1、概況
丹河大橋位處太行山脈南端，于山西晉城～河南焦作高速公路上，K10+300處跨越丹河，主橋采用凈跨徑146m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（圖1）。
圖1 丹河大橋全貌
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，為弱風化、微風化白云巖，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 km2，考慮到上游汪莊水庫潰壩影響，丹河300年一遇計算流量為5660 m3/s，設計水位為585.95m。晉城屬溫帶季風型大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫11.0 ℃，年平均降水量618.0m，最大風速23m/s。
主要技術(shù)標準
(1)四車道高速公路
(2)設計行車速度： 60 km/h
(3)橋面寬度: 24.8 m（含人行道）
(4)荷載標準
車輛荷載： 汽車-超20級，掛車－120
人群荷載： 3.5 kN/m2；
地震基本烈度： 6度
(5)設計洪水頻率： 1/300
2 主橋結(jié)構(gòu)
圖2 橋型布置圖（單位：cm）
?。?）主拱圈
丹河大橋采用全空腹式變截面懸鏈線無鉸石板拱結(jié)構(gòu)。其主要參數(shù)如下：
主跨凈跨徑: 146m
凈矢高: 32.444m
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
?。?）拱上建筑
腹拱由14個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)的透視與美學效果，腹拱墩采用橫向挖空形式。
腹拱采用邊孔設三鉸拱，跨中設置變形縫的構(gòu)造形式。
?。?）拱上填料
丹河大橋為了減少拱上荷載重量，設計采用輕質(zhì)填料——蒸壓粉煤灰加氣混凝土。具有干密度低、質(zhì)量輕，砌體強度利用系數(shù)高，彈性系數(shù)大，吸水少而慢，抗凍性好，原材料廣泛、價格低廉，具有可加工性，便于施工等特點（圖3）。
?。?）拱橋欄桿裝飾藝術(shù)
丹河大橋人行道內(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，增加橋梁的美學效果（圖4）。
圖3 橋梁標準橫斷面（單位：cm）
圖4 欄桿裝飾藝術(shù)
?。?）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)分為五個階段共18個工作面進行砌筑。施工順序為：在拱架上按第一～第五環(huán)的順序依次砌筑，第一環(huán)砌筑完成后暫不合龍，保留11道預留空縫；第二環(huán)砌筑完成后，第一、第二環(huán)同時合攏。第三、四、五各環(huán)實現(xiàn)單環(huán)拱圈砌筑與合龍。主拱圈合攏完成后進行拱上橫墻施工完成后進行落架（圖5）。
圖5 主拱圈分環(huán)砌筑
組合木楔是本橋的落架裝置。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，砌體強度達到設計強度的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。（圖6）
圖6 丹河大橋施工全貌
3 主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點
?。?）設計和修建了146m的特大石拱橋，其跨徑居世界同類橋型首位，使用功能齊全、景觀與環(huán)境協(xié)調(diào)。
?。?）結(jié)構(gòu)分析采用傳統(tǒng)的懸鏈線拱軸理論與現(xiàn)代計算機相結(jié)合的方法，采用空間桿單元、板殼單元、實體單元等多單元聯(lián)合建立包括上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、基礎、拱架在內(nèi)的計算模型，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、應力、位移、穩(wěn)定性及動力特性，建立了一套適合大跨徑石拱橋的設計計算方法。
?。?）依托大跨徑石拱橋設計計算方法，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力區(qū)。分析結(jié)果能夠較準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作用。
?。?）大型砌體模型試驗、施工監(jiān)控起到了對設計理論和施工仿真模擬進行驗證的作用。
?。?）高標號小石子混凝土砌石砌體力學性能研究成果已被《公路圬工設計規(guī)范》采用，填補了國內(nèi)外高標號砌體力學性能指標的空白。
（6）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，并總結(jié)了一套相應的施工工藝，具有推廣運用價值。
?。?）設計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。
（8）通過理論分析、施工仿真模擬分析、大型砌體模型試驗、現(xiàn)場監(jiān)控和荷載試驗，探討了分環(huán)砌筑特大石拱橋主拱截面應力分布、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計方法和施工安全控制的創(chuàng)新性成果。
4 相關資料
橋 名：山西晉城丹河大橋
橋 型：全空腹式變截面懸鏈線無鉸石板拱橋
跨 徑：主跨凈146m
設計單位：中交第一公路勘察設計研究院有限公司
The First Highway Survey & Design Institute of China Co.ltd
施工單位：丹河橋項目部
Department of Danhe Bridge Project
中鐵十七局
混凝土用量：23100 m3（用于基礎及橋墩）
砌體用量： 52200m3
鋼材用量： 2900t（用于拱架、橋墩及基礎）
造 價： 1.39億元
建成日期： 2000年7月
