恩陽河特大橋高墩大跨簡支梁技術經濟比選

李燕軍

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

1 概述

恩陽河特大橋位于四川省巴中市恩陽區，橋址地處低山丘陵地區，地勢起伏較大。線路于DK133+120～DK133+400處跨恩陽河，線路與河流右前角為101°。恩陽河為巴河一級支流，為Ⅴ級航道，通航凈寬×凈高為80m×8m。恩陽河流域面積1183.5km2，流量 11900m3/s。

橋梁范圍內線路軌面設計高程為427～432m，地面高程為334～422m，最大高差97m。恩陽河特大橋全長1204m，墩高大于40m段落長為1035m，墩高大于70m段落長為802m。

2 主要技術標準

鐵路等級：高速鐵路，有砟軌道。

正線數目：雙線，線間距4.6m。

設計行車速度：250km/h。

牽引種類：電力。

設計活載：ZK活載。

線路平面：位于直線和R=5000m的曲線上。

縱斷面：橋梁位于-6‰的縱坡上

3 橋式方案

根據通航要求及交通運輸意見，考慮到橋位距離攔洪壩較近，線路與水流斜交角度較大，以及水流橫向流速、灘槽演變趨勢的影響，采用主跨136m連續剛構跨越恩陽河。其余橋跨的孔徑無要求，本橋墩高差較大，墩高大于40m段落長1035m，墩高大于70m段落長802m。

根據相關研究，32m簡支箱梁橋當橋墩高＞70m時，下部結構的造價費用占比較大，高墩林立景觀性差，施工難度增大，工程造價比大跨簡支結構更高。綜合考慮建設周期、施工以及對行洪、環境保護的影響等因素，一般墩高＞70m，大跨度簡支梁或連續結構是更合理的選擇，本橋墩高大于70m段落擬采用64m簡支箱梁。當橋高在40～70m時，需要綜合橋跨形式、地形地貌、地質條件、工期和經濟指標等幾個方面確定最優方案。

在平均墩高為40m、50m、60m和70m時，對64m簡支箱梁和32m簡支箱梁分別進行技術經濟比較，擬找到64m簡支箱梁和32m簡支箱梁的經濟墩高分界線，進而確定最優的橋跨方案。

4 結構設計

4.1 上部結構設計

32m簡支箱梁采用圖號“通橋（2016）2229”，采用預制架設法施工。

64m簡支箱梁由于梁高較高，采用造橋機節段預制拼裝法施工，接縫采用膠接縫。典型橫斷面如圖1所示。

圖1 64m簡支箱梁典型橫斷面（單位：厘米）

簡支梁梁部的主要工程數量如表1所示。

表1 梁部主要工程數量

4.2 下部結構設計

當橋墩高度H≥25m時，兩個方案橋墩均采用空心橋墩。依據《鐵路橋涵設計規范》（TB 10002-2017），32m簡支箱梁橋墩縱向水平線剛度按不小于350kN/cm控制；64m簡支箱梁橋墩縱向水平線剛度規范中未規定，參考相關文獻并結合本橋橋墩較高的情況，本橋64m簡支箱梁橋墩縱向水平線剛度按墩高≥70m不小于720kN/cm控制，墩高＜70m不小于800KN/cm控制。本橋主要為剛度控制設計，協調的橋墩尺寸和樁基布置形式是本線下部結構設計的關鍵。各墩高橋墩尺寸和樁基布置形式如表2所示。

表2 各墩高橋墩尺寸和樁基布置形式

5 施工方法

大跨度簡支箱梁施工方法有支架現澆、移動模架現澆和節段拼裝等。由于本橋橋墩較高，無法采用支架現澆法施工，移動模架現澆混凝土泵送困難，施工難度大，施工質量難以控制，且本橋為全線控制性工程，移動模架現澆無法保證工期，所以采用建造技術成熟、施工速度快的節段預制拼裝法施工。

6 經濟性能比較

結合漢巴南鐵路初步設計概算定額標準，4個墩高方案330m段落內的投資估算如表3所示。從表3可以看出，平均墩高小于50m時，32m簡支箱梁方案比較經濟；平均墩高大于50m時，64m簡支箱梁比較經濟；平均墩高50m為64m簡支箱梁和32m簡支箱梁的經濟墩高分界線。

表3 各方案綜合概算匯總表

7 橋梁綜合比選

綜合以上分析，墩高小于50m時，32m簡支箱梁比較經濟；墩高大于50m時，64m簡支箱梁比較經濟。

本橋墩高大于50m，長度為900m，扣除恩陽河主跨（72+136+72）連續剛構后長度為620m，需10孔64m簡支箱梁。

由于本橋地形陡峭，墩高小于50m采用32m簡支箱梁時，跨越能力不足，會造成附屬工程的增加；同時考慮建設節段拼裝梁場的費用，本橋均采用節段拼裝箱梁方案更經濟、景觀效果好。綜合技術經濟性能比選，本橋推薦全橋采用節段拼裝箱梁方案，推薦孔跨為(1-64m+2-51m+2-64m)節段拼裝簡支箱梁+(72+136+72)m連續剛構+9-64m節段拼裝簡支箱梁。

8 橋梁動力仿真分析

對全橋進行了精確建模，由動力學勢能駐值原理及形成矩陣的“對號入座”法則，計算了CRH3通過橋梁時的車橋系統空間動力響應。

分析結果表明：當CRH3高速列車以160～300km/h通過該橋時，橋梁的動力響應均在容許值以內，列車豎、橫向振動加速度滿足限值要求，列車行車安全性滿足要求。

當CRH3高速列車以160～250km/h（橋梁設計速度段）通過該橋時，列車的乘坐舒適性達到“良好”標準以上；以275～300km/h（檢算速度段）通過該橋時，列車的乘坐舒適性也能夠達到“良好”標準以上。

綜上所述，恩陽河特大橋設計方案具有非常良好的動力特性及列車走行性，當列車通過橋梁時的安全性和乘坐舒適性均滿足要求。

9 結論

（1）通過對64m簡支箱梁和32m簡支箱梁不同墩高分別進行技術經濟比較，本橋64m簡支箱梁和32m簡支箱梁的經濟墩高分界線為50m。

（2）綜合考慮概算投資、景觀效果、施工周期及技術創新等方面因素，推薦采用64m階段拼裝簡支箱梁方案。

（3）通過橋梁動力仿真分析結果表明，64m簡支箱梁縱向水平線剛度按墩高≥70m不小于720 kN/cm，墩高＜70m不小于800kN/cm的設計原則可以滿足列車通過橋梁時的安全性和乘坐舒適性要求。