1、概况
吉茶高速公路是湖南省的一条重要旅游通道，矮寨大桥为吉茶高速公路的控制性工程，全长1073.65m。桥位距吉首市区约20公里，跨越矮寨大峡谷。桥面设计标高与地面高差达330m，山谷两侧悬崖距离从900m到1300m之间变化。桥位处有国道209上中国著名的公路景观――矮寨盘山公路。
图1 矮寨大桥构想图
项目所在地区属亚热带季风性湿润气候，平均气温16.6℃，年平均降雨量1400mm，极端最低气温-10.0°C、极端最高气温38.0°C；矮寨地区年平均冰冻天数为13天；矮寨地区年平均雾日为45天。
场地发育的地层主要为第四系的粘土、块石，寒武系上统的灰岩，中统的白云岩、灰岩和泥质白云岩，下统的灰岩、砂质页岩。场地地下水对砼无腐蚀性。
矮寨大桥为四车道高速公路特大桥（图1），设计车速80km/h，设计汽车荷载为公路—I 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；
2、主桥结构
该桥采用塔梁分离式钢桁加劲梁悬索桥方案。跨径布置为242m+1176m+116m，主梁全长1000.5m（图2）。
吉首岸桥台距隧道洞口约90m，两侧为观景平台；茶洞岸桥台连接的坡头隧道为分离式隧道，在与隧道衔接的范围内，中央分隔带渐变过渡，主桥的硬路肩宽度相应压缩。
由于地形和线路走向的因素，矮寨悬索桥位于0.80%的单向纵坡上。主桥总体设计中主缆的理论顶点受纵坡影响，茶洞岸比吉首岸高9.408m。此设计可降低吉首岸边跨主缆的水平倾角，茶洞岸的索塔高度和边跨主缆的布置更合理，全桥主缆受力更均匀。
图2 桥型总体布置图（尺寸单位：cm）
1）缆吊系统
（1）主缆
主缆矢跨比1/9.6，主缆中心横桥向间距27m。主缆采用预制平行钢丝索股逐根架设的施工（PPWS）。单束预制平行钢丝索股由127根ф5.25mm镀锌钢丝组成。每根主缆中有169股通长索股；吉首岸边跨另设背索（6根索股）于吉首岸主索鞍上锚固。索夹内空隙率17%，索夹外空隙率19%。主缆断面（图3）。
图3 主缆断面
（2）吊索
该桥只中间跨设置吊索，吊索标准间距14.5m，端吊索间距29m。
吊索（图4）设计采用钢丝绳骑跨式，靠近主塔的三个吊点每侧吊点设3根吊索，C00每侧设两根吊索，通过预应力岩锚将其锚固于岩石上。其余每侧吊点设2根吊索，与钢桁架采用销铰式连接。吊索由高强镀锌钢丝互捻而成，有两种结构形式：J00~J01、C00~C02吊索因拉力或应力幅较大采用直径88mm的8×55SWS＋IWR的钢丝绳。其余吊索采用直径62mm的8×41SW＋IWR的钢丝绳，公称抗拉强度1870Mpa。
图4 吊索
（3）中央扣斜拉索
为限制主缆和钢桁架的纵向水平位移，在主缆跨中设置三对柔性中央扣，中央扣斜拉索采用直径88mm的8×55SWS＋IWR的钢丝绳，钢丝绳两端设套筒式热铸锚，锚固于钢桁架的上弦杆上。
（4）索鞍
索鞍采用铸焊组合结构，主索鞍由鞍头和鞍身组成，两者组焊为一体。为减轻顶推摩阻力，鞍体下设聚四氟乙烯滑板以适应施工中的相对位移量，吉首岸塔上预偏量为1000mm，茶洞岸塔上预偏量为373mm。主索鞍分两半制造，吊装后用高强螺栓联为一体。吉首岸边跨背索锚固于鞍顶的锚梁上。
散索鞍鞍体采用铸焊结合的结构，鞍槽用铸钢铸造，鞍体由钢板焊成。
2）加劲梁
钢桁加劲梁包括钢桁架和桥面系（图5）。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华伦式结构，由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成。上弦杆、下弦杆采用箱型截面，腹杆除支座处采用箱型断面外其余均采用工字型截面。主桁高7.5m，宽27m， 一个标准节段长度14.5m，由2个7.25m的节间组成，在每节间处设置一道主横桁架（图7）。
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型截面，腹杆采用工字型截面。上、下平联采用K形体系、箱型截面。
根据风洞试验结果，在桥面系上、下分别布置纵向抗风稳定板。
桥面系采用纵向工字梁与混凝土桥面板的钢－混组合结构，简支在主桁横梁的上弦杆上，理论跨径7.25m，纵梁两端设置横隔梁。
桥面板采用预制钢筋混凝土板，板长7.21m、宽1.62m、厚0.16m。
图5 钢桁加劲梁横断面（尺寸单位：cm）
桥面板通过接缝处纵梁上的剪力钉与纵梁相结合。
钢桁加劲梁采用从桥两端往跨中施工方案。全桥共69个节段，跨中设一合龙节段。主横桁架每片作为一个架设节段，全桥共139个节段。除端部两个节段主桁架、主横桁架采用单根杆件架设外，其余均采用平面构架法施工，上下平联和下抗风稳定板采用单根杆件拼装。
根据施工节段钢桁加劲梁受力情况，主桁架的上弦杆在架设过程中，局部位置设置临时铰，临时铰待全桥二期恒载铺装完毕后取消改为刚接，全桥共设置6对临时铰。
3）索塔
索塔均采用双柱式门式框架结构，吉首岸索塔由扩大基础、塔座、塔柱（上塔柱壁厚0.8m、中塔柱壁厚1.0m、下塔柱壁厚1.2m）和横梁（上横梁、中横梁）组成。索塔自扩大基础顶以上高129.316m，塔柱横桥向由上向下向外倾斜，塔柱设上、中两道横梁，塔柱底设塔座并座落在分离式扩大基础上。扩大基础为C30钢筋混凝土，塔座、塔柱为C55钢筋混凝土结构，上、下横梁为C55预应力混凝土结构。
茶洞岸索塔由扩大基础、塔座、塔柱（上塔柱壁厚1.0m、下塔柱壁厚1.2m）和上横梁组成。索塔自扩大基础顶以上高61.924m，塔柱竖直，塔柱设上横梁。
桥塔扩大基础基底绝大部分位于弱风化层上。对于建基面以下局部强风化层应根据开挖揭示情况采用钻孔压浆加固或回填垫层混凝土，确保地基承载力。吉首岸索塔布置见图6。
图6 吉首岸索塔（尺寸单位：cm）
4）锚碇
吉首岸采用重力式锚碇，锚体分锚块、散索鞍支墩及基础、前锚室、后锚室四部分。其中锚块承受预应力锚固系统传递的主缆索股拉力，散索鞍支墩承受由散索鞍传递的主缆压力，前锚室、散索鞍支墩及锚块形成一个完整的三杆件人字状构造的空间受力构件。基础平面尺寸为70m×46m，高6.5m～29.5m；锚室高29m，分离布置；锚块和散索鞍支墩基础共分四块进行浇筑，各块之间设置2m后浇段，后浇段采用微膨胀混凝土。
3、主要技术特点和创新点
矮寨大桥是跨越峡谷规模最大的特大型桥梁之一，进行了抗风、抗震、施工方案、山体稳定、隧道式锚碇等十余项专题研究和科研试验，为桥位、桥梁方案和施工方案的选择提供了科学依据。
（1）茶洞岸索塔、锚碇、隧道位于同一山体，相互作用，结构复杂；由于地形、地质的缘故，主跨主缆两端各有约100米范围内，无吊索布置，为克服由此带来的对吊索应力幅、主缆刚度及折角、钢桁端部应力等的不利影响，首次在悬索桥上设置锚固于基岩的端吊索。
（2）桥位区域地质状况较复杂，为查明塔基及锚碇场地岩溶的发育状况，在勘察过程中进行了平硐开挖，做了大型的岩体原位测试和声波测试，在塔基和锚碇处钻孔内进行了电磁波CT扫描，在地面除了采用的高密度电法和地震反射波法外，还进行了瞬变电磙法物探，为桥梁基础设计提供了详细资料。
（3）开展了风洞试验研究、结构动力特性分析以及钢桁梁高度对整体动力特性影响研究。为提高矮寨大桥抗风稳定性，采用的气动稳定措施为：1m高下稳定板+1m高上稳定板+桥面封槽板，（上稳定板与中央防撞栏结合成整体）。经过风洞试验，在+5、+3、0、-3风攻角工况下的颤振临界风速分别为113.8m/s、105.0m/s、75.3m/s、52.5m/s，高于颤振检验风速51.5m/s。
（4）桥址处于山区峡谷，峡谷效应在桥址处形成独特的风环境，风速比周围开阔地带明显偏大；大桥主桥两端连接隧道，车辆从隧道驶出时受急剧变化的剪切风速，故在两端从隧道口向主桥方向延伸的100m范围内均设置高度从4m渐变到0m的风障（采用分段渐变），以保证车辆从隧道驶出后不会经历剧烈变化的横风作用，改善行车安全。
4、有关资料
建设单位：湖南省高速公路建设开发总公司
设计单位：湖南省交通规划勘察设计院
施工单位：
混凝土用量：123972m3
钢材用量：35541t
造价：10亿
