【桥梁名片】

• 名称：重庆白帝城长江大桥（G6911安康至来凤高速公路奉节至巫山段）
• 地址：重庆市奉节县
• 类型：单跨双铰简支悬索桥
• 建设单位：重庆奉建高速公路有限公司
• 设计单位：中铁长江交通设计集团有限公司
• 施工单位：贵州路桥集团有限公司
• 建设情况：在建，2020年5月开工建设，预计2024年7月建成通车

【摘要】重庆白帝城长江大桥主桥为主跨916m的单跨双铰简支悬索桥。该桥主桥采用静力限位和动力阻尼组合约束体系。

受两岸地形及索鞍位置限制，中跨主缆垂跨比为1:11，采用预制平行钢丝索股(PPWS)法施工。主缆采用标准抗拉强度1860MPa的热镀锌铝高强钢丝，选用“S型缠丝＋防护带弹性包裹＋主缆干燥空气除湿”综合防护体系。

为适应加劲梁的横向摆动，短吊索采用关节轴承构造与加劲梁吊耳、索夹相接。加劲梁采用流线型扁平钢箱梁，总宽33m、高3.2m，标准横隔板采用空腹桁架式结构。为减轻结构疲劳效应，桥面系采用钢－超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板体系。桥塔采用钢筋混凝土门形塔，桥塔基础采用分离式承台＋群桩。

奉节岸锚碇区围岩较破碎，且受公路隧道及坡上建筑物限制，采用折线型隧道式锚碇，利用适用于大倾角隧洞的铣挖机机械开挖工艺施工；巫山岸锚碇位于瞿塘峡互通匝道桥内，采用埋置式重力式锚碇，利用原槽现浇工艺增加锚碇的侧向摩阻力。

重庆白帝城长江大桥为国家高速公路网G6911安康至来凤高速公路奉节至巫山段的关键工程，跨越长江宝塔坪河段，距白帝城景区约1.6km，距瞿塘峡口约2km。该桥为双向4车道高速公路，设计速度为80km/h，荷载等级为公路—Ⅰ级，设计洪水频率为300年一遇，设计基准风速V10为25.5m/s，桥址区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为Ⅵ度。

根据奉节公路过江通道航道通航条件影响评价报告，梅溪河于桥轴线上游约2.3km汇入长江，宝塔坪码头距离桥位500m，靠泊船舶进出频繁。根据三峡水库设计调度方案，每年5月末降低水位至防洪限制水位＋145m；6月至9月维持＋145m的水位运行；10月开始蓄水至正常蓄水位＋175m。枯水期(水位＋145m)河面宽度约760m，丰水期 (水位＋175m)河面宽度约890m。

桥址区属构造侵蚀剥蚀河谷岸坡地貌，两岸大致呈“U”形。奉节岸位于长江北岸单向斜坡上，地形较陡，存在夔门酒店、夔门中学等建筑，其下设有宝塔坪隧道；巫山岸位于长江南岸山脊中部，地形相对较陡，设有瞿塘峡互通。桥址区地层主要分布残坡积层(Q4el＋dl)粉质黏土；三叠系中统巴东组(T2b)页岩、泥岩、泥灰岩和泥质灰岩；下统嘉陵江组(T1j)角砾状灰岩、白云质灰岩。

根据奉节公路过江通道航道通航条件影响评价报告，为不影响靠泊船舶，须采取一孔跨过通航水域的桥梁方案。同时，在符合路线总体走向的前提下，综合考虑两岸地形地质条件、通航条件、施工水位、工程规模等因素，白帝城长江大桥主桥采用主跨916m的单跨双铰简支悬索桥，桥梁全长1170m。加劲梁采用钢箱梁，高3.2m；吊索标准间距16.2m；桥塔采用钢筋混凝土门形塔，桥塔基础采用承台＋群桩；奉节岸锚碇采用隧道式锚碇，巫山岸锚碇采用埋置式重力式锚碇，白帝城长江大桥立面布置见图1。

加劲梁在桥塔横梁处设置竖向支座，以承担桥梁竖向荷载；在塔柱间设置横向支座，以承担风荷载、横向地震作用等水平荷载。

主桥桥塔横梁与钢箱梁底板间设置纵向粘滞阻尼器，横梁上设置限位挡块，以增加结构阻尼耗能能力，减少梁端位移，控制位移量，改善结构受力性能和伸缩缝使用性能，减轻桥梁地震响应。主桥伸缩缝采用1360型模数式伸缩缝。

受两岸地质、奉节岸坡上建筑、宝塔坪隧道、瞿塘峡互通的制约，主缆两岸边跨跨度分别为188m、317m，主缆跨度布置为(188＋916＋317)m。为满足散索鞍处主缆入射角和锚碇内主缆中心线夹角宜大于18°的条件，采取了2种措施：

①考虑散索鞍在隧洞内的运输条件，隧道式锚碇采用折线型布置；

②优化主缆垂跨比[6]。不同垂跨比条件下桥梁的主要指标见表1。根据表1，综合考虑设计参数、桥梁刚度及材料用量，选定主缆中跨垂跨比为1:11。

全桥共设2根主缆，主缆采用预制平行钢丝索股 (PPWS)法施工。

每根主缆中含105股平行钢丝索股，每股含127丝公称直径5.2mm、标准抗拉强度1860MPa的热镀锌铝高强钢丝，竖向排列成尖顶的近似正六边形。主缆紧缆后为圆形，索夹处和索夹间直径分别为663.2mm、671.4mm。主缆选用“S型缠丝＋防护带弹性包裹＋主缆干燥空气除湿”综合防护体系[8]，以减少主缆腐蚀，保证其耐久性。

吊索采用公称直径5.3mm、标准抗拉强度1860MPa的热镀锌铝高强钢丝。吊索上、下端通过叉形耳板与索夹、加劲梁拉板相连。在短吊索处的耳板均设置关节轴承，以适应加劲梁在横风及地震时的横向位移。

加劲梁采用流线型扁平钢箱梁(图2)，两侧风嘴上设置人行通道。桥轴线处钢箱梁总宽33m、高3.2m，桥面设双向2.0％横坡，钢箱梁采用Q345D钢。

图2 加劲梁横断面

全桥钢箱梁共划分为57个梁段，包括54个标准梁段、1个合龙段、2个端部梁段，标准梁段长16.2m、重202.2t。钢箱梁顶板厚14mm，U肋尺寸为300mm×280mm×8mm，中心间距600mm。为减轻钢箱梁自重、简化箱室内构造布置、改善梁体内通风状况，同时节省钢材、方便维修养护，钢箱梁横隔板除承受较大剪力的支点处采用实腹式结构外，其余部分采用空腹桁架式结构。钢箱梁采用整体节段吊装工艺，在浅滩及无水区采用连续荡移法吊装施工，其余地方采用跨缆吊机直接吊装施工。

传统浇筑式桥面体系为改性沥青玛蹄脂 (SMA)＋浇筑式沥青混凝土(GA)，该体系是钢桥面铺装常用的方案；为提高正交异性钢桥面板抗疲劳开裂性能、减少钢桥面沥青铺装层破损，该桥主桥采用钢－超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板体系，即正交异性钢桥面板＋45mm厚UHPC＋环氧树脂粘结层＋40mm厚SMA改性沥青，具体布置形式见图3。

图3 钢－UHPC组合桥面板体系

参照我国现行规范，考虑恒载＋汽车荷载＋人群荷载＋支座沉降＋温度作用＋活载横风等荷载组合，分别计算采用传统浇筑式桥面体系和钢－UHPC组合桥面板体系时，钢箱梁第一体系应力(不包含局部应力)极值，计算结果见表2。

由表2可知：钢－UHPC组合桥面板体系除能提高桥面板刚度外，还能有效降低钢桥面板应力，提高钢桥面的疲劳性能。

主桥采用钢筋混凝土门形塔，C50混凝土，奉节岸、巫山岸桥塔分别高186.2m、158.3m，桥塔构造见图4。

图4 桥塔构造

为适应夔门两岸地形特点及体现桥梁景观特性，塔柱采用多边形大倒角断面，塔柱外侧正面采用三级0.5m阶梯状倒角，侧面采用0.5m和1.0m两级倒角，塔冠采用山形造型。塔顶顺桥向宽8.0m，等比例变化至桥塔底部。塔顶横桥向宽7.0m，塔柱底部15m范围内内侧加宽1m、外侧加宽2.4m，塔柱底部横桥向总宽10.2m。上塔柱纵、横向壁厚分别为1.25m、1.0m，下塔柱壁厚均为1.2m。

桥塔基础均采用分离式承台，单个承台平面尺寸21m×21m，厚7m，每个承台下均布置16根φ2.5m的桩，按摩擦嵌岩桩设计。承台采用C40混凝土，桩基采用水下C35混凝土。

桥塔作为受压为主的结构，弹性阶段的应力分析应作为强度验算的重要内容。现有规范对桥塔的应力验算未进行明确规定，本设计采用不同荷载组合对应不同容许应力放大系数的容许应力法进行桥塔应力分析，以体现结构可靠度一致性原则，避免各种荷载组合采用单一安全系数的不合理性。桥塔混凝土应力验算结果见表3。

由表3可知：在不同荷载组合下，桥塔混凝土压应力均小于对应荷载组合下的混凝土容许应力值，具有一定的安全度和可靠度。

奉节岸锚碇区域内房屋建筑密布，地形较陡，地表覆盖厚5~8m素填土；下伏基岩主要为宝塔组三段的泥灰岩和泥质灰岩，沿隧道式锚碇轴线长度0~118m(泥灰岩段)风化裂隙发育，岩体破碎或较破碎，围岩级别为Ⅴ级；118~153m(泥质灰岩段)风化裂隙不发育，岩体较完整，围岩级别为Ⅳ级，奉节岸锚碇布置见图5。

图5 奉节岸锚碇布置

隧道式锚碇与宝塔坪隧道最小净距4.5m，与夔门酒店基础最小净距约15m，设计施工难度大(图6)。

图6 奉节岸锚碇与隧道平面位置关系

结合隧道式锚碇区域地质情况，为满足散索鞍处入射角和锚碇内主缆中心线夹角宜大于18°的要求，抬高散索鞍IP点(散索鞍中主缆中心线交点)，隧道式锚碇采用折线型布置，其长度为32m (锚洞)＋60m(前锚室)＋52m(锚塞体)＋3.8m (后锚室)，合计长147.8m。

根据隧道式锚碇出渣机械装备性能，将隧道式锚碇轴线与水平线的倾角拟定为40°。考虑到隧道式锚碇大断面开挖及支护的难度和风险，将隧道式锚碇设计为前小后大的楔形，锚洞尺寸为8.5m×8.5m，顶部圆弧半径4.25m；前锚面尺寸为14m(宽)×15m(高)，顶部圆弧半径7m；后锚面尺寸为17m(宽)×18m(高)，顶部圆弧半径8.5m。鞍座采用单桩承台形式。

宝塔坪隧道及隧道式锚碇开挖施工互相影响，又存在上方建筑和锚碇锚塞体主缆拉力的影响，各结构存在耦合作用，导致围岩应力重分布，改变隧道及隧道式锚碇的结构受力状况，可能影响隧道顶部构筑物基础受力。通过在桥塔主索鞍IP点(主索鞍中主缆中心线交点)处向外旋转边跨主缆及隧道式锚碇轴线4°，使得锚塞体之间的最小距离由22m增加到36.8m。同时隧道式锚碇采用适用于大倾角的铣挖机机械开挖工艺进行隧洞的开挖，保证隧道式锚碇与公路隧道的净距以及2个锚塞体之间的岩柱完整性和稳定性。

与隧道支护“最大调动围岩、减少初支及二衬结构受力”的支护原则不同，隧道式锚碇选用承载快的强支护措施，以保持围岩的原始状态。隧道式锚碇初期支护采用药卷锚杆＋自钻式中空注浆锚杆、C30喷射混凝土、钢筋网以及工字钢支架等与围岩共同组成支护体系。

巫山岸锚碇位于瞿塘峡互通内(图7)，考虑互通匝道及地形的影响，巫山岸锚碇采用埋置式重力式锚碇(图8)。

图7 巫山岸锚碇总体布置

图8 巫山岸锚碇构造

基坑前侧及侧面采用原槽现浇工艺，减少基坑回填，充分利用岩体对锚碇的侧向摩阻力。巫山岸锚碇底平面尺寸为22m(长)×43m (宽)，顶平面尺寸为80.27m(长)×81.48m(宽)，散索鞍墩顶以下5m的混凝土及前锚室采用C40混凝土，其余各部分均采用C30混凝土。

巫山岸锚碇由锚块及基础、散索鞍支墩和前、后锚室组成，为大体积混凝土结构。为避免锚碇浇筑施工后出现收缩与温度裂缝，锚碇基础及锚块采用分层、分块浇筑，各块之间设置2m后浇段，后浇段采用微膨胀混凝土。除按要求采用低水化热水泥和对骨料进行预冷外，每层设置冷却管，锚体表面设置直径20mm抗裂钢筋，间距200mm。

重庆白帝城长江大桥是奉巫高速公路的控制性工程，建设环境复杂，受限因素多，设计施工难度大，该桥主桥采用静力限位和动力阻尼组合约束体系，控制了梁端位移，降低了伸缩缝规模；桥面系采用钢－UHPC组合桥面板体系，降低了钢桥面板应力，改善了钢桥面板的疲劳性能和桥面铺装的耐久性；隧道式锚碇采用向外偏转的折线型布置及铣挖机机械开挖工艺，解决了在下穿建筑物、毗邻公路隧道的复杂环境下以及破碎岩体中修建隧道式锚碇的难题；重力式锚碇在传统的底面抗滑的基础上，利用原槽现浇工艺，增加了锚碇侧向摩阻力，降低了锚碇的规模。

白帝城长江大桥主桥2020年5月开工建设，预计2024年7月建成通车，白帝城长江大桥建成效果图见图9。

图9 白帝城长江大桥建成效果图

本文转自《桥梁建设》——重庆白帝城长江大桥主桥总体设计，作者刘小辉，郑升宝等；仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！