使结构受力更趋合理，提高了施工的安全性。
（8）通过理论分析、施工仿真模拟分析、大型砌体模型试验、现场监控和荷载试验，探讨了分环砌筑特大石拱桥主拱截面应力分布、主拱与拱架联合受力的规律，取得了的大跨径石拱桥设计方法和施工安全控制的创新性成果。
（9）丹河特大桥设计成功地突破了传统的石拱桥设计思路，实体工程和特大跨径石拱桥设计与施工关键技术研究科研成果处于国际领先水平，总结了一套完整的大跨度石拱桥设计与施工成套技术，为石拱桥这一我国传统桥梁建筑结构型式的继承和发展做出了贡献。
4 相关资料
桥 名：丹河大桥
桥 型：全空腹式变截面悬链线无铰石板拱桥
跨 径：主跨净146m
桥 址：山西省晋城市
建设单位：晋城市交通局
Jinchen Traffic Bureau
设计单位：中交第一公路勘察设计研究院有限公司
The First Highway Survey & Design Institute of China Co.ltd
施工单位：丹河桥项目部
Department of Danhe Bridge Project
中铁十七局
混凝土用量：23100 m
3（用于基础及桥墩）
砌体用量： 52200m
3
钢材用量： 2900t（用于拱架、桥墩及基础）
造 价： 1.39亿元
建成日期： 2000年7月
相关技术文章：
世界最大跨径石拱桥研究与实践作者：刘士林 周卫 张建功
