航道橋結(jié)構(gòu)型式的綜合比選

姜天華，龔 杰，楊 壯

（武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，武漢 430065）

1 工程概況

長江上某公鐵兩用大橋正橋全長4 657.1m，北岸公路橋、鐵路橋分建。南汊主橋為98m＋196m＋504m＋196m＋98m雙塔三索面公鐵兩用斜拉橋，上層為6車道公路，不同區(qū)段分別采用砼結(jié)合板和正交異性板，瀝青橋面；下層為4線鐵路，道碴橋面。主塔為鉆石型，塔墩基礎(chǔ)采用直徑3.4m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；主桁為鋼桁梁，桁高14.5m，節(jié)間長度14m。斜拉索采用?7mm平行鍍鋅高強鋼絲，雙層PE，表面PE設(shè)有螺旋線或壓花?？绫便夂拥啦捎?4.2＋2×80＋54.2m四跨連續(xù)結(jié)構(gòu)型式橋梁，公路、鐵路橋分建；其余橋跨均為40.7m跨混凝土箱梁。為了更好地滿足特殊荷載作用下上下部結(jié)構(gòu)受力和下部結(jié)構(gòu)抗推剛度的要求，在設(shè)計過程中有必要對北汊航道橋結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行綜合比選，使得上下部結(jié)構(gòu)得到了最大程度的優(yōu)化。

2 上部結(jié)構(gòu)綜合比選

2.1 鐵路橋上部結(jié)構(gòu)比選

根據(jù)北汊河道通航要求、跨越大堤墩位需要及結(jié)構(gòu)布置合理性，設(shè)計了2孔80m跨度的通航孔和54.2m跨度的邊孔，因此北汊航道橋橋跨布置為54.2＋2×80＋54.2m。

為了滿足鐵路特別是客運專線的要求，通過比較上部結(jié)構(gòu)型式以連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)最為合理［1］。因此，有必要對這兩種橋型進(jìn)行比選。

首先按54.2＋2×80＋54.2m四跨一聯(lián)的連續(xù)剛構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計。因該區(qū)段墩身較低，加之對鐵路橋固定墩縱向水平抗推剛度要求較高，橋墩厚度分別采用2.5m與4m尺寸進(jìn)行計算比較。若采用厚度2.5m的板式墩身，主梁及墩身雖能滿足強度要求，但墩身無法滿足縱向水平抗推剛度的要求。按4m厚度的板式墩身進(jìn)行設(shè)計，若墩身不剖縫，結(jié)構(gòu)不能成立，若兩邊固定墩采用剖縫處理，方案雖能成立，但邊固定墩無法滿足縱向水平抗推剛度的要求。顯然連續(xù)剛構(gòu)方案難以滿足在特定條件下的設(shè)計要求，采用54.2＋2×80＋54.2m四跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁方案更合理。

鐵路橋橋面寬度按正線雙線設(shè)置，客運專線與Ⅰ級鐵路線分別獨立成橋［2］。其中客運專線橋橋面總寬為12.8m，Ⅰ級鐵路線橋面寬度11.5m，梁的全斷面型式為直腹板式單箱單室截面，箱寬底部為6.0m，在梁端部加寬至8.0m，梁高由跨中3.5m到根部6m?？缰蟹秶?0m直線段，曲線段梁下弦按圓曲線設(shè)置。

梁體采用C50號混凝土，三向預(yù)應(yīng)力，縱向采用19?j15.24高強度低松弛鋼絞線，橫向采用3?j15.24扁形錨具。鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強度RbY＝1 860MPa。豎向采用直徑32mm精軋螺紋粗鋼筋。

梁體采用掛籃對稱懸臂現(xiàn)澆，兩箱單獨施工［3］，掛籃澆注最長節(jié)段為4m。兩邊跨各13.15m直線段采用墩旁施工膺架上現(xiàn)澆，與懸臂施工梁端之間設(shè)2m合攏段，合攏順序按先邊跨、后中跨合攏施工。梁部施工過程中需采用臨時支座，合攏后需進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。

2.2 公路橋上部結(jié)構(gòu)比選

公路橋布置保持與鐵路橋一致，采用相同的結(jié)構(gòu)體系，以便全橋協(xié)調(diào)，因此亦采用同等布置的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)型式。

公路橋按汽車六車道設(shè)計，不設(shè)人行道，行車道全寬24.5m，行車道中間設(shè)0.5m寬雙黃線，兩側(cè)各設(shè)0.75m寬檢修道，橋面全寬27.0m。梁的全斷面形式為兩幅分離的直腹式單箱單室箱梁，按橋梁中心線左右對稱布置，兩箱上翼緣間隙為2cm。路面橫坡采用結(jié)構(gòu)找坡形式，即箱梁按2%坡度斜置。各箱頂寬為13.49m，底板寬度為7m，為了與鄰跨40.7m梁高協(xié)調(diào)一致，端部梁高2.4m，根部梁高4.6m，跨中范圍設(shè)10m直線段，曲線段梁下弦按圓曲線設(shè)置。梁體采用C50號砼，三向預(yù)應(yīng)力，縱向采用19－7?5OVM錨固體系，橫向采用OVM15B－3扁形錨具，7?5鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強度Ry＝1 860MPa，錨下控制應(yīng)力σk＝1 394MPa，豎向采用Ⅳ級?25軋絲錨體系，采用冷拉Ⅳ級鋼筋（50SizMnV），鋼筋抗拉設(shè)計強度為Ry＝750MPa，E＝200 000MPa，錨下控制應(yīng)力為σk＝637.5MPa。

公路橋梁體施工與鐵路橋梁體施工方法一樣。但兩箱單獨施工時，為減少兩箱之間的撓度差，兩箱之間應(yīng)盡量同步，相同節(jié)段的時間差應(yīng)控制在20d之內(nèi)或兩箱之間掛籃移動前后差兩節(jié)段。

3 下部結(jié)構(gòu)比選

3.1 鐵路橋下部結(jié)構(gòu)比選

為滿足鐵路橋下部結(jié)構(gòu)縱向抗推剛度的要求，對斜向鋼管樁基礎(chǔ)、鉆孔樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)三種基礎(chǔ)形式進(jìn)行了比較［4］。由于該區(qū)段沖刷較深，若采用沉井基礎(chǔ)，沉井需下沉至局部沖刷線以下30余米方能滿足設(shè)計要求，在施工條件下將下沉50m左右。需穿過疏松砂巖、砂巖等較硬土層，下沉非常困難，不僅工程數(shù)量大，且難以實施。為滿足縱向抗推剛度要求，采用斜向大直徑鋼管樁基礎(chǔ)是最有效的方案，但大直徑鋼管樁基礎(chǔ)在內(nèi)河施工缺乏大型水上打樁船設(shè)備，因此以大直徑鉆孔樁基礎(chǔ)最具可實施性。T064號墩為中間制動墩，T063、T065號為活動墩?？瓦\專線與Ⅰ級鐵路線共基礎(chǔ)，而墩身分離?；A(chǔ)采用12?2.5m鉆孔樁，行列式布置，樁長72～80m，摩檫樁。承臺23.10×16.80×5.0m，吊箱圍堰施工，墩身為空心矩形截面，7.8×4.5m，壁厚1.0m。

T062及066號墩為連續(xù)梁邊墩，亦為40.7m梁交接墩，其中T066號墩置于漢口邊灘地。兩墩均采用12?2.5m鉆孔樁，行列式布置，樁長60～65m，承臺與T063～T065號墩相同。同樣采用共基礎(chǔ)、墩身分離形式。墩身為空心矩形截面，7.10×4.50m，壁厚1.0m。第062號橋墩承臺采用吊箱圍堰施工。

3.2 公路橋下部結(jié)構(gòu)比選

因公路橋與鐵路橋中心相距僅40m，工程地質(zhì)條件基本相同，由前述比較可知，連續(xù)梁固定墩不宜采用沉井基礎(chǔ)，又因公路橋連續(xù)梁固定墩對墩身縱向水平剛度無特殊要求，因此，適宜采用鉆孔樁基礎(chǔ)形式。為與上部結(jié)構(gòu)采用的兩幅分離的箱梁相對應(yīng)，基礎(chǔ)也分左右兩幅分開布置，左右兩幅基礎(chǔ)完全相同。

經(jīng)計算比較，連續(xù)梁固定墩G064號及中墩G063、G065號每單幅橋采用4?1.8m鉆孔樁，橫橋向樁中心距為5.5m，樁長為66m，單幅橋承臺尺寸為8.6×7.6×3.5m。單幅橋墩身采用板式墩身，墩身平面尺寸為7.5×2.0m。

連續(xù)梁邊活動墩G062號墩也設(shè)計為兩幅完全相同的分離式基礎(chǔ)，經(jīng)計算單幅橋基礎(chǔ)采用4?1.2m鉆孔樁，樁長為63m，單幅橋承臺尺寸為7.8×5.4×2.5m。每單幅橋采用雙柱式墩身，墩柱平面尺寸為1.7×2.0m（橫橋向×順橋向），墩柱間距為5.6m。

連續(xù)梁邊活動墩G066號墩因受市政院設(shè)計范圍內(nèi)匝道上橋的要求，梁部結(jié)構(gòu)上游側(cè)需加寬3.75m；為與梁部結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，左右兩幅橋基礎(chǔ)按不同要求設(shè)計，靠上游側(cè)的基礎(chǔ)采用4?1.2m鉆孔樁，樁的橫向中心距與墩柱的中心距相同而采用9.25m，樁長為65m，承臺尺寸為11.75×5.4×2m，墩身采用雙柱式墩身，墩柱的平面尺寸為1.7×2.0m，墩柱頂端采用系梁相連，墩柱的間距為9.25m，靠下游側(cè)的單幅基礎(chǔ)與G062號墩單幅橋的基礎(chǔ)完全相同。

4 結(jié) 語

北汊航道橋包括公路橋和鐵路橋兩種橋梁形式，是整個工程的一個重要組成部分。通過對公路橋和鐵路橋上、下部結(jié)構(gòu)型式的綜合比選，最后確定上部結(jié)構(gòu)采用四跨一聯(lián)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)型式，下部結(jié)構(gòu)采用左右兩幅分離式鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，既滿足了特殊荷載作用下上下部結(jié)構(gòu)受力的要求，又保證了下部結(jié)構(gòu)抗推剛度的要求，使得上下部結(jié)構(gòu)得到了完美地結(jié)合和優(yōu)化，這也充分說明了對大跨度橋梁結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行綜合比選是非常必要的，值得廣大設(shè)計人員學(xué)習(xí)和借鑒。

［1］ 范立礎(chǔ).橋梁工程（橋梁工程專業(yè)用）［M］.北京：人民交通出版社，1985.

［2］ 周遠(yuǎn)棣，徐君蘭.鋼橋［M］.北京：人民交通出版社，1991.

［3］ 邵旭東.橋梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］ 李富文，伏馗先.鋼橋［M］.北京：中國鐵道出版社，1992.