悬索桥勘测设计研究与案例分析
发表时间：2015-12-03T15:07:29.337Z 来源：《工程建设标准化》2015年8月供稿作者：薛家伟
[导读] 湖北省交通规划设计院采用自锚式结构体系，和地锚式相比可以不考虑地质条件的影响，而且由于免去了巨大的锚锭。薛家伟
（湖北省交通规划设计院，湖北，武汉，430051）
【摘要】在国家加大基础建设力度的同时，悬索桥建设投资占有一定的比重。本文重点讨论分析悬索桥勘测设计，并结合某地区悬索桥的具体工程项目进行了简要介绍，对悬索桥的结构特点等进行了描述；针对悬索桥勘测设计阶段范围及内容进行了界定，然后详细论证了所采用的技术标准、桥位总体设计、以及工程勘测设计方案。
【关键词】悬索桥；勘测设计方案；结构特点
引言
悬索桥，又名吊桥（suspensionbridge）指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形[1]。
悬索桥的构造方式是19世纪初被发明的，现在许多桥梁使用这种结构方式。现代悬索桥，是由索桥演变而来。适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁全采用此结构。现代悬索桥通常有桥塔、锚碇、主缆、吊索、加劲梁及鞍座等主要部分组成。悬索桥结构特点分析
下面以自锚式悬索桥为例，分析悬索桥的结构特点。采用自锚式结构体系，和地锚式相比可以不考虑地质条件的影响，而且由于免去了巨大的锚锭，降低了工程造价。采用自锚，将主缆锚固于加劲梁之上，相比同等跨径的其他桥型，更有其特有的曲线线形，外观优雅，而且现代桥梁除了满足自身的结构要求外，也越来越注重景观设计，其发展前途很大[2]。
自锚式悬索桥采用混凝土加劲梁，虽然增加了体系的自重，但也增加了体系的刚度，在一定的跨度允许范围内，使桥梁的安全性指标、适用性指标、经济性指标、美观性指标得到了完美的统一。对结构受力而言，由于采用了自锚体系，将索锚固于主梁上，利用主梁来抵抗水平轴力，对于混凝土这种抗压性能好的材料来说无疑是相当于提供了。免费的。预应力。因此采用的是普通钢筋混凝土结构，节省了大量的预应力器具，而且又由于混凝土材料相对于钢材料的经济性，工程造价大大减少。但是由于混凝土的抗拉、弯的性能较差，所以对其进行受力分析时应综合考虑这个特点[3]。
某地区悬索桥项目勘测设计案例分析
项目简介
本桥由中央某直属公路规划设计院有限公司联合体设计，采用双向四车道高速公路标准，路基宽度24.5米，计算行车速度80Km/小时，标准桥梁宽度组成：0.5m防撞护栏+净—10.75m桥面+1m分隔带+净—10.75m桥面+0.5m防撞护栏=23.5m。该特大桥工程全长2.462km，所研究河岸锚锭桩号为K20+254，所研究河岸索塔桩号为K20+574，对侧河岸索塔桩号为K21+770，对侧河岸锚锭桩号为K22+090，包括主桥、锚碇范围引桥，索塔与锚锭范围路基工程等。桥位区地形北高南低、东高西低，垂直跨越某地区，属于中切割高中山峡谷地貌，位于火山岩溶台地，切割深度大，桥位路线设计线距离河谷底约280米，山顶锥状，河谷呈谷口宽度约1100米，桥轴纵断面岸坡坡度一般为30～60°，且多见陡崖峭壁，植被发育，溯源侵蚀强烈，堆积作用甚微。
项目总体设计
本项目平面控制因素主要为某地区特大桥主桥桥位、对岸互通立交、另一央岸五合互通立交。已经完成施工图设计的高速公路（含某地区特大桥推荐线位）是经过综合论证，并围绕推荐线路，展开了大量的技术经济可行性研究，已得到有关部门确认和批复，路线线位具有唯一性。因此，某地区特大桥初步设计路线方案的平面设计只根据桥型方案需要侧重于局部范围内的微调。
结合区域地形西高东低的变化和桥型桥跨布置，本阶段对线路纵断面进行了研究和比较。在主桥范围内采用设计线位的高低、单向或双向纵坡、纵坡大小等对桥梁规模、结构效应及景观等均有影响，一并进行了多项研究。
工程勘测设计方案
工程规模及技术标准：
首先，初步设计所确定的工程规模是合适的，技术标准满足《公路工程技术标准》要求。
总体设计：主要设计原则合理，平面设计合理；全桥纵断面布置均满足规范要求。
路幅横断面布置满足规范要求。设计为降低某地区特大桥桥梁工程造价，将中央分隔带宽度2m调整为1m，同时为方便游客及两岸百姓通行于某地区大桥设置人行道是合适的，但人行道宽度钢箱梁方案采用2.5m，钢桁梁方案采用2.0m，引桥采用2.0m，不统一，也没有说明理由，建议人行道宽度采用统一标准。
桥型方案及选择:主跨1196m单跨钢箱梁悬索桥方案（推荐方案）；主跨1196m单跨钢桁梁悬索桥方案。
结合目前建桥技术水平充分考虑了地形、地貌、边坡稳定性、抗震设防、景观特征、施工风险、经济性、环保要求、结构受力安全性和合理性等因素，在综合分析的基础上，确定了主桥的孔跨布置及塔墩、锚碇位置，桥型方案构思比较全面。
设计重点论证了地形、地貌条件及边坡稳定性、抗震设防要求对桥梁跨江方案的影响，通过技术经济综合比较，主桥推荐采用单跨钢箱梁悬索桥过江方案是合适的。
根据《某地区特大桥两阶段初步设计地质勘察报告》关于边坡稳定性评价专项勘察结论：某地区特大桥1178m方案建设场地基本适宜大桥建设，并建议某地区特大桥桥型方案采用单跨悬索桥1178m或1196m方案，因此主跨采用1196m放弃1178m理由不充分。引桥：设计根据引桥所处区段桥高，将引桥分为：所研究河岸与主桥相接部分引桥和所研究河岸锚碇区、对侧河岸引桥，选择33m和40m跨径、不同结构型式的桥型进行了综合技术经济比较，内容较全面；针对引桥20～40m桥高，设计选择30～40m跨径布置是合适的；在山坡上搭设20～40m高的支架来完成近990m长引桥的现浇施工不确定因素多，施工工期及工程质量也不易控制，作为山区桥梁T粱和箱粱远观效果主要取决于梁高，建议本项目引桥采用30～40m预制吊装的预应力混凝土T粱。
桥跨布置为320＋1196＋320m，采用单跨钢箱梁悬索桥，边中跨比0.268，主梁长1193.5m，主桥长1196m。