渝利線青石巖雙線大橋(48+80+48)m連續梁橋設計

曾 玲

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031)

1 工程概況

1.1 橋位概況

橋址位于低山區，橋位斜跨一溝槽，溝槽地形較平緩，有一常年流水河流從溝槽內穿過。兩側為低丘緩坡，薄土覆蓋。

1.2 地質情況

橋位處上覆上侏羅系粉質黏土及塊石土，下伏基巖為泥巖夾砂巖、泥巖，單斜地層，節理不發育，多為泥巖中的網狀風化裂隙。

1.3 橋式方案及主要施工方法

孔跨式樣:4×32 m+(48+80+48)m連續梁+3×32 m

橋址地形為U形谷，為滿足龍河支流的行洪要求，減少對豐都至石柱省道的干擾，同時考慮減少高墩個數，本橋主跨選用(48+80+48)m的連續梁，引橋部分采用32 m簡支T梁;本橋最大墩高72 m，橋臺采用T形空心橋臺，圓端形空心、實體墩，基礎采用直徑1.25 m、直徑1.50 m和直徑2.00 m鉆(挖)孔樁。立面布置圖如圖1所示。

本橋(48+80+48)m預應力混凝土連續梁采用懸臂灌注法施工。

圖1 立面布置(單位:cm)

2 主要技術標準

線路等級:國鐵I級;

正線數目:新建雙線客貨共線鐵路，線間距4.4 m;

設計活載:中－活載;

旅客列車設計行車速度:旅客列車速度目標值200 km/h。

3 連續梁上部結構設計

3.1 主梁構造

梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，梁體全長177.5 m，中跨中部10 m梁段和邊跨端部13.75 m梁段為等高梁段，梁高3.8 m;中墩處6 m段梁高為6.6 m，其余梁段梁底下緣按二次拋物線Y=3.8+2.8×X2/322(m)變化。其中以6號或17號截面頂板為原點，x=0～32(m)。軌底至梁頂高度為0.7 m。箱梁頂板寬9.56 m(線間距4.6 m)或9.36 m(線間距4.4 m)，箱底寬6.4 m。全橋頂板厚42 cm;底板厚42～80 cm，在梁高變化段范圍內按拋物線變化，邊跨端塊處底板厚由42 cm漸變至120 cm;腹板厚40～75 cm，按折線變化，邊跨端塊處腹板厚由40 cm漸變至80 cm。梁體在支座處設橫隔板，全聯共設4道橫隔板，橫隔板中部設有孔洞，以利檢查人員通過。主梁橫截面見圖2。

圖2 梁體橫斷面示意圖(單位:cm)

3.2 主梁預應力體系

梁體圬工采用C55混凝土，梁體縱向及橫向預應力采用高強度低松弛鋼絞線，公稱直徑為15.2 mm，彈性模量為195 GPa，抗拉強度標準值fpk=1860 MPa。縱向預應力采用12～15.2 mm鋼絞線，采用M15A－12圓塔形錨具錨固。頂板橫向預應力采用4－15.2 mm鋼絞線，張拉端采用BM15－4扁形錨具錨固，固定端采用BM15P－4扁形錨具錨固。梁體腹板中的豎向預應力筋采用直徑32 mm的預應力混凝土用螺紋鋼筋(PSB830)，在腹板中單排布置，采用JLM－32型錨具錨固。

3.3 主梁平面靜力計算

主梁平面靜力分析采用橋梁結構分析系統PCBCAD.按照主梁施工順序，將整個結構的形成劃分為40個施工階段，對施工、運營階段進行了模擬計算。計算過程中考慮的荷載包括:自重、預應力、施工臨時荷載、活載、支座不均勻沉降等，并考慮了施工過程中體系轉換的影響、混凝土的收縮徐變引起的內力變化以及對預應力損失的影響。按照最不利組合進行檢算。主梁檢算結果如下。

3.3.1 運營階段應力

在最不利組合下，頂板最大壓應力為14.82 MPa，最小壓應力為0.75 MPa。底板最大壓應力為13.20 MPa，最小壓應力為0.95 MPa，梁體各截面均不出現拉應力。

3.3.2 施工階段應力

頂板最大壓應力為16.36 MPa，最大拉應力為－1.29 MPa，底板最大壓應力為 15.40 MPa，最大拉應力為－1.33 MPa。

3.3.3 正截面抗裂性

梁體最不利截面安全系數Kf=1.47。

3.3.4 斜截面抗裂性

梁體最大主拉應力為－2.3 MPa，最大主壓應力為15.74 MPa。

3.3.5 靜活載作用下的撓度值

在靜活載作用下，邊跨最大撓度值9.6 mm，小于L/1200=40 mm。中跨最大撓度值31.62 mm，小于L/900=88.8 mm。

3.3.6 正截面抗彎強度檢算

梁體最不利截面安全系數K=2.25(主力)。

3.3.7 環框

箱梁橫截面按橫向環框內力分析配置普通鋼筋和橫向預應力，為減少箱體內外溫差的影響，在箱梁兩側腹板留有通風孔。

3.3.8 梁端轉角

活載作用下梁端最大轉角0.77‰。

由上述結果可知，設計安全系數及各階段應力均能滿足相關規范的要求。

4 連續梁橋下部結構設計

4.1 橋墩

4.1.1 墩身尺寸

連續梁主墩及邊墩均采用圓端形空心橋墩。圓端形橋墩能使水流順暢的通過橋孔，并可減少水流對橋墩周圍河床的局部沖刷。為了減少橋墩施工模板種類，橋墩外輪廓采用與本工程中其它橋墩相似的外輪廓。

根據本橋所處位置的線路縱斷面、梁部結構高度、地面線資料確定橋墩高度。由于7號墩位于陡坡上，為了減少開挖深度，降低基坑防護難度，7號墩承臺適當露出地面，并采用混凝土擋墻進行防護。

4號、7號空心橋墩設頂帽及托盤，頂帽設0.2 m飛檐，墩高、頂帽尺寸、墩頸尺寸、墩頸壁厚、墩身邊坡見表1。

表1 4號、7號空心橋墩尺寸

5號、6號空心橋墩不設頂帽、托盤及飛檐，橋墩從墩頂 開始放坡。墩高、墩頂尺寸、墩頸壁厚、墩身邊坡見表2。

表2 5號、6號空心橋墩尺寸

4.1.2 支座布置

通常情況下將墩高小的主墩設置為制動墩放置固定支座，本橋5號、6號墩墩高相差不大，將位于下坡端的5號墩設置為制動墩。4號、6號、7號墩設置連續梁活動支座。4號墩設置簡支梁活動支座，7號墩設置簡支梁固定支座。

4.1.3 設置橋墩縱向預偏心

4號、7號墩根據所接簡支梁、連續梁恒載反力以及支座中心至梁端的距離確定需向連續梁方向設置縱向預偏心30 cm。

4.1.4 墩身檢算采用鐵路橋墩計算軟件(TLQDJS)對4號～7號墩進行結構 計算。計算結果見表3。

表3 4～7號橋墩結構計算結果

由表3可知，橋墩設計均滿足相關現行規范的要求。

4.2 基礎

連續梁橋4號～7號墩均采用群樁基礎，按柱樁設計。4號墩采用12根直徑為2.0 m的鉆孔樁，5號、6號墩均采用20根直徑為2.0 m的鉆孔樁，7號墩采用12根直徑為1.5 m的鉆孔樁。樁長9～17.5 m。

4.3 連續梁－墩－基礎體系橫向自振周期檢算

《鐵路橋涵設計基本規范》(2005版)中明確提出“為保證列車通過的安全和舒適，建議橋墩橫向剛度采用墩頂靜位移和橋墩橫向自振頻率雙重控制”。鐵路橋梁橫向剛度的評價尺度及其合理限值是一個目前尚未完全解決的問題。目前，各國規范對橋梁橫向剛度的評價標準很不相同。

南昆鐵路4座大橋為鐵道部確定的結合工程建設的科研項目。其中兩座大橋均為100 m以上高橋。為了確保橋梁設計安全可靠，鐵道部建設司委托專家小組對橋梁橫向剛度問題進行了認真研討，并以鐵道部建設司《建鑒【1992】93號》文件提出“關于南昆線四座大橋橫向剛度的補充技術要求”。其要求“對連續梁和剛構體系，應進行主跨、墩整體自振周期的檢算，其第一自振周期T1≤0.011L0(s)且T1≤1.7(s)。其中，L0為連續梁或剛構體系的聯長，以m計。”

青石巖雙線大橋以上述技術要求為橋梁橫向剛度的評價標準。本橋跨度大，橋墩高。采用Midas有限元計算分析軟件對主跨(48+80+48)m連續梁－墩－基礎體系建立模型，得出橋梁橫向第一自振周期T1為0.9296 s，滿足T1≤1.7 s的要求。

5 結束語

渝利鐵路穿越深山峽谷，地形地勢復雜，跨越河流和既有鐵路、高速公路、城市道路多采用高墩、大跨連續梁橋。高墩、大跨連續梁橋具有整體性好、剛度大、梁縫少、變形小、軌道平順度高等優點，有利于高速行車，是非常適合200 km/h客貨共線的一種橋梁結構形式。青石巖雙線大橋具有“高墩、大跨”的特點，該橋的設計為今后高墩、大跨度鐵路預應力結構的設計積累了有益的經驗，對同類型橋梁設計有一定的參考價值。

[1]TB 10002.1－2005鐵路橋涵設計基本規范[S]

[2]TB 10002.3－2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S]

[3]鐵建設(2005)285號新建時速200公里客貨共線鐵路設計暫行規定[S]

[4]鐵建設(2005)140號新建時速200～250公里客運專線鐵路設計暫行規定[S]

[5]TB 10002.5－2005鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S]

[6]鐵建設函(2003)205號新建鐵路橋上無縫線路設計暫行規定[S]

[7]范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，2001

[8]建鑒【1992】93號 關于南昆線四座大橋橫向剛度的補充技術要求[S]