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国道318线金沙江大桥抢通及恢复重建设计

2021-07-20 222 上传者：管理员

摘要：川藏界白格堰塞湖第二次泄洪冲毁国道318线金沙江大桥,为尽早恢复国道通行,提出了架设简支战备钢桥的抢通保通方案。通过恢复重建桥位、桥型比选,确定了原位重建连续刚构桥建设方案,分析了重建桥梁防洪能力、设计计算成果及刚构桥的施工方案,可供同地区类似工程参考。

关键词：
桥梁工程
桥梁设计计算
连续刚构桥
金沙江大桥
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1、白格堰塞湖致金沙江大桥灾损概况

2018年10月11日晚22时6分，西藏昌都市江达县和四川省甘孜州白玉县波罗乡白格村发生山体滑坡，堵塞金沙江河道，形成白格堰塞湖。10月12日，堰塞体自然溢流。10月13日，堰塞湖右岸拢口已完全冲开，江水以5000m3/s奔流而下，形成第一次洪峰，洪峰后堰塞湖水位下降20m,溃坝隐患完全消除。11月3日，原山体滑坡点发生二次滑坡。11月12日，白格堰塞湖河水引入导流槽，形成第二次洪峰，下游水位迅速升高[1,2,3]。11月14日1点40分，国道318线巴塘竹巴龙金沙江大桥洪峰最大流量20900m3/s,流速8m/s～10m/s,为历史之最，导致该桥被冲毁，上游500m建于20世纪50年代的老金沙江大桥也被冲毁(如图1所示),国道318断道。

图1原金沙江大桥冲毁

国道318线竹巴龙金沙江大桥桥址地层依次为堆积层碎石土、厚3m～5m,冲洪积层卵石、厚5m～10m,冰积层块碎石土。桥梁上部结构为8孔30m预应力T梁、1孔25m预应力混凝土现浇空心板，下部结构采用重力式桥台、摩擦桩基础，桩长25m～33m。白格堰塞湖二次洪峰导致该桥第2孔～8孔梁体落梁，第1孔梁体向下游发生扭转和横移，部分盖梁、系梁、墩柱、挡块等结构开裂[4]。为尽早恢复国道318线通车，开展了原金沙江大桥抢通保通方案和恢复重建设计研究。

2、原金沙江大桥抢通保通方案

通过对原金沙江大桥下部结构承载力检测，并对部分盖梁、系梁、墩柱、挡块裂缝进行加固处理，拟定了保留原金沙江大桥两岸边孔纠偏复位利用，落梁7孔架设简支战备钢桥的抢通保通方案[5]。

原桥2孔～8孔采用ZB200型上承式三排单层加强型(上、下设加强弦杆)简支战备钢桥，采用汽车(履带)吊装方案进行安装。桥梁横向布置采用双侧三排，两侧桁架之间设置剪刀撑，每跨桁架下部设置3道～4道横梁，加强桥梁抗侧弯能力。每跨内部横梁、桥面板按照标准间距布置，两跨之间端部横梁间距为非标准间距时，对桥面板进行切割匹配，桥面板与横梁采用可靠连接。简支梁采用相邻跨桁架纵向重叠、横向交错方式，以适应节段长度与桥跨的不匹配问题，保证支座位于高抗剪桁架的端柱位置，支座传力明确，且能保证桥墩不产生偏压。应对支座进行限位，防止运营期间滑移。

桥梁采用上承式结构，即横梁、桥面板设置在上弦杆加强弦杆以上位置。每一标准型桁架单元的长度为3.048m,一孔30m桥跨采用10个标准型桁架单元，相邻两孔简支钢梁桥的主桁片横向交错布置。每孔两端设置高抗剪型桁架(履带吊上桥安装时必须采用),其余为普通型桁架；下弦杆在第2节～第9节段设加强弦杆，上弦杆全桥均设加强弦杆。每孔设4道下横梁，上横梁11道。上、下横梁与弦杆之间采用骑马卡连接。Ⅰ型剪刀撑适用于钢桥奇数跨，共4跨，每跨9片；Ⅱ型剪刀撑适用于钢桥偶数跨，共3跨，每跨11片，加工制造时适当考虑富余。剪刀撑四角的节点板与桁架采用M27螺栓连接，斜撑与中部节点板焊接。水平撑杆及斜撑采用[8槽钢，每间隔1m左右，上下翼缘板采用钢板焊接联系。标准桥板单元长3.042m,非标准桥板长度根据现场实测下料。中间7孔钢梁与两边边梁存在85cm高差，采用跳板进行过渡。

2018年12月5日完成金沙江钢便桥架设，如图2所示，国道318实现交通管制通行。临时钢桥安排专人24h值守，限速10km/h、限重20t的小客车通行。

图2简支战备钢便桥架设完工

3、金沙江大桥恢复重建设计分析

3.1桥位比选

在战备钢便桥形成国道318线保通情况下，恢复重建提出了上、下两个桥位比选。其中上桥位为上游老金沙江大桥桥址区，下桥位为国道318线金沙江大桥上游侧70m,如图3所示。

图3重建金沙江大桥桥位比选平面图

经综合比较，上桥位下覆粉土层较厚，桩基持力层条件差，而下桥位下覆砂卵石层，从场地地质条件看，下桥位优；上桥位新建连接线较下桥位长500m,征地拆迁数量多，工程造价较下桥位多1156万元。因此，国道318线金沙江大桥选择原位上游侧70m恢复重建。

3.2桥型比选

桥型方案选择受地形、地质、水文、行洪及桥梁高度和跨度等因素控制，为达到重建桥梁结构安全可靠、施工难度小、经济合理及后期管养等目标，拟定了两种桥型方案。方案一为连续刚构桥，孔跨布置为3×27m现浇梁+(70+120+70)m连续刚构+2×23.5m现浇梁，桥长390m,如图4所示。方案二为钢混组合梁，孔跨布置为14m现浇梁+6×60m钢混组合梁+14m现浇梁，桥长390m,如图5所示。

图4方案一（连续刚构桥）

图5方案二（简支钢混组合梁）

白格堰塞湖第2次泄洪冲毁金沙江大桥，其泄洪水位如表1所示。针对两种桥型方案，推算出其防洪能力，如表2所示，方案一、二两种桥型梁底最低标高均高于白格堰塞湖两次泄洪水位，过水面积、泄洪流量均大于白格堰塞湖第二次洪峰流量，远超过有记录以来的最大洪峰流量，两方案的防洪能力均满足行洪要求。

表1白格堰塞湖水位

表2金沙江大桥重建方案防洪能力推算

从施工角度来讲，方案二简支钢混组合梁节段运输困难，只能分成小节段运输，然后在现场拼装成较大的安装节段；桥位属于高原干热河谷气候，河谷风沙大，现场拼装、焊接措施费高；节段吊装重量大，需在江上架设专门钢栈桥和临时支墩，采用大型履带吊机安装，施工措施费高；方案二钢混组合梁建安费8397万元，后期维护费用较高。

方案一连续刚构桥施工程序单一，施工技术成熟，建安费7557万元，较方案二少840万元，造价较低，耐久性好，后期维护费用相对方案二低。因此，推荐采用连续刚构桥方案。

3.3重建连续刚构桥设计

重建金沙江大桥设计为主桥70m+120m+70m连续刚构桥，主桥箱梁为纵向、竖向及横向三向预应力结构，采用单箱单室箱型截面。箱顶板宽12m,底板宽6.2m,箱梁顶板设置成2.0%双向横坡。箱梁跨中及边跨支架现浇段梁高3.2m,根部断面和墩顶0号梁段高为7.5m。从中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.8次抛物线变化。箱梁腹板悬浇梁段根部至跨中梁段腹板厚0.6m。箱梁底板厚从箱梁根部截面的0.8m以1.8次抛物线变至跨中截面0.36m。主梁零号块长度为12.0m,悬臂施工标准节段长度分为7×3.0m+8×4.0m,全桥共设3个合龙段，其长度均为2.0m,边跨现浇段长度为8.88m。悬臂浇筑节段最大控制重量为1385kN[6]。

根据各段梁有效分布宽度的计算，箱梁底板与腹板相交处设有较大的倒角。主墩墩顶(0号节段)设两道厚1.0m的横隔板，现浇梁端各设一道厚2.0m的横隔板。每道横隔板处预留1.0×2.2m检修通道。检修人员可从梁端预设的检修通道入口进入箱梁内部。

主桥顶板束、腹板束、合龙束、边跨底板束、顶板束采用17ϕs15.2高强低松弛钢绞线，中跨底板束采用19ϕs15.2高强低松弛钢绞线。箱梁腹板纵向每间隔0.5m设一道竖向预应力钢束。竖向预应力钢束采用4ϕs15.2高强低松弛钢绞线及低回缩专用锚具。箱梁顶板纵向每间隔0.5m设一道横向预应力钢束。横向预应力钢束采用2ϕs15.2高强低松弛钢绞线。

主墩采用钢筋混凝土船形实心墩，横桥向宽11.286m,顺桥向宽3.5m。主墩承台厚度为5m,平面尺寸为16.6m×11.1m。单个承台主墩桩基为6根ϕ2.5m的钻孔灌注桩，纵横向桩间距6.25m。交界墩采用钢筋混凝土矩形墩，横桥向宽1.8m,厚度为2.0m。交界墩承台厚度为2.5m,平面尺寸为6.25m×2.5m。单个承台主墩桩基为4根ϕ1.5m的钻孔灌注桩，纵桥向桩间距3.75m。采用钢筋混凝土盖梁。

3.4连续刚构桥计算结果

采用有限元软件，建立数值模型对连续刚构桥进行计算。计算时，钢筋混凝土收缩徐变按相关规范取值，桥梁结构温差取值为±20℃,正温度梯度取0℃,5.5℃,14℃,负温度梯度取-7.0℃,-2.75℃,0℃,合龙段取为17℃,根据实际情况，合龙段温差控制在15℃～20℃。桥梁现浇施工挂篮计算值为80t。结合地质情况，桥梁基础按摩擦桩计算[7,8]。

由表3可知，主梁施工阶段控制截面最大拉应力峰值为0.1MPa,位于主梁边跨端头截面；最大压应力峰值为9.8MPa,位于主梁中跨跨中截面；最大拉应力、压应力均满足规范要求。由表4可知，主梁在短期效应组合作用下，最大应力峰值为9.3MPa,位于主梁中跨L/4截面处，最小应力值为0.8MPa,位于边跨端头截面；主梁在长期效应组合作用下，最大应力峰值为9.1MPa,位于主梁中跨L/4截面处，最小应力值为0.8MPa,位于边跨端头截面；主梁在基本荷载组合作用下，最大、最小应力峰值与长期效应组合一致。主梁运营阶段控制截面应力均满足规范要求。合龙前，主梁跨中截面推力为2000kN,跨中主墩顶推位移为1.7cm。设计主墩截面承载能力大于结构计算内力，满足规范要求。主桥主跨计算刚度为67mm,小于L/600即200mm;边跨计算刚度为37mm,小于L/600即116mm,满足规范要求，能够确保桥梁正常使用。

表3主梁施工阶段控制截面应力峰值

表4主梁运营阶段控制截面应力

4、连续刚构桥施工方案

1)下部结构施工。

连续刚构桥桩基持力层为砂卵石土，桩基施工采用钻孔灌注桩。主墩墩身施工配置电梯和塔吊，采用滑模法施工。主墩承台为大体积混凝土施工，应控制混凝土水化热，采用低水化热水泥，施工时采用冷却水管降温，防止承台混凝土开裂。

2)上部结构施工。

主墩施工完成后，于墩顶预埋牛腿托架，在托架上完成0号块梁段施工。考虑到0号块高7.5m,混凝土体积大，预应力管道密集，0号块混凝土可按竖向分三层浇筑，施工完毕后，于0号块两端安装挂篮，依次悬浇各梁段。主桥边跨采用满堂支架现浇施工。

本桥合龙按先两侧边跨合龙，再中跨合龙的顺序施工。边跨悬浇梁段施工完后，于合龙段安装劲性骨架，低温时浇筑边跨合龙段混凝土，养护至强度大于90%,张拉合龙束、底板束到设计拉力值，完成边跨合龙。中跨合龙采用水箱法，于中跨两悬臂端安装吊架(吊架不超过1200kN),并在悬臂端设水箱作平衡重，低温时浇筑中跨合龙段混凝土，同步等重量放水，养护至强度大于90%,张拉合龙束，拆除吊架后，按顺序张拉纵向底板束和横、竖向预应力钢筋，完成全桥合龙段施工。

5、结语

在地震、余震及强降雨条件下，高山峡谷区的山体滑坡逐年都有发生，往往会阻断河流，形成堰塞湖，淹没公路，冲毁桥梁，导致严重的社会经济和人身财产损失。本文以白格堰塞湖冲毁国道318线金沙江大桥为例，提出了架设简支战备钢桥的抢通保通方案；通过恢复重建桥位、桥型比选，确定了原位重建连续刚构桥建设方案，分析了重建桥梁防洪能力、设计计算成果及刚构桥的施工方案，可供同地区类似工程参考。

参考文献：

[1]陈祖煜,陈生水,王琳,等.金沙江上游11.03"白格堰塞湖溃决洪水反演分析[J].中国科学:技术科学,2020,50(6):763-774.

[2]朱玲玲,李圣伟,董炳江,等.白格堰塞湖对金沙江水沙及梯级水库运行的影响[J].湖泊科学,2020,32(4):1165-1176.

[3]王琳,段庆伟,刘立鹏,等.堰塞湖关键工程措施快速､定量分析方法研究——以2018年"11.03"白格堰塞湖为例[J].水资源与水工程学报,2020,31(5):1-7.

[4]蒋建军,江大兴,唐国汉,等.国道318线竹巴笼金沙江大桥灾损调查与分析[J].西南公路,2018(4):17-21.

文章来源：唐国汉,冮大兴,郑旭峰,林小军,蒋建军,何云勇.国道318线金沙江大桥抢通及恢复重建设计[J].山西建筑,2021,47(15):143-145.