焦作至濟源至洛陽城際鐵路黃河特大橋方案研究

鄭存筆

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司，上海 200070)

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焦作至濟源至洛陽城際鐵路黃河特大橋方案研究

鄭存筆

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司，上海 200070)

黃河特大橋是新建鐵路焦?jié)宄请H鐵路跨越黃河的控制性工點，初步擬定(60+12×100+60) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、6×(100+100) m部分斜拉橋、2聯(lián)(100+2×200+100) m 獨塔斜拉連續(xù)剛構(gòu)組合橋、12-108 m連續(xù)鋼桁梁等方案，并對各個方案的優(yōu)缺點進行分析比較，最終選擇(60+12×100+60) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁作為跨越黃河的推薦方案。

焦?jié)宄请H鐵路 黃河特大橋 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁 方案研究

1 工程概況

黃河特大橋是新建鐵路焦?jié)宄请H鐵路跨越黃河的控制性工點，位于西霞院反調(diào)節(jié)水庫下游，距西霞院水庫大堤2.0 km，并平行位于在建洛吉快速通道黃河大橋下游200 m以外，全長8 500 m。橋梁沿途依次跨越G245、專用線、黃河、焦柳線等工點，包含吉利高架車站。

2 技術(shù)標準

鐵路為雙線城際鐵路，設(shè)計時速為200 km，設(shè)計荷載為ZC活載，設(shè)計洪水頻率為1/300。

通航等級：根據(jù)黃河航務(wù)部門意見，黃河按內(nèi)河Ⅳ級航道考慮，凈高8 m，凈寬80 m。

最高通航水位：流量3 000 m3/s時的水位，并考慮30年淤積值2.85 m。

設(shè)計流量：11 000 m3/s。

設(shè)計水位：采用流量11 000 m3/s時的水位，并考慮50年淤積值5.37 m。

地震基本烈度：沿線地震動峰值加速度值為0.10g，地震動反應(yīng)譜特征周期分區(qū)為二區(qū)。

3 橋位區(qū)氣候條件

橋位區(qū)氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，具有大陸性季風(fēng)氣候特征，具有春季多風(fēng)、氣候干旱，夏季炎熱、雨水集中，秋季晴和、日照充足，冬季干冷、雨雪稀少的顯著特點。全年四季分明，熱量、降水量隨時間分布具有顯著的季節(jié)性特點。全年日照時數(shù)為2 141.6 h，四季分布為夏多冬少，春秋居中，主要氣象數(shù)據(jù)見表1。

表1 主要氣象要素一覽

4 橋位區(qū)地形地貌

橋位區(qū)屬黃河中游尾段，地形綿延起伏，丘、谷相間，多呈條帶狀、壟臺狀；塬面開闊較平坦，微向河谷平面傾斜，高級塬與低級塬的高差一般十米或數(shù)十米，最大達百米以上；丘陵區(qū)地形起伏較大，自然坡度一般10°～15°，局部較陡，海拔高程120～310 m，相對高差150 m；沖溝發(fā)育，丘間谷地底部呈"U"形或箱形，侵蝕作用較強，植被較發(fā)育。

5 橋位區(qū)水文地質(zhì)條件

橋位區(qū)的地層巖性：表層為風(fēng)積相粉土、粉質(zhì)黏土，下部為砂類土夾粉質(zhì)黏土，含鈣質(zhì)結(jié)核，底伏第三系黏土巖，局部基巖出露。主要不良地質(zhì)體為表層的濕陷性黃土。

線路跨越黃河處位于西霞院反調(diào)節(jié)水庫下游，距西霞院水庫大堤2.0 km。除西霞院水庫外，黃河上游修建有三門峽水庫、小浪底水利樞紐。小浪底水利樞紐位于河南省洛陽孟津縣與濟源市之間，距離三門峽水利樞紐下游130 km、洛陽市以北40 km的黃河主干流上，控制流域面積69.4萬km2，占黃河流域面積的92.3%。壩址所在地南岸為孟津縣小浪底村，北岸為濟源市蓼塢村，是黃河中游最后一段峽谷的出口。小浪底水利樞紐壩高281 m，正常水位275 m，庫容126.5億m3，淤沙庫容75.5億m3，長期有效庫容51億m3，千年一遇設(shè)計洪水蓄洪量38.2億m3，萬年一遇設(shè)計洪水蓄洪量40.5億m3。死水位230 m，汛期防洪限制水位254 m，防凌限抽水位266 m。防洪最大泄水量17 000 m3/s，正常死水位泄水量略大于每秒8 000 m3。

西霞院反調(diào)節(jié)水庫是黃河上最后一級能夠發(fā)電的工程，該工程可對小浪底水庫不穩(wěn)定流進行調(diào)節(jié)，可以保證下游工農(nóng)業(yè)水并增強下游稀釋和納污能力。西霞院壩頂高程139 m，水庫正常蓄水位134 m，汛期限制水位131 m。百年一遇設(shè)計滯洪水位132.56 m，五千年一遇校核滯洪水位為134.75 m。

6 方案比選

據(jù)《黃建管[2007]48號文》第十二條、第十六條之條文說明、第十七條之規(guī)定，“在黃河干流及渭河、沁河、大清河支流下游的河道管理范圍內(nèi)修建橋梁應(yīng)采用全橋渡跨越方式”、“潼關(guān)—桃花峪河段主槽孔跨不小于80 m，灘地孔跨不小于40 m”。

橋位處上游500 m為在建的洛吉快速通道黃河大橋。洛吉快速通道建設(shè)標準為一級公路、雙向4車道，由洛陽市公路局投資建設(shè)。洛吉快速通道黃河大橋已開工，其主橋采用1-(55+12×100+55) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。本次研究了100 m及200 m兩種主跨方案。

在方案的選擇上，本次研究了(60+12×100+60) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、6×(100+100) m矮塔斜拉橋、2聯(lián)(100+2×200+100) m 獨塔斜拉連續(xù)剛構(gòu)組合橋、12-108 m連續(xù)鋼桁梁等方案。

6.1 (60+12×100+60) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁方案

主梁采用單箱單室變高度箱形截面，跨中及邊支點處梁高4.6 m，中支點處梁高7.0 m。主梁除0號梁段、邊孔直線段在支架上施工外，其余梁段均采用掛籃懸臂澆筑施工。連續(xù)梁橋墩采用圓端形實體橋墩，基礎(chǔ)采用鉆孔樁基礎(chǔ)。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是一種成熟橋形，其特點為：整體性好，施工方便，材料用量經(jīng)濟，抗扭剛度大，在結(jié)構(gòu)受力和變形特性方面具有較大優(yōu)勢。在城際鐵路的運營階段，連續(xù)梁橋所需的維護也較少，更能給乘客帶來舒適感。在景觀上，本橋與上游500 m處的洛吉快速通黃河公路大橋交相輝映，給人以簡潔之美(如圖1)。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁示意

6.2 6×(100+100) m矮塔斜拉橋方案

主梁采用單箱單室變高度箱形截面，索塔采用H形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，梁頂面以上全高20.0 m，橋墩為鋼筋混凝土實體結(jié)構(gòu)，中塔墩與主梁固結(jié)，邊墩墩頂設(shè)置支座；斜拉索橫向為雙索面布置，縱向半扇形布置；索鞍采用粉絲管形式。主梁施工采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法，基礎(chǔ)采用鉆孔樁基礎(chǔ)。

矮塔斜拉橋是連續(xù)梁與斜拉橋相結(jié)合的現(xiàn)代橋形。與連續(xù)梁相比，矮塔斜拉橋梁高較低，橋塔可以創(chuàng)造標志性的景觀，但其結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、施工周期長、難度大、造價及養(yǎng)護費用高，而且在高速列車荷載作用下，結(jié)構(gòu)耐久性較差，遠期養(yǎng)護工作量大(如圖2)。

6.3 2×(100+2×200+100) m 獨塔斜拉連續(xù)剛構(gòu)組合橋方案

(100+2×200+100) m 獨塔斜拉連續(xù)剛構(gòu)組合橋主梁采用單箱雙室截面，兩邊腹板為直腹板，斜拉索采用箱外錨固形式；索塔采用曲線鉆石形橋塔，橋面以上塔高66 m，橋面以上塔的高跨比為1/3；斜拉索采用空間雙索面體系，斜拉索梁上間距 6 m，塔上間距為1.6 m和1.7 m；索塔與中主墩結(jié)合，中主墩為箱形截面，兩邊主墩采用雙薄壁墩柱。

圖2 部分斜拉橋類似結(jié)構(gòu)示意

修建大跨徑橋梁可減少基礎(chǔ)工程總量，降低水中施工難度。同時，大跨度橋梁方案在河道內(nèi)布設(shè)的橋墩最少，阻水面積小，利于黃河主槽泄洪，對中低水位和中高水位洪水流向干擾小，對黃河以及大堤防洪、導(dǎo)流工程影響很小。

但大跨度橋梁的主孔跨與上游的洛吉快速通道的主控跨不一致，一是造成結(jié)構(gòu)上的浪費，二是斜拉橋的造價昂貴，上部結(jié)構(gòu)施工難度大、施工周期長，后期的養(yǎng)護維修難度大、費用高(如圖3)。

6.4 12-108 m連續(xù)鋼桁梁

主橋采用12-108 m連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)形式。橋面系結(jié)構(gòu)采用矮橋面系結(jié)合梁結(jié)構(gòu)形式，在節(jié)點橫梁之間設(shè)置一道中間橫梁，混凝土橋面板參與體系受力。本橋鋼桁梁采用半懸臂拼裝法架設(shè)。

圖3 (100+2×200+100) m 獨塔斜拉連續(xù)剛構(gòu)組合橋類似結(jié)構(gòu)示意

連續(xù)鋼桁梁受力合理，制造、運輸、安裝便捷，通透性好，水中基礎(chǔ)規(guī)模小，但主橋跨度與上游公路橋梁對孔稍差。鋼桁梁造價高，運營過程中耐久性、穩(wěn)定性不如預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，噪音大，且后期養(yǎng)護維修費用較高(如圖4)。

圖4 12-108 m連續(xù)鋼桁梁類似結(jié)構(gòu)示意

4個方案的技術(shù)經(jīng)濟比較如表2。

表2 技術(shù)經(jīng)濟比較

綜合考慮經(jīng)濟造價、施工養(yǎng)護難度及環(huán)境協(xié)調(diào)等方面的因素，最后決定選擇(60+12×100+60) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁方案。

7 結(jié)束語

黃河特大橋是新建鐵路焦?jié)宄请H鐵路跨越黃河的控制性工點，在綜合考慮了經(jīng)濟造價、施工養(yǎng)護難度及環(huán)境協(xié)調(diào)等方面的因素后，主橋采用(60+12×100+60) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越主河槽。橋位處黃河南北岸無堤，灘地鐵路橋梁均采用多跨40 m簡支箱梁，其余山地鐵路采用32 m簡支箱梁。

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Research on the Bridge Type Scheme of Jiaozuo-Jiyuan-Luoyang Intercity Railway Yellow River Bridge

ZHENG Cunbi

2016-07-27

鄭存筆(1984—)，男，2007年畢業(yè)于北京交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

1672-7479(2016)05-0095-03

U488.21

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