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。橋面設計標高與地面高差達330m，山谷兩側懸崖距離從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 矮寨大橋構想圖
項目所在地區(qū)屬亞熱帶季風性濕潤氣候，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和泥質白云巖，下統(tǒng)的灰?guī)r、砂質頁巖。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），設計車速80km/h，設計汽車荷載為公路—I 級，橋面設計風速34.9m/s。地震動峰值加速度0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s；
2、主橋結構
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，中央分隔帶漸變過渡，主橋的硬路肩寬度相應壓縮。
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)
（1）主纜
主纜矢跨比1/9.6，主纜中心橫橋向間距27m。主纜采用預制平行鋼絲索股逐根架設的施工（PPWS）。單束預制平行鋼絲索股由127根ф5.25mm鍍鋅鋼絲組成。每根主纜中有169股通長索股；吉首岸邊跨另設背索（6根索股）于吉首岸主索鞍上錨固。索夾內空隙率17%，索夾外空隙率19%。主纜斷面（圖3）。
圖3 主纜斷面
（2）吊索
該橋只中間跨設置吊索，吊索標準間距14.5m，端吊索間距29m。
吊索（圖4）設計采用鋼絲繩騎跨式，靠近主塔的三個吊點每側吊點設3根吊索，C00每側設兩根吊索，通過預應力巖錨將其錨固于巖石上。其余每側吊點設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，有兩種結構形式：J00~J01、C00~C02吊索因拉力或應力幅較大采用直徑88mm的8×55SWS＋IWR的鋼絲繩。其余吊索采用直徑62mm的8×41SW＋IWR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，在主纜跨中設置三對柔性中央扣，中央扣斜拉索采用直徑88mm的8×55SWS＋IWR的鋼絲繩，鋼絲繩兩端設套筒式熱鑄錨，錨固于鋼桁架的上弦桿上。
?。?）索鞍
索鞍采用鑄焊組合結構，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，鞍體下設聚四氟乙烯滑板以適應施工中的相對位移量，吉首岸塔上預偏量為1000mm，茶洞岸塔上預偏量為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的錨梁上。
散索鞍鞍體采用鑄焊結合的結構，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)及抗風穩(wěn)定板組成。主桁架為帶豎腹桿的華倫式結構，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， 一個標準節(jié)段長度14.5m，由2個7.25m的節(jié)間組成，在每節(jié)間處設置一道主橫桁架（圖7）。
主橫桁架采用單層桁架結構，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。
根據風洞試驗結果，在橋面系上、下分別布置縱向抗風穩(wěn)定板。
橋面系采用縱向工字梁與混凝土橋面板的鋼－混組合結構，簡支在主桁橫梁的上弦桿上，理論跨徑7.25m，縱梁兩端設置橫隔梁。
橋面板采用預制鋼筋混凝土板，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，跨中設一合龍節(jié)段。主橫桁架每片作為一個架設節(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外，其余均采用平面構架法施工，上下平聯(lián)和下抗風穩(wěn)定板采用單根桿件拼裝。
根據施工節(jié)段鋼桁加勁梁受力情況，主桁架的上弦桿在架設過程中，局部位置設置臨時鉸，臨時鉸待全橋二期恒載鋪裝完畢后取消改為剛接，全橋共設置6對臨時鉸。
3）索塔
索塔均采用雙柱式門式框架結構，吉首岸索塔由擴大基礎、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。索塔自擴大基礎頂以上高129.316m，塔柱橫橋向由上向下向外傾斜，塔柱設上、中兩道橫梁，塔柱底設塔座并座落在分離式擴大基礎上。擴大基礎為C30鋼筋混凝土，塔座、塔柱為C55鋼筋混凝土結構，上、下橫梁為C55預應力混凝土結構。
茶洞岸索塔由擴大基礎、塔座、塔柱（上塔柱壁厚1.0m、下塔柱壁厚1.2m）和上橫梁組成。索塔自擴大基礎頂以上高61.924m，塔柱豎直，塔柱設上橫梁。
橋塔擴大基礎基底絕大部分位于弱風化層上。對于建基面以下局部強風化層應根據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、前錨室、后錨室四部分。其中錨塊承受預應力錨固系統(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造的空間受力構件?；A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共分四塊進行澆筑，各塊之間設置2m后澆段，后澆段采用微膨脹混凝土。
3、主要技術特點和創(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，進行了抗風、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依據。
?。?）茶洞岸索塔、錨碇、隧道位于同一山體，相互作用，結構復雜；由于地形、地質的緣故，主跨主纜兩端各有約100米范圍內，無吊索布置，為克服由此帶來的對吊索應力幅、主纜剛度及折角、鋼桁端部應力等的不利影響，首次在懸索橋上設置錨固于基巖的端吊索。
?。?）橋位區(qū)域地質狀況較復雜，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進行了電磁波CT掃描，在地面除了采用的高密度電法和地震反射波法外，還進行了瞬變電磙法物探，為橋梁基礎設計提供了詳細資料。
?。?）開展了風洞試驗研究、結構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合成整體）。經過風洞試驗，在+5、+3、0、-3風攻角工況下的顫振臨界風速分別為113.8m/s、105.0m/s、75.3m/s、52.5m/s，高于顫振檢驗風速51.5m/s。
?。?）橋址處于山區(qū)峽谷，峽谷效應在橋址處形成獨特的風環(huán)境，風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速，故在兩端從隧道口向主橋方向延伸的100m范圍內均設置高度從4m漸變到0m的風障（采用分段漸變），以保證車輛從隧道駛出后不會經歷劇烈變化的橫風作用，改善行車安全。
4、有關資料
建設單位：湖南省高速公路建設開發(fā)總公司
設計單位：湖南省交通規(guī)劃勘察設計院
施工單位：
混凝土用量：123972m3
鋼材用量：35541t
造價：10億
