复杂山区千米级悬索桥的设计与施工创新

保山至腾冲高速公路是云南省干线公路骨架网在滇西地区的组成部分，是由昆明、保山通往缅甸（可延伸至印度）的国际大通道之一。龙江特大桥是保腾高速公路的控制性工程，于K19+970.96～K22+441.58处跨越龙江。大桥距离滇西历史文化名城腾冲约25公里，距离滇缅边境猴桥口岸约90km。龙江特大桥是承载保腾高速实现“历史文化之旅，自然景观之旅、国际通道之旅”的标志性现代化工程。大桥全长2470.62m。

主要技术指标如下：公路等级为双向四车道高速公路；大桥标准宽度为33.5m（含风嘴）；设计行车速度为80km/h；荷载等级为公路—Ⅰ级；结构抗震设计按两阶段标准设防（8度地震烈度区）。

龙江特大桥地理位置

独到之处

1.桥位跨越古滑坡体，覆盖层深厚、基岩破碎

桥位区锚碇位于覆盖层深度超过50m的全风化、强风化玄武岩、砾岩、黏土岩、粉砂质泥岩、凝灰岩地层上。桥轴线河谷腾冲侧于1953年发生大型深层崩塌型滑坡。腾冲侧桥轴线边坡上、下游，历史上均发生明显边坡滑塌，对岸坡稳定性存在潜在影响。经工程地质及边坡稳定性勘察专项研究，确定跨越河谷的桥梁基本安全跨径。

2.大桥位于高烈度强震山区

大桥位于瑞滇-腾冲地震带，该地震带火山岩广泛分布，地震烈度较高，100年超越概率10％的地震动加速度峰值为0.355g，100年超越概率4％的地震动加速度峰值为0.477g。腾冲地区地震活动频繁，龙江特大桥抗震执行两阶段设防标准，在目前中国已建千米级大桥中属于最高地震烈度地区桥梁，地震力效应控制悬索桥索塔设计。

3.独特的自然、历史与人文环境

腾冲，滇西历史、文化名城。近些年来正声名鹊起，吸引着无数的人前来观光。而巍巍高黎贡山下的宽阔而美丽的龙江河谷，就是腾冲魅力的缩影。大桥设计应实现多功能融合，需融入更高的建筑美学品质。

合理布设

1.龙江特大桥跨越龙江河谷，腾冲侧索塔设置在滑坡体后缘安全稳定的位置，龙陵侧索塔前沿在安全稳定条件下考虑钢箱梁吊装空间。确定主桥为主跨1196m的单跨双塔钢箱梁悬索桥，主缆跨径组成为320m+1196m+320m，保山岸引桥为5×40m连续现浇箱梁；保山岸锚碇区引桥为10×34mT梁桥，腾冲岸锚碇区引桥为14×34mT梁桥；两岸引道长0.368km，大桥全长2470.62m。

大桥总体布置效果图

大桥实景图-侧俯视

大桥实景图-正面俯视

2.索塔采用门形框架钢筋混凝土塔，塔柱横截面采用圆形过渡至等圆弧四边形断面，基础采用钻孔灌注桩-钢护筒复合基础。

3.锚碇采用重力式锚，无粘结预应力钢绞线锚固系统。

锚碇体及主缆锚固系统实景照片

4.加劲梁采用整体扁平流线型钢箱梁，全焊接结构。桥面铺装为总厚度70mm的高弹改性沥青+浇筑式沥青混凝土铺装。

5.主缆采用强度为1770MPa级的高强钢丝，91丝预制平行钢丝束股。主缆防护采用“缠绕钢丝+缠包带+干燥空气除湿”主动式防护。

6.采用钢丝绳吊索，索夹为骑跨式。

7.龙陵岸接主桥的引桥为预应力混凝土连续箱梁，锚碇区引桥为连续T梁桥，腾冲岸锚碇区引桥为连续T梁桥。

设计先进性及技术创新点

1.主桥为跨径1196m双塔单跨钢箱梁悬索桥，为目前建成的世界上跨越山区峡谷最大跨径的悬索桥，也是在跨越山区峡谷特大跨径悬索桥中首次设计采用全焊接扁平流线型钢箱加劲梁。具有以下创新意义：

直接大幅度降低了加劲梁的用钢量指标。据统计研究，龙江特大桥钢箱加劲梁用钢量指标（每平米钢材重量），较钢桁架+正交异性钢桥面板结合结构节省约23%，较钢桁架+钢-混组合桥面系结构节省约15%。

显著提高了主缆、锚碇结构的经济性。据统计研究，采用钢桁架+正交异性钢桥面板加劲梁的基本恒载（每平米加劲梁重量），较龙江特大桥钢箱加劲梁增加约20%；钢桁架+钢-混组合桥面系结构加劲梁的基本恒载，较龙江特大桥钢箱加劲梁增加约70%。由于钢箱加劲梁结构十分轻盈，从而显著节省了单价较贵的主缆系统，体量较大的锚碇的造价。

加劲梁轻型化直接促成了门形钢筋混凝土索塔，在龙江特大桥的合理采用，具有比钢塔更好的经济性和环境协调性。大桥初步设计阶段研究分析表明：钢桁架+钢-混组合桥面系结构加劲梁方案的索塔地震力大幅增加的同时，钢筋混凝土索塔方案难以合理实现，而钢塔方案大大增加大桥的建安费。因此钢箱梁方案因轻盈的自重，促成了钢筋混凝土索塔在龙江特大桥的合理采用。

践行了现代化大桥建设提倡的专业化、工厂化、资源集约化的设计理念，贡献了中国山区峡谷大桥主梁结构形式的多样性选择，提升了山区悬索桥的美学价值。钢箱加劲梁外观简洁轻盈、抗扭刚度大，整体性好，特别适合工厂化集约建造，还比钢桁梁节省钢材。在龙江特大桥设计之前，国内已经建成的湖北四渡河大桥、贵州坝陵河大桥、湖南矮寨大桥等，由于各种因素均采用了桁架加劲梁。龙江特大桥充分对桥位建设条件、现有山区运输道路、运输工具、我国钢梁制造技术充分研究设计，实现了钢箱加劲梁在偏远山区成功实施，并实现了结构安全、经济与美观的协调统一，表明在山区大跨径桥梁中采用钢箱加劲梁是可行的、先进合理的。

龙江特大桥钢箱梁制造模式流程图

钢箱加劲梁极大简化了山区峡谷悬索桥加劲梁的检查养护工作流程及工作量，管养质量更易保证。钢箱梁日常养护只需在内部除湿及日常巡查即可，全焊接封闭流线型外表面不积水不纳污垢，利用梁外机动检查车即可实现全覆盖日常巡检。而钢桁架梁及其桥面系面临着在几百米的高空进行部位繁多的构造杆件、节点的检查及维护，到达及检查困难，安全风险大，检查维护工作量较大，养护工作质量保证需要更大的投入。

2.悬索桥索塔柱为塔底圆形，过渡至下横梁圆弧似等四边形截面。全曲线截面索塔柱仍采用常规方法施工，结构上兼具矩形截面好的抗弯刚度和弧形截面更好的抗震延性能力，也充分利用混凝土材料的造型可塑性，实现其独特的工程与美学价值。基础采用桩-钢护筒复合基础，并设置了减震耗能的阻尼器，在有效克服索塔超高地震力效应的同时，提高了索塔基础抗震延性能力。

索塔设计结构图

3.扩大基础重力式锚碇设置在全风化岩层上，锚碇施工时科学合理地利用当地丰富的火山灰，替代粉煤灰作为大体积锚碇混凝土拌和料使用，取得良好经济技术效益。

大桥锚碇构造及设计地基变位分析图示意

4.主缆防护采用“缠绕钢丝+缠包带+干燥空气除湿”主动式防护，为国内首次采用除湿系统+缠丝+缠包带的新型主缆防腐系统。

5.科研与设计结合，实现了钢箱梁钢桥面正交异性板抗疲劳能力提升。

为提高钢箱梁正交异性钢桥面板抗疲劳能力，龙江特大桥设计阶段与“大跨钢桥关键构件的疲劳性能与合理构造试验研究”课题合作，对钢桥面正交异性板构造进行了优化设计研究，该研究提高了正交异性钢桥面板纵肋与横隔板交叉部位的抗疲劳能力。研究成果获得中国公路学会2013年度科学技术二等奖。

6.因地制宜，大桥桥面设置联通两岸人行道，实现交通通道与旅游观光结合，为游客、当地民众建立交流与欣赏大桥、河谷风光的平台。

7.实现现代结构与自然的融合，建造优雅美丽的百年大桥。

桥不仅可以促进经济增长与发展，还能够把人们联系在一起，实现人的心灵的沟通。桥与人一样是有灵魂的，欣赏美丽的桥梁能促使我们的心灵变得更圣洁，身心愉悦与优雅。为此，我们设计考虑了：

①路线平面线形在引线部分设置曲线，增加引桥曲线桥梁美感的同时，也方便行车人观赏大桥之美。

②纵断面设计符合地形趋势，设置单向1%纵坡，降低了索塔高度及索塔地震力效应，节省工程造价。由于桥台或短引桥直接两岸观景平台，在方便人行道使用者上下大桥的同时，使得大桥桥面在两岸随地势结合自然。

③以建筑美学理念注重索塔横梁、绕塔人行道、墩台、护栏、养管等构件细节设计，兼顾大桥整体结构美及与龙江河谷协调之美。

大桥主桥跨径采用320+1196+320m，矢跨比采用1/10.5,使得大桥主缆在主跨及边跨的曲线线形十分从容；梁高仅3m的流线型扁平钢箱梁，通过有韵律感的吊索悬吊在主缆上，轻轻飘浮在美丽的龙江河谷上空；向上收分的圆弧似等四边形索塔柱兼具结构现代感与刚柔之美，亦如腾冲玉器文化特有的“精光内蕴、静而不燥、质地玲珑、圆润无碍”之神韵。重力式锚碇体大部分自然地隐入地面，出露的小部分刚毅身躯为大桥平添几分稳重感。配上白色的自然色彩，大桥自身结构简洁、轻盈、雅致而现代时尚。整座大桥十分安静、优雅地陪伴在神奇高黎贡山旁，以其达1196m的跨度轻松跨越了宽阔的河谷。在加强了龙江河谷壮观性的同时，大桥也与美丽的河谷构成了一幅自然与工程结合的和谐画卷，吸引了众多来自全国各地的人们聚集在大桥上，饱览天人合一之景观。

8.依托龙江特大桥成立了交通运输部西部交通建设科技项目——“强震山区千米级跨径悬索桥关键技术研究”。该项目包含了3个专题——专题一：“强震山区千米级悬索桥抗震性能分析与适宜体系研究”，完成了世界上首例千米级悬索桥的振动台全桥地震模拟试验。专题二：“山区千米级悬索桥关键施工技术研究”，在国内外首次提出并实现了悬索桥先导索的小型遥控无人飞行器架设和悬索桥钢箱梁的多地制造，研究完成悬索桥施工中的千米级大吨位缆索吊机，并成功应用于工程实践。专题三：“强震山区桥塔处高边坡安全性分析与安全监测技术研究”，利用各种地质勘察方法查清桥位区域工程地质条件，研究了两岸岸坡稳定性，为大桥跨径布置提供了可靠的地质依据。

9.施工工艺创新

①在国内首次采用无人飞行器牵引先导索过江的施工技术。

②国内首次成功采用索股入鞍段预成型及架设技术。索股架设仅用时43天，较一般主缆架设方案提前了两个多月，架缆的速度为世界之最。

③国内首次采用喷洒葡萄糖酸钠作为缓凝剂，配合水枪冲刷的施工方法进行锚碇混凝土凿毛施工。

④悬索桥采用缆索吊机施工，为目前国内最大跨径的缆索吊系统。

龙江特大桥自2016年4月20日竣工通车以来，在便利交通通行的同时，以其技术先进、简洁大气美观、以人为本的综合设计服务功能，极大地促进了滇西地区，特别是保山腾冲地区的旅游观光业的发展，吸引了大量的国内外人士到龙江大桥观光游览及技术交流，成为了云南省、保山及腾冲市的靓丽名片，实现了创造“历史文化之旅、自然景观之旅、国际通道之旅”的标志性工程建设目标。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2019年 第1期 总第87期

作者 / 李正熔 张焱

作者单位 / 中交公路规划设计院有限公司

云南省交通规划设计研究院

编辑 / 周洋

责编 / 王硕

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