1、概況
吉茶高速公路是湖南省的一條重要旅游通道，矮寨大橋為吉茶高速公路的控制性工程，全長1073.65m。橋位距吉首市區(qū)約20公里，跨越矮寨大峽谷。橋面設(shè)計標(biāo)高與地面高差達(dá)330m，山谷兩側(cè)懸崖距離從900m到1300m之間變化。橋位處有國道209上中國著名的公路景觀――矮寨盤山公路。
圖1 矮寨大橋構(gòu)想圖
項目所在地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，平均氣溫16.6℃，年平均降雨量1400mm，極端最低氣溫-10.0°C、極端最高氣溫38.0°C；矮寨地區(qū)年平均冰凍天數(shù)為13天；矮寨地區(qū)年平均霧日為45天。
場地發(fā)育的地層主要為第四系的粘土、塊石，寒武系上統(tǒng)的灰?guī)r，中統(tǒng)的白云巖、灰?guī)r和泥質(zhì)白云巖，下統(tǒng)的灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖。場地地下水對砼無腐蝕性。
矮寨大橋為四車道高速公路特大橋（圖1），設(shè)計車速80km/h，設(shè)計汽車荷載為公路—I 級，橋面設(shè)計風(fēng)速34.9m/s。地震動峰值加速度0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s；
2、主橋結(jié)構(gòu)
該橋采用塔梁分離式鋼桁加勁梁懸索橋方案。跨徑布置為242m+1176m+116m，主梁全長1000.5m（圖2）。
吉首岸橋臺距隧道洞口約90m，兩側(cè)為觀景平臺；茶洞岸橋臺連接的坡頭隧道為分離式隧道，在與隧道銜接的范圍內(nèi)，中央分隔帶漸變過渡，主橋的硬路肩寬度相應(yīng)壓縮。
由于地形和線路走向的因素，矮寨懸索橋位于0.80%的單向縱坡上。主橋總體設(shè)計中主纜的理論頂點受縱坡影響，茶洞岸比吉首岸高9.408m。此設(shè)計可降低吉首岸邊跨主纜的水平傾角，茶洞岸的索塔高度和邊跨主纜的布置更合理，全橋主纜受力更均勻。
圖2 橋型總體布置圖（尺寸單位：cm）
1）纜吊系統(tǒng)
?。?）主纜
主纜矢跨比1/9.6，主纜中心橫橋向間距27m。主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股逐根架設(shè)的施工（PPWS）。單束預(yù)制平行鋼絲索股由127根ф5.25mm鍍鋅鋼絲組成。每根主纜中有169股通長索股；吉首岸邊跨另設(shè)背索（6根索股）于吉首岸主索鞍上錨固。索夾內(nèi)空隙率17%，索夾外空隙率19%。主纜斷面（圖3）。
圖3 主纜斷面
?。?）吊索
該橋只中間跨設(shè)置吊索，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距14.5m，端吊索間距29m。
吊索（圖4）設(shè)計采用鋼絲繩騎跨式，靠近主塔的三個吊點每側(cè)吊點設(shè)3根吊索，C00每側(cè)設(shè)兩根吊索，通過預(yù)應(yīng)力巖錨將其錨固于巖石上。其余每側(cè)吊點設(shè)2根吊索，與鋼桁架采用銷鉸式連接。吊索由高強鍍鋅鋼絲互捻而成，有兩種結(jié)構(gòu)形式：J00~J01、C00~C02吊索因拉力或應(yīng)力幅較大采用直徑88mm的8×55SWS＋I(xiàn)WR的鋼絲繩。其余吊索采用直徑62mm的8×41SW＋I(xiàn)WR的鋼絲繩，公稱抗拉強度1870Mpa。
圖4 吊索
（3）中央扣斜拉索
為限制主纜和鋼桁架的縱向水平位移，在主纜跨中設(shè)置三對柔性中央扣，中央扣斜拉索采用直徑88mm的8×55SWS＋I(xiàn)WR的鋼絲繩，鋼絲繩兩端設(shè)套筒式熱鑄錨，錨固于鋼桁架的上弦桿上。
?。?）索鞍
索鞍采用鑄焊組合結(jié)構(gòu)，主索鞍由鞍頭和鞍身組成，兩者組焊為一體。為減輕頂推摩阻力，鞍體下設(shè)聚四氟乙烯滑板以適應(yīng)施工中的相對位移量，吉首岸塔上預(yù)偏量為1000mm，茶洞岸塔上預(yù)偏量為373mm。主索鞍分兩半制造，吊裝后用高強螺栓聯(lián)為一體。吉首岸邊跨背索錨固于鞍頂?shù)腻^梁上。
散索鞍鞍體采用鑄焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)，鞍槽用鑄鋼鑄造，鞍體由鋼板焊成。
2）加勁梁
鋼桁加勁梁包括鋼桁架和橋面系（圖5）。鋼桁架由主桁架、主橫桁架、上下平聯(lián)及抗風(fēng)穩(wěn)定板組成。主桁架為帶豎腹桿的華倫式結(jié)構(gòu)，由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成。上弦桿、下弦桿采用箱型截面，腹桿除支座處采用箱型斷面外其余均采用工字型截面。主桁高7.5m，寬27m， 一個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度14.5m，由2個7.25m的節(jié)間組成，在每節(jié)間處設(shè)置一道主橫桁架（圖7）。
主橫桁架采用單層桁架結(jié)構(gòu)，由上、下橫梁及豎、直腹桿組成，其中上下橫梁采用箱型截面，腹桿采用工字型截面。上、下平聯(lián)采用K形體系、箱型截面。
根據(jù)風(fēng)洞試驗結(jié)果，在橋面系上、下分別布置縱向抗風(fēng)穩(wěn)定板。
橋面系采用縱向工字梁與混凝土橋面板的鋼－混組合結(jié)構(gòu)，簡支在主桁橫梁的上弦桿上，理論跨徑7.25m，縱梁兩端設(shè)置橫隔梁。
橋面板采用預(yù)制鋼筋混凝土板，板長7.21m、寬1.62m、厚0.16m。
圖5 鋼桁加勁梁橫斷面（尺寸單位：cm）
橋面板通過接縫處縱梁上的剪力釘與縱梁相結(jié)合。
鋼桁加勁梁采用從橋兩端往跨中施工方案。全橋共69個節(jié)段，跨中設(shè)一合龍節(jié)段。主橫桁架每片作為一個架設(shè)節(jié)段，全橋共139個節(jié)段。除端部兩個節(jié)段主桁架、主橫桁架采用單根桿件架設(shè)外，其余均采用平面構(gòu)架法施工，上下平聯(lián)和下抗風(fēng)穩(wěn)定板采用單根桿件拼裝。
根據(jù)施工節(jié)段鋼桁加勁梁受力情況，主桁架的上弦桿在架設(shè)過程中，局部位置設(shè)置臨時鉸，臨時鉸待全橋二期恒載鋪裝完畢后取消改為剛接，全橋共設(shè)置6對臨時鉸。
3）索塔
索塔均采用雙柱式門式框架結(jié)構(gòu)，吉首岸索塔由擴大基礎(chǔ)、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）和橫梁（上橫梁、中橫梁）組成。索塔自擴大基礎(chǔ)頂以上高129.316m，塔柱橫橋向由上向下向外傾斜，塔柱設(shè)上、中兩道橫梁，塔柱底設(shè)塔座并座落在分離式擴大基礎(chǔ)上。擴大基礎(chǔ)為C30鋼筋混凝土，塔座、塔柱為C55鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上、下橫梁為C55預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。
茶洞岸索塔由擴大基礎(chǔ)、塔座、塔柱（上塔柱壁厚1.0m、下塔柱壁厚1.2m）和上橫梁組成。索塔自擴大基礎(chǔ)頂以上高61.924m，塔柱豎直，塔柱設(shè)上橫梁。
橋塔擴大基礎(chǔ)基底絕大部分位于弱風(fēng)化層上。對于建基面以下局部強風(fēng)化層應(yīng)根據(jù)開挖揭示情況采用鉆孔壓漿加固或回填墊層混凝土，確保地基承載力。吉首岸索塔布置見圖6。
圖6 吉首岸索塔（尺寸單位：cm）
4）錨碇
吉首岸采用重力式錨碇，錨體分錨塊、散索鞍支墩及基礎(chǔ)、前錨室、后錨室四部分。其中錨塊承受預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)傳遞的主纜索股拉力，散索鞍支墩承受由散索鞍傳遞的主纜壓力，前錨室、散索鞍支墩及錨塊形成一個完整的三桿件人字狀構(gòu)造的空間受力構(gòu)件?；A(chǔ)平面尺寸為70m×46m，高6.5m～29.5m；錨室高29m，分離布置；錨塊和散索鞍支墩基礎(chǔ)共分四塊進(jìn)行澆筑，各塊之間設(shè)置2m后澆段，后澆段采用微膨脹混凝土。
3、主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點
矮寨大橋是跨越峽谷規(guī)模最大的特大型橋梁之一，進(jìn)行了抗風(fēng)、抗震、施工方案、山體穩(wěn)定、隧道式錨碇等十余項專題研究和科研試驗，為橋位、橋梁方案和施工方案的選擇提供了科學(xué)依據(jù)。
?。?）茶洞岸索塔、錨碇、隧道位于同一山體，相互作用，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；由于地形、地質(zhì)的緣故，主跨主纜兩端各有約100米范圍內(nèi)，無吊索布置，為克服由此帶來的對吊索應(yīng)力幅、主纜剛度及折角、鋼桁端部應(yīng)力等的不利影響，首次在懸索橋上設(shè)置錨固于基巖的端吊索。
?。?）橋位區(qū)域地質(zhì)狀況較復(fù)雜，為查明塔基及錨碇場地巖溶的發(fā)育狀況，在勘察過程中進(jìn)行了平硐開挖，做了大型的巖體原位測試和聲波測試，在塔基和錨碇處鉆孔內(nèi)進(jìn)行了電磁波CT掃描，在地面除了采用的高密度電法和地震反射波法外，還進(jìn)行了瞬變電磙法物探，為橋梁基礎(chǔ)設(shè)計提供了詳細(xì)資料。
?。?）開展了風(fēng)洞試驗研究、結(jié)構(gòu)動力特性分析以及鋼桁梁高度對整體動力特性影響研究。為提高矮寨大橋抗風(fēng)穩(wěn)定性，采用的氣動穩(wěn)定措施為：1m高下穩(wěn)定板+1m高上穩(wěn)定板+橋面封槽板，（上穩(wěn)定板與中央防撞欄結(jié)合成整體）。經(jīng)過風(fēng)洞試驗，在+5、+3、0、-3風(fēng)攻角工況下的顫振臨界風(fēng)速分別為113.8m/s、105.0m/s、75.3m/s、52.5m/s，高于顫振檢驗風(fēng)速51.5m/s。
（4）橋址處于山區(qū)峽谷，峽谷效應(yīng)在橋址處形成獨特的風(fēng)環(huán)境，風(fēng)速比周圍開闊地帶明顯偏大；大橋主橋兩端連接隧道，車輛從隧道駛出時受急劇變化的剪切風(fēng)速，故在兩端從隧道口向主橋方向延伸的100m范圍內(nèi)均設(shè)置高度從4m漸變到0m的風(fēng)障（采用分段漸變），以保證車輛從隧道駛出后不會經(jīng)歷劇烈變化的橫風(fēng)作用，改善行車安全。
4、有關(guān)資料
建設(shè)單位：湖南省高速公路建設(shè)開發(fā)總公司
設(shè)計單位：湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院
施工單位：
混凝土用量：123972m3
鋼材用量：35541t
造價：10億
