節段預制無支座連續剛構體系在 廣州地鐵21 號線中的應用

何永平 陳清華

（廣州瀚陽工程咨詢有限公司， 廣東 廣州 510220）

0 前言

無支座連續剛構體系，顧名思義即所有橋墩與主梁均固結的結構體系。國內早期（70 年代）出現的小跨度框架涵洞也屬于此體系范疇，2013 年通車的廣州地鐵6 號線首期工程全部2.7 公里高架在國內（內地）首次在主體橋梁工程中大范圍使用無支座連續剛構體系、短線法節段預制技術實施。2018 年12 月部分通車的廣州地鐵14 號線、21 號線主體高架再次采用節段預制無支座連續剛構體系，至此廣州地鐵約30 公里主體橋梁采用了節段預制無支座連續剛構體系，受到業主、市民及參建各方的廣泛認可。

無支座連續剛構橋梁在國外（如德國、美國、新加坡等）及港澳臺地區已經成熟應用于主體橋梁。中國內陸地區由孫峻嶺先生在廣州地鐵6 號線首次應用并在廣州地鐵14 號線及21 號線推廣，同時均采用了短線法節段預制技術，助推交通基礎設施產業戰略升級。

無支座連續剛構體系配套短線法節段預制技術實施，是交通基礎設施建設順應時代發展的合理選擇：結構自身安全經濟、景觀包容可塑性強、建設過程綠色文明、運營期間耐久省心。

本文以廣州地鐵21 號線節段預制主體橋梁為例介紹其設計方案、施工方案及預制場相關細節。

1 項目概況

廣州地鐵21 號線線路起于天河區員村站，途經天河區、黃埔區和增城區，貫穿東部新城區域，止于增城廣場站，大致呈“廠字形”走向。

它的開通運營不僅縮短增城與廣州中心城區的時空距離，使群眾出行更方便，還將加速廣州東部地區人流、物流、資金流、信息流的流動，加速增城融入粵港澳大灣區，開啟全新的發展引擎。2018 年12 月開通當日客流為5 萬人次。

廣州地鐵21 號線線路初期線路全長約61.5km，其中地下線長約42.5km，穿山隧道6.8km，地上線12.2km；共設21 座車站，其中地下車站17 座，高架車站4座，共有7 座換乘站；采用6 節編組B 型列車；區間正線數目為雙線，列車最高行車速度為120 km/h；區間主體橋梁地震設防烈度為6 度，地震動峰值加速度為0.05g。

沿線總體地形起伏較大，主要為丘間盆地；橋梁范圍基本沿現有公路敷設，地勢較為平緩；場地上覆沖洪積砂層及黏性土等、下伏微風化花崗片麻巖，基巖埋深一般約20～50m。

2 設計方案

廣州地鐵21 號線含10km 高架橋梁區間，其中約6km 橋梁采用了短線法節段預制無支座連續剛構體系。主體橋梁方案的決策過程經歷了整孔預制簡支梁、節段預制簡支梁及節段預制連續剛構，過程中做了大量研究及比選工作，最終由業主決策采用了技術先進、各項指標優良的無支座連續剛構體系。其主體橋梁總體布置如圖1 所示。

橋梁遵循至簡至美的經典美學原理，線條簡潔明快、棱角分明、現代經典；橋梁建筑高度范圍約5.0～17.0m，主梁跨度范圍為N×(30～40)m，兩跨至四跨一聯、等跨布置；主梁采用單箱單室斜腹板斷面，橋墩采用單薄壁板式橋墩與主梁固結，樁基礎采用鉆孔灌注樁。

2.1 上部結構

主梁采用短線法節段預制技術制造，采用逐孔架設+先簡支后連續技術實現結構體系轉換形成無支座連續剛構體系。主梁中墩頂設置現澆0 號塊，其余節段采用工廠節段預制。預制節段劃分為端頭節段、過渡節段及標準節段，端頭節段與中墩墩頂現澆段之間設置30cm 濕接縫。

主梁混凝土標號為C60，梁高2.0m，頂板寬10.0m，底板寬2.4m，懸臂長度2.1 m。跨中標準預制節段頂板厚0.25m，底板厚0.3m，腹板厚0.3m，節段長2.6m，節段重約40 噸；過渡節段頂板厚0.45m，底板厚0.5m，腹板厚0.5m，節段長2.4m，節段重約50t。

主梁按不允許出現拉應力的預應力混凝土構件進行設計，結合逐孔架設工藝主梁設置簡支束及連續束。每跨主梁設置8 根簡支束，在逐孔架設過程中張拉；每處中墩頂設置14 根頂板、每跨設置6 束底板連續束，在架橋機過孔、濕接縫施工完成后張拉；主梁邊墩頂設置墩梁固結后澆帶，待所有連續束張拉完成后澆筑。

橋面板按不允許出現拉應力的預應力混凝土構件進行設計，每個標準節段設備2 束扁錨鋼束，采用單端交替張拉。

主梁標準節段示意如下圖2 所示：

主梁過渡節段示意如下圖3 所示：

主梁邊墩頂后澆段示意如下圖4 所示：

2.2 下部結構

橋墩采用薄壁形式，墩高范圍約3.0m～15.0m，邊墩厚0.6～0.8m、中墩厚度1.0～1.4m，壁厚隨墩高增加而增加；橋墩頂部橫向與梁底同寬為2.4m，墩底一定高度范圍按1/30 坡度橫向加寬，變寬點高度隨墩高增加而增加；中墩截面形狀近似為矩形，邊角按30×30mm 直線倒角，墩厚中部設有梯形凹槽；邊墩截面近似為矩形，縱橋向外壁中部隆起50mm，相鄰兩聯邊墩形成由中部10cm 擴大至兩側20cm 的變寬梁縫。

地基采用群樁基礎。承臺尺寸為6.5m×6.5m×2.0m，樁基采用4-D1.5m 鉆孔灌注樁。大部分樁基按嵌巖樁設計，基巖埋深較大時按摩擦樁設計，平均樁長約45 米。橋梁位于道路中央綠化帶時，承臺頂埋深大于0.9m 以保證地面道路結構的連續性及行車平順性。

下部結構一般構造見下圖5 所示：

2.3 主要材料用量

材料用量是影響建設期成本的重要因素，也是檢驗橋梁工程是否低碳、綠色及可持續性的重要指標。

廣州地鐵21 號線主體橋梁采用無支座連續剛構體系，該體系在減小下部結構單體尺寸方面、在減少下部結構總體數量方面、在優化箱梁截面尺寸方面具備節約建筑材料的優良特性，橋梁工程師據此做出了積極有效的努力，其主體材料用量如表1 所示：

表 2 主體材料用量

與國內一般現澆連續箱梁相比，無支座連續剛構體系在下部結構方面可節約混凝土材料約20%，在上部結構方面可節約混凝土材料約25%。以上數據僅供探討，不排除部分橋梁人正在或已經對現澆連續箱梁的上下部結構尺寸進行了優化。

3 施工方案

節段預制主梁采用兩臺上行式架橋機逐孔拼裝，主體施工步驟如下：

1）下部結構及中墩0 號塊現澆施工；

2）架橋機逐孔架設主梁，并落梁支撐于臨時鋼立柱上形成簡支體系；

3）施工墩旁濕接縫、張拉墩頂及底板連續鋼束，形成剛構連續梁體系；

4）澆筑邊墩頂后澆帶，形成無支座連續剛構體系。

5）拆除臨時鋼立柱，施工橋面附屬，成橋。

上述施工步驟形成施工流水，互不干擾，正常情況下完成一孔梁架設需要3～4天。

4 預制場

預制場由施工單位（中鐵五局機電公司）自籌資金建設，坐落在廣汕公路旁邊，場地條件較好。預制場配套自建混凝土攪拌站，占地約60 畝，共設置2 條生產線，共10 套短線法節段預制模具，生產2122 片節段梁。正常情況下節段梁的生產效率約2.5 天/榀。

預制場總體規劃按功能分為混凝土攪拌站、材料堆放及試驗區、鋼筋加工區、鋼筋綁扎區、節段預制區、節段梁修整區、節段梁存梁區、辦公生活區等。

5 結束語

無支座連續剛構體系及短線法節段預制技術是順應時代發展的領軍技術，它們的結合不是必須的，但它們的結合將會給主體橋梁工業化實施帶來無可比擬的變革。

廣州地鐵21 號在確保結構安全、經濟、耐久的前提下，秉承綠色建設理念、全壽命期周期理念、可持續發展理念，選擇了基于短線法節段預制的無支座連續剛構體系做為全線主體橋梁的設計方案，符合國家交通設施產業戰略升級導向及國家資源戰略、信息產業發展、生態文明的政策導向。

作者對無支座連續剛構體系的普及推廣持積極態度，相信國內的主體橋梁將會逐漸大量采用節段預制無支座連續剛構體系，那時結構自身安全經濟、景觀包容可塑性強、建設過程綠色文明、運營期間耐久省心。