世界最大跨度梁桥——重庆石板坡长江大桥复线桥

桥　　名：重庆石板坡长江大桥复线桥
桥　　型：连续刚构连续梁混合梁
跨　　径：87.75m+4*138m
　　　　　+330m+133.75m
混凝土用量：55268m
预应力钢绞线用量：2222t
普通钢箱用量：10052t
钢材用量：1849t
造　　价：4.2866亿
建成日期：2006年8月


1、概况

重庆石板坡长江大桥复线桥包括北引道、正桥、南桥头立交、黄葛渡立交。正桥部分为现有的石板坡大桥，修建于1981年，其跨径布置为86.5m+4×138m+156m+174m+104.5m，每一跨的跨中均设有30m跨的挂梁。是当时重庆唯一的一座跨江大桥。重庆石板坡长江大桥复线桥选择位于老桥的上游侧，两桥中心线之间相距25m。距重庆菜园坝长江大桥1.2km。经过通航论证分析，中间156m和174m跨之间的桥墩不能再设，这就使主跨跨径达到了330m（图1）。

图1  重庆石板坡长江大桥复线桥全景

两岸地形较对称，河谷开阔，江心有珊瑚坝砂砾洲，主河道被分隔为内外两条分汊河道，以外河为主流。洪水期间江面宽约950m。设计流量81000m/s，设计流速5.2m/s，最大冲刷深度3.5m。覆盖层为厚约15～22m的卵石层组成，基岩为泥岩。年平均气温17.0℃～18.8℃，常年降雨量为1000～1400mm。


大桥复线桥为四车道城市主干道I级特大桥，设计速度60km/h；桥位区平均地面20m高度处，频率1/100的10min平均最大风速为26.7m/s；船舶撞击荷载：按内河I级航道进行设计，顺水流方向12000kN，横水流方向6000 kN；地震基本烈度为6度，结构物按7度设防；通航净宽290.2m，通航净空18m。


2、主桥结构
结构体系采用长联大跨径砼刚构-连续混合梁桥，桥跨布置为87.75m+4×138m+330m+133.75m，梁总长1103.5m全桥除主跨330m中部有108m钢梁外，其他均为预应力混凝土结构（图2），单向四车道，桥面全宽19m。

图2  大桥桥型布置

（1）主墩基础
1号桥墩桩基直径为2.5m，平面布置为3×4根。承台为19m×16m×5m。
2、3、4号桥墩桩基直径为2.0m，平面布置为3×4根。承台为19×16×5m。
主墩5号、7号桥墩基础形式采用桩基+承台形式（图3、图4），桩基直径为2.5m，平面布置为4×4根，承台为19m×19m×6m。

图3  主墩基础（尺寸单位：m）

图4  基础施工

（2）墩身
1、2、3、4号墩身为4.6m（纵）×9m（横）的矩形空心桥墩，壁厚为1m，墩顶设置活动支座。5、7号桥墩为双壁实体钢筋混凝土桥墩，每个墩壁宽2.8m，双壁间净距5.4m，横桥向墩身墩身总宽10.2m，由两个0.6m的分水尖和9m的墩身构成, 桥墩与主梁固接, 5号、7号桥墩墩身高49.7m（图5）。

图5  主墩墩身（尺寸单位：m）

（3）主梁
复线桥采用竖直腹板箱形截面（图6）。底板宽9.0m，顶板宽19m，两侧翼缘宽5m。在第一、二、三跨，梁高由桥台和跨中的3m渐变至根部的8m；第四跨梁高从3号墩附近的8m，逐渐变化至中跨处的5m，余下梁段均为5m等高；第五跨梁高从4号墩处的5m渐变至5号墩处的16m；主跨梁高从根部的16m渐变至中跨的4.5m；第七跨梁高由桥墩处的16m渐变至桥台处的5m。

图6  混凝土箱梁（尺寸单位：cm）

钢箱梁（图7）桥面采用正交异性板，板厚18mm，下设8mm的加劲肋，间距640mm。钢结构依据最新的AASHTO规范进行细部设计。

图7  钢箱梁（尺寸单位：mm）

如上所述，主跨跨中设置了103m长的钢箱梁，加上两端各2.5m长的钢混结合段，钢箱梁总长108m（图8）。

图8  钢—混混合梁

混凝土梁为三向预应力结构，预应力索采用公称直径为15.24mm的七丝钢绞线，抗拉强度标准值为1860MPa。所有的顶板束锚固在节段端面的腹板上部。顶板纵向索采用15—21至15—31大小的钢束；顶板横向预应力索采用15—3钢束；竖向预应力除了在5、6号墩附近12.5m的范围内采用15—12钢束以抵抗较大的剪力外，其余均采用15—3钢束。


（4）体外索
石板坡复线桥体外索体外设置在P5、P7的0号块之间，即330m主跨。体外索线形设计以后期下挠曲线为基本参照准绳。


体外索线形的布置特点是：尽量简化线形，减少转向装置，有利于简化结构构造、方便施工和提高体外索使用效率；体外索每一处转折角度较小并尽量靠近箱梁加腋处布置，使转向器受力和构造简单化（图9）。

图9  体外索布置（尺寸单位：m）

（5）钢—混接头
石板坡长江大桥钢混凝土接头采用了填充混凝土后板式的方式（图10、图11）。钢箱梁端部的顶板、底板和腹板做成双壁板，填充的混凝土与紧邻的混凝土箱梁段的顶板、底版和腹板通过PBL剪力板、预应力钢筋和普通钢筋等得到很好地连接，再稍往前延伸将其与混凝土横隔板连接，预应力短束钢筋锚固在混凝土横隔板和钢箱横隔板上，预应力长束钢筋锚固在混凝土横隔板后梁段的顶板、底板的齿块上。

图10  钢—混凝土接头布置（尺寸单位：mm）

图11 钢—混凝土接头

钢—混凝土接头钢结构设计，接头纵向长4m，其中钢箱部分长2.5m，内填充混凝土部分长1.5m，在结合面设置一块50mm的承压板，连接钢箱梁部分顶板采用加劲板，与混凝土部分内的加劲板（PBL）对应。


（6）主梁浇筑和施工控制
除了南岸21.55m、北岸17.55m的梁段以及第四跨跨中45m长梁段采用临时支架施工外，其余混凝土梁采用挂篮悬浇法施工。由于靠近5、6号墩处的节段非常重，节段长度从2.75m到5.5m不等，最重的节段重量为380t。全桥总共使用了10付挂篮。主梁采用C50和C60混凝土。


钢箱梁在重庆下游1000km处的武汉制造。在临时封闭钢箱梁两端后，长103m、重1400吨钢箱梁像驳船一样从武汉起航经过长江三峡，由拖船拖运至重庆。经过桥下水面准确定位，钢箱梁被整体提升就位（图12）。

图12  钢箱梁吊装

3、主要技术特点和创新点

（1）为解决预应力大跨连续刚构因恒载应力过高而难以提高跨越能力的难题，在330m主跨中间创造性的采用108m钢箱梁（由两端各有2.5m钢－混凝土结合段，中间103m钢箱梁组成），有效的解决了混凝土梁自重过大的问题，钢-混凝土组合连续刚构方案不但有效降低了自重，增强了连续刚构的跨越能力，也使施工的风险减少，同时大大加快了施工速度；
（2）在梁桥上首次采用钢－混凝土接头；该接头位于正、负弯矩交替作用区，通过巧妙地设计使在较短的距离内实现了钢箱梁到混凝土梁力的平顺传递；并制作1：1.5的接头模型，进行静力和疲劳性能的试验研究，确认构造的合理及结构的安全性；
（3）在主跨采用可调可换的体外索体系作为结构措施，可解决以往一些桥在使用一段时间后下挠过大、裂缝较多的问题；
（4）为减轻自重荷载，在其桥面铺装设计上首次取消了国内惯用的调平层，仅设置7.5cm的沥青铺装。
（5）在国内首次采用钢箱梁整体自浮方式运输，从制造地武汉要通过葛洲坝和三峡大坝，通过船队的不同组合和周密策划，顺利运抵重庆；
本桥钢箱梁长103m、宽19m、重1400t，在桥位处钢箱梁作业区位于川江主航道，水流深度快，钢箱梁需水平旋转90o并与水流方向垂直，其旋转、定位施工技术均为国内首次。
实施了旋转抬头、平行上升、再恢复水平的钢箱梁吊装出水方案，消除了平行出水增加的数值较大的吸附力，保证了主体结构的安全。该方法在全国首次采用。
（6）吊装设备设在111m悬臂上，1400t钢箱梁在柔性支撑上动态吊装，其空间几何状态精度控制十分困难，本桥吊装系统可进行精度达0.5mm的纵、横、竖三向位移调整。