丹河大橋
丹河大橋
1、概況
丹河大橋地處太行山脈南端，于山西晉城～河南焦作高速公路K10+300處跨越丹河，主橋采用凈跨徑146米的特大石拱橋，單跨跨徑居世界同類橋型首位，橋梁全長425.6m。
橋址區(qū)為低山溝谷地貌，地形起伏大，河谷受河水切蝕，斷面呈“U”型，相對高差達(dá)80.98m。晉城岸山勢陡峻、基巖基本裸露，焦作岸基巖埋深約10m左右，為弱風(fēng)化、微風(fēng)化白云巖，屬硬質(zhì)巖類。焦作岸引橋有黃土、卵石及礫石覆蓋層10～14m，工程條件好，宜于建橋。丹河屬黃河水系，發(fā)源于長治市與高平縣交界的河泊村后溝，橋址上游干流長約93km，匯水面積2098 km
2，考慮到上游汪莊水庫潰壩影響，300年一遇計(jì)算流量為5660 m
3/s，設(shè)計(jì)水位為585.95m。晉城屬溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫11.0 ℃，年平均降水量618.0m，最大風(fēng)速NW向23m/s。
主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
(1)四車道高速公路
(2)設(shè)計(jì)行車速度： 60 Km/h
(3)橋面寬度: 24.8 m（含人行道）
(4)荷載標(biāo)準(zhǔn)
車輛荷載： 汽車-超20級，掛車－120
人群荷載： 3.5 kN/m
2；
地震基本烈度： 6度
(5)設(shè)計(jì)洪水頻率： 1/300年
2 主橋結(jié)構(gòu)
丹河大橋全長425.6米，采用全空腹式變截面懸鏈線無鉸石板拱橋方案，橋跨布置為：2×30+146+5×30m，橋?qū)?4.8米、高81.6米，主跨凈146米，矢跨比1/4.5，凈矢高32.444米。
（1）主拱圈
丹河大橋最先考慮的橋型方案就是帶實(shí)腹段的變截面空腹式結(jié)構(gòu)形式。由于受高速公路路線設(shè)計(jì)標(biāo)高高程的控制，以及兩岸拱座工程地址變化的影響，主拱圈的矢跨比已經(jīng)采用1/4.5，調(diào)整的余地不大。為了減低拱座高度與矢跨比，減少施工難度，也使主拱圈結(jié)構(gòu)受力更加合理，在綜合各方面因素后，采用全空腹式變截面懸鏈線無鉸拱結(jié)構(gòu)形式。其主要參數(shù)如下：
主跨凈跨徑: 146米
凈矢高: 32.444米
矢跨比: 1/4.5
拱頂厚度： 2.5m
拱腳厚度： 3.5m
拱軸系數(shù)： 2.30
截面變化系數(shù)： n=0.5225
主拱圈形式：懸鏈線無鉸石板拱
?。?）拱上建筑
腹拱由14個(gè)等跨徑腹拱組成空腹式斷面，其主要參數(shù)如下：
腹桿凈跨徑： 9.40m
矢跨比： 1/3.5
拱圈厚度： 0.60m
腹拱圈形式： 等截面懸鏈線石板拱
為減輕拱上建筑重力，增加結(jié)構(gòu)的透視與美學(xué)效果，腹拱墩采用橫向挖空形式。
一般石拱橋的腹拱的端邊孔及中孔分別采用三角拱及兩鉸拱，以適應(yīng)拱上結(jié)構(gòu)變形的需要。根據(jù)本橋主拱圈跨徑大，腹拱墩較高的特點(diǎn)，為降低施工難度，增加腹拱圈的整體性，采用邊孔設(shè)三鉸拱，跨中設(shè)置變形縫的構(gòu)造形式，并采用多次卸架及拱上側(cè)墻后砌等措施，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形。
?。?）拱上填料
常規(guī)石拱橋由于拱上建筑及腹拱填料重量大，致使主拱圈裸拱合龍卸架后，有較大的變形，對主拱圈、腹拱及腹拱墩受力不利。填料一般采用爐渣、礦渣或礫石等透水性材料，但實(shí)踐中難以壓實(shí)，以及運(yùn)營期水的作用等因素引起橋面病害。丹河大橋?yàn)榱藴p少拱上荷載重量，確保高速公路橋面的質(zhì)量，設(shè)計(jì)采用輕質(zhì)填料，經(jīng)認(rèn)真篩選、試驗(yàn)及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，采用蒸壓粉煤灰加氣混凝土。具有干密度低、質(zhì)量輕，砌體強(qiáng)度利用系數(shù)高，彈性系數(shù)大，吸水少而慢，抗凍性好，原材料廣泛、價(jià)格低廉，具有可加工性，便于施工等特點(diǎn)。減輕了填料自重，減輕了主拱、墩臺(tái)及地基的負(fù)擔(dān)。提高了填料的強(qiáng)度和剛度，增加了車輛荷載的分布能力，減小了橋面活載沖擊了，提高承載能力。較少了填料對側(cè)墻的擠壓了?？朔诉\(yùn)營期拱腹排水不易維護(hù)等困難，結(jié)合橋面放水措施，解決了拱橋橋面沉陷等病害，大大提高了高速公路大跨徑橋梁的橋面質(zhì)量。
?。?）拱橋欄桿裝飾藝術(shù)
丹河大橋位于晉城市風(fēng)景區(qū)范圍內(nèi)，橋梁按要求設(shè)置人行道。人行道內(nèi)側(cè)采用混凝土防撞墻，外測采用石質(zhì)工藝欄桿。橋梁側(cè)面采用主拱圈及人行道出檐措施，增加橋梁的美學(xué)效果。
?。?）施工
主拱圈采用在拱架上分環(huán)分段砌筑施工。拱架采用鋼木聯(lián)合結(jié)構(gòu)，高度近80m。拱架主體為A3和16Mn鋼萬能桿件拼成的鋼拱架，鋼拱架上設(shè)置落架裝置——組合木楔，其上為木拱盔。
主拱圈共分五環(huán)砌筑而成，每一環(huán)分為五個(gè)階段共18個(gè)工作面進(jìn)行砌筑。施工順序?yàn)椋涸诠凹苌习吹谝弧谖瀛h(huán)的順序依次砌筑，第一環(huán)砌筑完成后暫不合龍，保留11道預(yù)留空縫；第二環(huán)砌筑完成后，第一、第二環(huán)同時(shí)合攏。第三、四、五各環(huán)實(shí)現(xiàn)單環(huán)拱圈砌筑與合龍。主拱圈合攏完成后進(jìn)行拱上橫墻施工完成后進(jìn)行落架。
組合木楔是本橋的落架裝置，具有構(gòu)造簡單、造價(jià)低、承載力強(qiáng)、易操作、落架量控制準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
為保證拱架的安全性和拱圈的穩(wěn)定性，落架采用分階段、分步驟的落架方式。第一階段，主拱圈完全合龍后，砌體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95％，部分落架；第二階段，主橋腹拱墩砌筑完成后，部分落架；第三階段，主橋腹拱砌筑完成后，完全落架。
3 主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
?。?）針對特定的地形、地貌、工程地質(zhì)和當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)、人文及建設(shè)環(huán)境，結(jié)合晉焦高速公路初步設(shè)計(jì)批復(fù)意見，設(shè)計(jì)修建了146米的特大石拱橋，其跨徑居世界同類橋型首位，總體規(guī)劃適當(dāng)、使用功能齊全、景觀與環(huán)境協(xié)調(diào)。
?。?）設(shè)計(jì)計(jì)算方法成功突破拱橋傳統(tǒng)計(jì)算模式，結(jié)構(gòu)分析采用傳統(tǒng)的懸鏈線拱軸理論與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)相結(jié)合的方法，率先采用空間桿單元、板殼單元、實(shí)體單元等多單元聯(lián)合建立包括上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、拱架在內(nèi)的計(jì)算模型，分析拱圈分環(huán)砌筑狀態(tài)、裸拱狀態(tài)、成橋狀態(tài)、拱上建筑聯(lián)合作用、車輛荷載、人群荷載、溫度、拱腳位移作用等多種工況下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力、位移、穩(wěn)定性及動(dòng)力特性，提出了一套適合大跨徑石拱橋的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
?。?）依托大跨徑石拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算方法，完成的施工仿真模擬分析，首次發(fā)現(xiàn)了分步施工石拱橋拱腳下緣高應(yīng)力區(qū)。分析結(jié)果能夠較準(zhǔn)確地反映大跨徑石拱橋的施工狀況，對拱橋施工起到了指導(dǎo)作用。
?。?）大型砌體模型試驗(yàn)、施工監(jiān)控起到了對設(shè)計(jì)理論和施工仿真模擬進(jìn)行驗(yàn)證的作用。
?。?）高標(biāo)號(hào)小石子混凝土砌石砌體力學(xué)性能研究成果已被《公路圬工設(shè)計(jì)規(guī)范》采用，填補(bǔ)了國內(nèi)外高標(biāo)號(hào)砌體力學(xué)性能指標(biāo)的空白。
?。?）首次在拱橋的腹拱填料中采用加氣混凝土輕質(zhì)填料，減輕了結(jié)構(gòu)自重，改善了結(jié)構(gòu)受力，降低了工程造價(jià)，并總結(jié)了一套相應(yīng)的施工工藝，具有推廣運(yùn)用價(jià)值。
（7）設(shè)計(jì)采用三階段卸落拱架措施，使結(jié)構(gòu)受力更趨合理，提高了施工的安全性。
?。?）通過理論分析、施工仿真模擬分析、大型砌體模型試驗(yàn)、現(xiàn)場監(jiān)控和荷載試驗(yàn)，探討了分環(huán)砌筑特大石拱橋主拱截面應(yīng)力分布、主拱與拱架聯(lián)合受力的規(guī)律，取得了的大跨徑石拱橋設(shè)計(jì)方法和施工安全控制的創(chuàng)新性成果。
?。?）丹河特大橋設(shè)計(jì)成功地突破了傳統(tǒng)的石拱橋設(shè)計(jì)思路，實(shí)體工程和特大跨徑石拱橋設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)研究科研成果處于國際領(lǐng)先水平，總結(jié)了一套完整的大跨度石拱橋設(shè)計(jì)與施工成套技術(shù)，為石拱橋這一我國傳統(tǒng)橋梁建筑結(jié)構(gòu)型式的繼承和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。
4 相關(guān)資料
橋 名：丹河大橋
橋 型：全空腹式變截面懸鏈線無鉸石板拱橋
跨 徑：主跨凈146m
橋 址：山西省晉城市
建設(shè)單位：晉城市交通局
Jinchen Traffic Bureau
設(shè)計(jì)單位：中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司
The First Highway Survey & Design Institute of China Co.ltd
施工單位：丹河橋項(xiàng)目部
Department of Danhe Bridge Project
中鐵十七局
混凝土用量：23100 m
3（用于基礎(chǔ)及橋墩）
砌體用量： 52200m
3
鋼材用量： 2900t（用于拱架、橋墩及基礎(chǔ)）
造 價(jià)： 1.39億元
建成日期： 2000年7月
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世界最大跨徑石拱橋研究與實(shí)踐 作者：劉士林 周衛(wèi) 張建功
