新港高速公路工程跨武九鐵路橋梁總體設(shè)計(jì)

王晶

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200000）

1 概述

新港高速公路工程起點(diǎn)與漢新公路（S111）相交，終點(diǎn)接黃鄂高速，全長(zhǎng)約34.7km。其中跨線橋位于線路與黃鄂高速銜接的華容互通改建范圍，為減少對(duì)黃鄂高速的改造長(zhǎng)度及現(xiàn)狀交通的影響，采用在黃鄂高速兩側(cè)新建A、C 匝道方式來(lái)實(shí)現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換，跨線橋平面位于直線上，其中A 匝道與鐵路交叉點(diǎn)位于華容咽喉區(qū)，采用（35+65）m 連續(xù)鋼箱梁，由北往南依次跨越華容站停車線、武九鐵路下行線、武九鐵路上行線。武九鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速為200km/h，結(jié)合鐵路部門及文件相關(guān)要求，應(yīng)采用“轉(zhuǎn)體法”施工，盡可能減少對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全的影響。

圖1 項(xiàng)目位置平面示意圖

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)及設(shè)計(jì)時(shí)速：高速公路、80km/h；

（2）設(shè)計(jì)荷載：公路-I 級(jí)，跨鐵路部分考慮1.3倍的增大系數(shù)。

（3）橋面寬度及車道數(shù)：橋?qū)?2.75m、單向3 車道；

（4）凈空要求：橋下鐵路凈空不小于8.2m；

（5）地震烈度：6 度；

1.2 場(chǎng)地水文地質(zhì)

擬建場(chǎng)地屬于長(zhǎng)江三級(jí)階地地貌，地形稍有起伏，屬亞熱帶季風(fēng)氣候過渡區(qū)，年平均氣溫17℃，無(wú)霜期268 至272 天，平均降水量1200 ～1500 毫米，年日照時(shí)數(shù)為2038 ～2083 小時(shí)。自上而下主要地層為素填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、圓砂、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

2 橋梁方案設(shè)計(jì)

2.1 橋跨選擇

本工程位于武岡城際鐵路和黃鄂高速的夾心地帶，根據(jù)實(shí)測(cè)資料，現(xiàn)狀黃鄂高速公路與武岡城際鐵路間凈距僅98m，建設(shè)條件受限，方案擬定時(shí)需要考慮以下四個(gè)因素，①道路不得降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，路線平面宜盡量靠近既有黃鄂高速，減少對(duì)黃鄂高速的改造長(zhǎng)度，減低工程造價(jià)；②上跨橋梁與鐵路的交叉凈空應(yīng)滿足橋梁轉(zhuǎn)體施工和成橋運(yùn)營(yíng)時(shí)的凈空要求；③順鐵路施工橋梁基礎(chǔ)和梁體時(shí)，支架或結(jié)構(gòu)輪廓邊緣距離鐵路帶電體的安全距離應(yīng)滿足鄰近鐵路營(yíng)業(yè)性施工的安全技術(shù)要求；④橋梁施工時(shí)對(duì)黃鄂高速、武岡城際和五九鐵路運(yùn)營(yíng)的影響較小。綜合以上因素結(jié)合總體線位布設(shè)方案，確定跨武九鐵路橋梁采用對(duì)鐵路和高速公路運(yùn)營(yíng)影響較小的轉(zhuǎn)體橋梁方案。

武九鐵路北側(cè)場(chǎng)地較南側(cè)場(chǎng)地開闊，施工進(jìn)場(chǎng)條件更為便利，故跨線橋轉(zhuǎn)體主墩設(shè)置在鐵路北側(cè)。結(jié)合涉鐵布跨原則及不影響現(xiàn)狀黃鄂高速交通的情況下，采用（35+65）m 橋跨形式跨越鐵路，平轉(zhuǎn)法施工，轉(zhuǎn)體段長(zhǎng)度為（27+61）m。

2.2 結(jié)構(gòu)形式選擇

方案設(shè)計(jì)過程中采用了三種不同結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究：①混凝土T 構(gòu)方案；②鋼-混組合梁方案；③連續(xù)鋼箱梁方案。經(jīng)研究①混凝土T 構(gòu)方案結(jié)構(gòu)尺寸較大，箱梁兩側(cè)不平衡重差大，配重較大，轉(zhuǎn)體總重量較大；②鋼-混組合梁方案鋼混結(jié)合施工難度較大，轉(zhuǎn)體施工周期較長(zhǎng)，對(duì)既有線影響較大且投資較高；經(jīng)綜合比選為減少對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的安全的影響，盡可能降低施工難度、轉(zhuǎn)體重量，最終確定采用（35+65）m 連續(xù)鋼箱梁，平轉(zhuǎn)法施工，轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度（27+61）m。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

該橋采用跨徑（35+65）m 連續(xù)鋼箱梁，轉(zhuǎn)體法施工，轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度（27+61）m。上跨鐵路橋梁平面位于R=2150m 的圓曲線段上，鋼箱梁頂寬17.96 米,設(shè)2%的單向橫坡。上跨鐵路橋面布置為1.0m（預(yù)留侵限基礎(chǔ)+檢修道）+0.565m（HA 級(jí)防撞墻）+1.0m（緩沖帶）+0.565m（HA級(jí)防撞墻）+11.70m（機(jī)動(dòng)車道）+0.565m（HA級(jí)防撞墻）+1.0m（緩沖帶）+0.565m（HA 級(jí)防撞墻）+1.0m（異物侵限基礎(chǔ)+檢修道）=17.96m。

圖2 橋型立面圖

3.2 主梁設(shè)計(jì)

鋼箱梁全長(zhǎng)100m，平面位于R=2150m 的圓曲線上，鋼箱梁頂寬17.96m，設(shè)置2%單向橫坡，鋼箱梁中支點(diǎn)處梁高6 米，小跨端支點(diǎn)梁高4m，大跨端支點(diǎn)梁高2.5m。采用單箱雙室閉合截面。梁體沿橫橋向分三段，中段寬10.2 米，兩邊各挑臂3.88m。

鋼箱梁為等截面箱式結(jié)構(gòu)，采用正交異性板，頂板、底板位于支點(diǎn)處厚24mm，其余位置均厚16mm，腹板厚16mm，頂板U 形加勁肋厚8mm；閉口肋頂寬300mm,高280mm， 底寬170mm,閉口肋的間距為 600mm，底板U 形加勁肋厚6mm，閉口肋頂寬400mm，高220mm,底寬250mm，閉口肋的基本間距為 600mm，中支座支承位置處的橫梁厚為46mm，小跨端支點(diǎn)橫梁厚度為32mm、大跨端支點(diǎn)橫梁厚度為28mm，其余橫隔板板厚為20、16mm。

3.3 墩梁臨時(shí)鎖定

為保證在轉(zhuǎn)體過程中橋梁的穩(wěn)定與平衡，控制橋梁的變形，施工期間墩頂設(shè)置六組Ⅰ63 型工字鋼組件與主梁底板進(jìn)行焊接，鋼組件下部設(shè)置錨筋提前預(yù)埋在墩身頂面，將主梁與橋墩間進(jìn)行臨時(shí)鎖定，保證施工期間墩梁的固結(jié)。

圖3 補(bǔ)充臨時(shí)鎖定示意圖

3.4 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

橋梁轉(zhuǎn)體重量約6200t（含配重約1800t），轉(zhuǎn)體半徑61m，受周邊地形及周邊構(gòu)筑物的影響，轉(zhuǎn)體方向?yàn)槟鏁r(shí)針，轉(zhuǎn)體角度73°。采用平轉(zhuǎn)法跨越鐵路。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)采用以球鉸中心支撐為主，滑道支撐為輔的方式，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由轉(zhuǎn)盤、球鉸、撐腳、環(huán)形滑道、牽引系統(tǒng)及助推系統(tǒng)組成。

球鉸球體半徑為8m，平面半徑為，牽引盤下方設(shè)置6 組撐腳，每組撐腳采用2 個(gè)Φ800x24mm 鋼管，管內(nèi)灌注C55 微膨脹混凝土。牽引系統(tǒng)由預(yù)埋在下轉(zhuǎn)盤上的2 個(gè)反力座和上轉(zhuǎn)盤內(nèi)預(yù)埋的2 束12-7Φ5mm 鋼絞線組成。此外上、下轉(zhuǎn)盤內(nèi)設(shè)置19-7Φ5mm 鋼絞線改善轉(zhuǎn)盤受力狀態(tài)。

3.5 轉(zhuǎn)體配重

本工程轉(zhuǎn)體梁兩側(cè)極不對(duì)稱，為減少配重，27m 梁側(cè)采用增加梁高加強(qiáng)短懸臂側(cè)自重，為確保轉(zhuǎn)體平衡及確保成橋階段支座處于受壓狀態(tài)，經(jīng)初步計(jì)算在箱式底板鋪設(shè)鋼砂，箱梁頂板鋪設(shè)預(yù)制混凝土塊進(jìn)行壓重，鋼砂作為永久配重，其中橋面27m 范圍內(nèi)臨時(shí)配重約1300t，箱內(nèi)永久壓重約500t，后澆段永久壓重不少于30t，兩側(cè)不平衡配重約為1800t。

圖4 配重示意圖

3.6 下構(gòu)及基礎(chǔ)

下部結(jié)構(gòu)主橋主墩采用鋼筋混凝土板墩，墩身順橋向厚4.0m，橫橋向?qū)挾?0m。墩底接轉(zhuǎn)體承臺(tái)。

轉(zhuǎn)體承臺(tái)分為上承臺(tái)和下承臺(tái)，中間安裝球鉸及轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。上承臺(tái)厚2.5m，順橋向?qū)?2m，其中轉(zhuǎn)體施工寬度為10m，兩側(cè)各設(shè)置1m 后澆段；橫橋向?qū)?1m，封鉸段兩側(cè)各加寬0.5m。球鉸及轉(zhuǎn)盤總安裝高度為2.2m，球鉸轉(zhuǎn)盤直徑9.0m。下承臺(tái)厚4.5m，縱橫向尺寸均為13.2m，在橫橋向兩側(cè)各凸出一部分作為千斤頂反力座基礎(chǔ)，尺寸采用2.5x3x2m（長(zhǎng)x 寬x 厚）。上下承臺(tái)均采用預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。每個(gè)主墩轉(zhuǎn)體承臺(tái)下設(shè)置3×3=9 根直徑2.0m 鉆孔灌注樁，樁間距5.0m。

4 結(jié)語(yǔ)

該橋在設(shè)計(jì)過程中結(jié)合地形及周邊環(huán)境，在有限工程建設(shè)條件內(nèi)，在保證鐵路及現(xiàn)狀高速運(yùn)營(yíng)安全的前提條件下提出極不平衡轉(zhuǎn)體方案，盡量減少對(duì)鐵路及高速鐵路運(yùn)營(yíng)的影響，降低施工難度及風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了工程投資。為類似項(xiàng)目提供一定的參考價(jià)值，目前該方案施工圖已通過審查。