遷曹線小青龍河特大橋的設計創新

鄧創成

摘 要：本鐵路橋斜交跨越小青龍河，設計時將橋墩平行于河道斜置，頂帽設計為異型，使得預應力混凝土簡支梁能夠正交架設，這種設計形式為以后類似受河流、道路斜交限制的橋梁設計提供了一種有效可行的思路。本橋的防腐設計也為類似近海地區鐵路橋梁的設計積累了一定的經驗。

關鍵詞：小青龍河；異型頂帽；防腐設計；創新

中圖分類號：U442.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0107-02

Abstract： The railway bridge crosses the Xiaoqinglong River diagonally， the piers are slanted parallel to the river course， and the top cap is designed to be of abnormity so that the prestressed concrete simply supported beam can be erected quadrature. This kind of design form provides an effective and feasible idea for similar bridge design which is restricted by river and road skew intersection in the future. The anticorrosion design of this bridge also accumulates certain experience for the design of similar railway bridge in offshore area.

Keywords： Xiaoqinglong River； abnormity cap； anticorrosive design； innovation

1 工程概況

遷曹線灤南至曹妃甸段是曹妃甸連接華北路網的鐵路運輸通道，南北縱穿灤南、唐海兩縣。起于灤港鐵路灤南站，終于曹妃甸。

本區屬溫帶半濕潤海洋性氣候，冬季寒冷干燥，春季大風頻繁，夏季炎熱雨量集中，秋季冷暖變化顯著。最冷月平均氣溫-4.1～-4.8°C，最熱月平均氣溫26.1°C，年平均降水量507.9～524.2mm，年平均蒸發量1561.9～1755.4mm，最大凍結深度0.67～0.78m。

昌黎、唐山、樂亭、灤縣一帶是華北地震發生頻率較高的地區之一，1976年唐山、灤縣兩地的大地震使本地區受到很大的影響。根據國家地震局《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001）的劃分，曹妃甸港區鐵路經過地區地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應譜特征周期0.55s，相當于地震基本烈度七度。

線路所跨越的青龍河位于沂河和雙龍河之間，發源于京山鐵路附近，灤縣雷莊以北，穿柏各莊村南倒虹吸入泄水渠至高尚堡南注入渤海。青龍河為人工開拓河道，橋渡與河道呈40°的角度斜交。河床寬度 250m左右，高程-1.3～1.3m，水流平緩，河道左岸地面高程0.7～3.7m，右岸高程1.1～1.4m兩岸建有高出原地面1.2～3.2m大堤，高程4.4～4.9m 在大堤的外側，分布魚塘及引、排水溝渠。橋位處Q1%=414m3/s，設計水位考慮渤海灣的潮汐、倒灌、波浪侵襲等的影響取H1%=3.96m。

橋址區主要地層為可塑的黏性土和飽和的粉砂、細砂、中砂層。飽和砂層具有地震液化現象，全橋地基上部為軟土和地震液化工程場地。按巖性大致可分為以下幾層，人工填筑粉質黏土（Q4ml2）、淤泥質黏土（Q4m1）、黏土（Q4m1）、粉質黏土（Q4m2）、粉土（Q4m3）、粉砂（Q4m4）、細砂（Q4m4）、中砂（Q4m5）小青龍河水及地下水侵蝕等級為H2級。

小青龍河特大橋孔跨布置為16-32+2-24+2-32+2-24m預應力混凝土簡支梁橋，全長698.6m，起訖里程為DK32+653.7～DK33+352.3，軌面設計高程8.38～7.88m，一次雙線，線間距4m，處于直線，全橋采用圓端形橋墩，T形橋臺，鉆孔樁基礎。橋位處線路與青林公路交角為40°。

2 工程設計的難點

遷曹線是我國第一條跨海鐵路，本橋雖距渤海灣約20km，但環境水侵蝕等級較強。小青龍河特大橋因所處環境，在設計時主要有以下難點：

2.1 橋墩的設置

小青龍河特大橋線路與河道斜交40°，根據水利部河北水利水電勘測設計研究院2005年9月的《遷安北至曹妃甸新建鐵路工程防洪評價報告》第5.3.6條：“……橋墩中心線應平行水流法線，且不應該為圓墩……”和第6.3條：“在橋梁布設時，應避免橋墩建在主槽中間，并使橋墩中心線與水流方向平行……”的要求，根據以往各線的做法通常為采用特殊跨處理（大跨簡支梁或大跨連續結構），如此則需要抬高線路坡度，由于本線最大線路坡度為4‰，抬高線路坡度的影響范圍較長，進而會加大投資，增加工期。考慮本線線路高程較低，地質條件較差，從經濟、技術方面進行比較，按主槽內的橋墩采用與水流方向平行的斜置方案，為配合上部標準梁的架設，對主槽內的橋墩頂帽進行異形處理。

2.2 耐久性設計

小青龍河河水及地下水內SO42-的含量為1058～1406mg/L，CL-含量為8635～13767mg/L，Mg2+的含量為624～1013mg/L，PH值8.3。按照《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》（TB 10005-2010），橋址處環境水侵蝕等級為凍融侵蝕D4級，氯鹽侵蝕L3級，化學侵蝕H2級，屬于嚴重腐蝕環境。如何在嚴重腐蝕環境下仍能達到設計要求的使用年限是需要認真研究的。因此，橋梁結構的耐久性設計也是本橋設計的重點之一。

3 主要技術及創新點

3.1 主河槽內橋墩平行于水流方向而斜置，既滿足了防洪評價的相關要求，也適應行車需要

全橋采用圓端形橋墩，為減小建橋后對小青龍河水流的影響，主河槽內的5～14號橋墩與水流平行按斜交40°設置，以暢水流，從而減小了對河道過水斷面的壓縮。從梁部受力及架設施工等方面考慮，上部結構仍采用標準跨度的預制梁結構。為此，通過對橋墩頂帽的異形處理來適應上部結構的架設及運營維護，異型頂帽、斜置橋墩的設置是本橋創新技術之一。橋墩布置與頂帽形式如圖1、圖2所示。

橋位處局部平面圖如圖1所示，圖中顯示了墩身及承臺樁基與線路的位置關系，未顯示異型頂帽。異型頂帽平面圖如圖2所示。

3.2 采用耐久性設計，以保證結構的安全使用

鐵路橋梁設計使用年限為100年，而橋位處環境水的強腐蝕性將對橋梁結構的安全使用造成極大的危害。針對本橋侵蝕等級，設計時在經過多方案的比選研究后最終采取以下措施對橋梁結構進行防護，以保證橋梁結構的安全使用。

（1）簡支梁部分：本線簡支梁采用部頒的專橋（01）2051系列簡支梁，梁體用ZB型罩面膠和ZV型混凝土修補劑進行涂刷防護。要求ZB型罩面膠和ZV型混凝土修補劑與混凝土的粘結力不小于1.5N/mm2，材料自身的耐久性和對混凝土的有效防護時間不應低于20年。

（2）橋墩、橋臺部分：墩臺身采用C30混凝土，表面設置護面鋼筋。5～14號墩頂帽用C40鋼筋混凝土，其余墩臺頂帽及橋臺道碴槽采用C30鋼筋混凝土，頂帽、道碴槽鋼筋凈保護層厚度采用6cm。在全橋頂帽、支承墊石和道碴槽表面也涂刷與簡支梁梁體外表面相同的材料進行耐久性防護。

（3）承臺、鉆孔樁部分：承臺采用C30混凝土，鋼筋凈保護層厚度采用7cm。鉆孔樁采用C30鋼筋混凝土，凈保護層厚度厚度7cm，并在樁頂6m范圍內設鋼護壁（利用施工鋼護筒，δ=8mm）。

通過以上防腐措施，使橋梁從梁部及橋面系到樁基礎的鋼材和混凝土圬工都得到了有效的防護，保證了橋梁的設計年限。

4 結束語

小青河特大橋為遷曹線控制性工程，本橋橋墩平行于河道斜置，頂帽設計為異型以使預應力混凝土簡支梁能夠正交架設，這種設計形式為以后類似受河流、道路斜交限制的橋梁設計提供了一種有效可行的思路。本橋的防腐設計也為類似近海地區鐵路橋梁的設計積累了一定的經驗，并取得了較好的經濟、社會和技術效益。

參考文獻：

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵路橋涵設計規范[S].2005.

[2]中華人民共和國鐵道部.TB10005-2010.鐵路混凝土結構耐久性設計規范[S].