山区大跨度悬索桥特点分析
2018-03-05
我国的山区，交通条件差，线路缺乏且布局不太合理。为推动山区发展，交通设施建设先行，通过加快建设“五纵七横”国道主干线的山区路段和大通道的建设，以满足未来经济发展和西部大开发的需要，同时还通过公路造就出一条条沿线经济增长带，拉动区域经济发展。由于山区崇山峻岭，峡谷深切、地质条件复杂，与内陆平原地区的桥梁建设有许多不同之处。对于宽、深的峡谷，为避免高达数百米的高墩，多采用大跨度悬索桥一跨跨越深谷。由于我国目前山区悬索桥建设刚刚起步，研究分析山区悬索桥建设的特点，对深切峡谷复杂地形的大跨度桥梁勘察、设计、施工具有重要意义。
一、我国的山区大跨度悬索桥
早期，我国山区建造了一些小跨径的人行悬索桥，承载力低，构造简单，其建造经验难以用于大跨度、高承载的现代悬索桥建设。近年来，我国的高速公路逐步进入山区，山区大跨度悬索桥建设刚刚起步。据统计，我国山区跨度悬索桥（跨度900m以上）仅三座，即四渡河大桥[1]、坝陵河大桥[2]和矮寨大桥[3]。四渡河大桥位于沪蓉国道主干线湖北宜昌至恩施段，为主跨900米的单跨钢桁加劲梁悬索桥。跨越四渡河峡谷，谷底与高速公路高差达500米，谷宽700米。坝陵河大桥位于国道主干线上海至瑞丽公路（贵州境)镇宁至新寨河段，跨越坝陵河峡谷，为主跨1088米的单跨钢桁加劲梁悬索桥。峡谷两岸地势陡峭，地形急剧变化，起伏大，桥面至坝陵河水面370米。矮寨大桥位于吉首至茶洞高速公路上，跨越宽1100多米、深500多米德夯大峡谷，两索塔间跨度达到1176米，主梁长1073.65米，是世界上跨越峡谷跨径最大的钢桁梁悬索桥，也是跨径1000米以上的最高的峡谷大桥。目前三座山区跨度悬索桥均在建设之中：四渡河大桥已完成桥面板安装，正在施工附属工程；坝陵河大桥大桥上部钢桁梁安装进入到第十四节段，预计剩下的钢桁梁将于6月完成；矮寨大桥正在施工索塔基础。
二、山区大跨度悬索桥的特点
经过对上述我国的山区大跨度悬索桥的分析，可得到如下基本特点：
1．钢桁加劲梁。在山区峡谷，由于地形陡峻，谷底一般不通交通，且深度动辄数百米，加劲梁难以从待安装点直接垂直起吊安装，而必须通过缆索吊机纵向运输，故此对加劲梁的节段重量有了严格的限制，另一方面，山区工业基础薄弱，加劲梁钢结构制造工艺要求严格，必须在条件较好的工厂施工，而山区交通不便、道路等级一般不高。采用桁式加劲梁可以降低运输难度、避免大件运输。
2．隧道式锚碇。与重力式锚碇相比，隧道锚造价低廉。地质构造以岩体为主的山区，节理少，岩体性能好的情况下，对悬索桥采用隧道锚特别适宜。隧道锚可有效减少开挖量和混凝土用量，是理想的锚碇型式，如美国的华盛顿桥[4]，其新泽西岸隧道锚与纽约岸重力锚混凝土用量比1:4.8，我国四渡河桥[1]宜昌岸隧道锚与恩施重力锚混凝土用量比1:4，土石方开挖量之比1:5。因而，使用隧道锚可有效保护自然环境、避免大规模开挖、节约投资。
3．缆索吊施工加劲梁。山区地形地质条件复杂、交通不便、大件运输极为困难，目前国内大跨度悬索桥中，较少采用桁架式加劲梁，其施工及架设缺乏经验；山区施工场地狭小，工作面严重受限，无法采用缆载吊机架设方法，采用悬拼法工期过长。而缆索吊起吊重物后可以沿中跨全跨范围内进行移动，起吊点位置不受限制，架设速度快、投资省。采用大跨度缆索吊进行吊装山区悬索桥桁架式加劲梁是较好的选择。
4．山区风场独特。大跨度悬索桥属风敏感结构，历史上曾出现过19m/s的风把美国的老塔可玛桥吹毁的事故（1940年）。桥梁跨越峡谷属不易确定地表类别的特殊地形，其风况有与附近地表处的风况有较大的不同，地表的粗糙度类别不能简单地归类：山间盆地、谷地等封闭地形受周围山岭的屏障作用，经实际对比观测证实，一般比平坦地区风速约小l0％～25％，相应风压减小20％～40％；峡谷、山口地区，由于两岸山高气流受阻，在峡谷、山口处形成风速区，通常风速增大10％～20％，相应的风压增大20％～45％．这里的峡谷和山口是指两岸山高大于1．5倍谷宽的情况，最大风速的方向与山谷所成的夹角不超过22.5度，且沿峡谷、山谷的上风向，距桥址l0倍山高范围内没有屏障[5]。对特殊的风口地区，应按实际调查或观测资料作深入研究。
三、结语
我国山区大跨度悬索桥的建设实例较少，经验不多。随着我国交通基础设施建设的发展，山区大跨大跨度悬索桥的建设将急剧增加。本文分析了山区大跨度悬索桥的主要特点，供相关勘察、设计、施工参考：
1．钢桁加劲梁有效解决山区运输条件困难问题；
2．隧道式锚碇与山区地质、地形条件关系极大，对减少对山体、自然环境的扰动十分有利；
3．缆索吊施工加劲梁解决了山区施工场地狭小、工作面严重受限的困难；
4．对山区独特风场应进行实际调查或观测以保证风作用下桥梁的安全。
参考文献：
[1]朱玉、廖朝华、彭元诚，悬索桥隧道锚设计[J].公路，2007,(11):22
～27.
[2]边洁、王威强、管从胜，坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇锚塞体长度方案比选的数值模拟研究[J].水文地质工程地质，2005,(6):66～70.
[3]董志宏、张奇华、丁秀丽等，矮寨悬索桥隧道锚碇稳定性数值分析[J].长江科学院院报，2005,22(6):54～57.
[4]铁道部大桥工程局桥梁科学研究所编，悬索桥[M].北京：科学技术文献出版社，1996.
[5]胡峰强、陈艾荣、王达磊，山区桥梁桥址风环境试验研究[J].同济大学，（自然科学版），2006,34(6):722～725.
作者简介：
梁秦红，女，陕西人，学士，武汉铁路桥梁学校，讲师。
