《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第二部分桥梁《深山峡谷特大跨度上承式钢管混凝土拱桥关键技术研究》​

本期项目简介

完成单位: 中交第二公路勘察设计研究院有限公司、 福州大学、 贵州高速公路集团有限公司

主要完成人: 彭元诚、 冯鹏程、 刘新华、陈楚龙、 陈宝春、 朱玉、 宗昕、 师少辉、 茅娜、王恩师

项目简介

　　(一)项目背景

　　钢管混凝土拱桥是最早由我国的西南山区发展起来,经过广大桥梁工作者对拱桥轻型化、现代化的大量探索之后,找到的一种新型拱桥结构。尽管这种桥型在设计、施工与应用基础研究方面取得了可喜的成果,但不同的地形、地质与施工条件仍然不断对其发展提出新的挑战。

　　总溪河特大桥、支井河特大桥、大小井特大桥为我国典型的深山峡谷地区特大跨度的上承式钢管混凝土拱桥桥例,无论在结构设计、构造处理、施工关键技术,还是在应用基础理论研究方面,都需开展科学研究。通过本项目的系统研究,获得深山峡谷地区特大跨度上承式钢管混凝土拱桥的设计、施工关键技术,为山区大跨度上承式钢管混凝土拱桥的建设提供技术支撑,保障工程的顺利实施,并为大跨度钢管混凝土拱桥在我国西部及其他偏远山区的推广应用提供技术基础。

　　(二)技术概况

　　项目组通过数值模拟、理论计算、室内外试验、工程验证等手段,对深山峡谷特大跨度上承式钢管混凝土拱桥关键技术进行了系统研究,取得了以下主要创新性成果。

　　(1)首次提出了栓、焊结合的钢管混凝土拱桥节点构造和钢管混凝土桁拱节点部位内栓钉新型结构,并建立了相关的理论计算和设计方法。

　　(2)提出整体式钢混组合梁新型拱上桥道系结构,有效提高了组合梁桥面板整体性。

　　(3)研发了“下填上顶冶机制砂微膨胀自密实钢管拱混凝土施工新工艺。

　　(三)适用范围

　　公路上承式钢管混凝土拱桥结构设计及施工等领域。

　　(四)获奖情况

　　获2020年度中国交通运输协会科学技术奖科技进步二等奖。

项目创新点

　　(1)提出了一种新型公路钢管混凝土拱桥栓焊节点构造型式和设计方法,通过1颐2模型节点静载及屈曲试验验证了该新型栓焊节点的构造及力学性能合理性,解决山区钢管混凝土拱桥的构件运输与拼装难题。

　　(2)提出了在钢管混凝土桁拱节点部位设置内栓钉的构造措施及界面抗剪承载力的理论计算方法,解决弦杆钢管与核心混凝土的脱空问题。

　　(3)研发了机制砂微膨胀自密实石灰岩混凝土由主拱圈1/4(3/4)跨处“下填上压冶的施工工艺,提高钢管内混凝土灌注密实度,有效节省工期20%~35%。

　　(4)提出超长多跨连续新型钢-混凝土组合结构桥面体系及桥面板预制预留暗槽的连接方式,解决传统上承式拱桥简支预制混凝土梁(板)桥面系过重且行车舒适性不足的问题,并提高施工效率约30%。

同类项目比较

同类项目比较见表 1。

应用案例

　　本成果已在贵州总溪河桥、大小井桥、湖北支井河桥等多座深山峡谷地区的上承式钢管混凝土拱桥得到全面应用或部分应用,取得显著的社会经济效益,成果将在全国更多山区峡谷拱桥的建设中推广应用。

　　本成果全面引领了深山峡谷地区上承式钢管混凝土拱桥的设计和施工成套技术的进步与创新,支撑了国家偏远山区高速公路建设,推动了脱贫攻坚决战决胜,为全面建成小康社会添砖加瓦。同时,课题研究成果针对峡谷高速公路桥梁(不限于上承式钢管拱桥)所面对的山高坡陡、场地狭窄、构件无法水路运输、便道运输困难和河砂匮乏等建设条件,在设计理论、建筑材料、结构选型、施工装备及工艺等方面也提供了指导借鉴。

社会效益与经济效益

　　(一)经济效益

　　项目依托工程总溪河特大桥建设过程中采用了钢管混凝土下灌上顶技术、自密实混凝土技术,有效解决了桥位受地形、水文、运输等苛刻条件的限制,建成了目前贵州首座大跨径公路钢管混凝土拱桥,由于因地制宜地采用了该桥型结构,与同规模的桥梁相比较,经过综合分析,节约工程造价约6700万元,大大降低了工程规模和工程造价,对确保贵州毕节至都格高速公路的及时建成通车起到了重要的作用,经济效益显著。

　　(二)社会效益

　　项目针对贵州大小井、总溪河、湖北支井河等特大桥建设过程中峡谷桥梁所面对的山高坡陡、场地狭窄、构件无法水路运输、便道运输困难和河砂匮乏等建设条件,系统开展了上承式钢管混凝土拱桥结构体系、结构构造、施工方法、施工装备、建筑材料等方面的设计理论、科学试验与工程应用研究,形成了上承式钢管混凝土拱桥建设过程中涵盖设计、施工和材料等多方面内容的关键技术,保障了大桥的安全高效建设,实现了贵州省交通建设的跨越式发展,助推了贵州省国民经济高速健康增长,形成了完整体现西部山区建设特点的深山峡谷特大跨度上承式钢管混凝土拱桥的成套关键技术,推动中国特色山区桥梁建设水平的进步,社会效益显著。