洛澤河特大橋橋式方案研究

黃 毅，何庭國，謝海清

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

1 工程概況

新建渝昆高鐵是京昆快速鐵路通道的組成部分，也是云南與川西、西北地區客運通道的重要組成部分。線路在云南省彝良縣境內跨越洛澤河河谷，設洛澤河特大橋。兩岸地形陡峻，兩側岸坡約45 °，局部達59 °。鐵路橋橋面至谷底高約200 m，橋位處百年洪水位828 m，水文條件不控制設計。 主要技術標準見表1。

表1 主要技術標準

2 建設條件

橋址區無明顯構造形跡，但受區域構造影響，節理裂隙發育～極發育，巖體破碎。橋址覆蓋層巖性主要為卵石土、膨脹土(黏土)、角礫土等；下伏基巖為弱風化玄武巖，基本承載力1 200 kPa。

橋位處水路不通航，陸路交通條件較差。不具備鋼結構大節段整體運輸及吊裝的條件，橋梁構件需采用小單元進行運輸、拼裝，或采用現場澆筑構件。

橋位兩側地形陡峭，均無布置大型施工場地的條件；施工中需距離橋位較遠的位置設置大型施工場地，并修建施工便道到達橋位處，或考慮設置覆蓋江面的施工平臺，施工條件較差。

橋位處地震動峰值加速度為0.15g，位于7度地震區，設計采用8度設防。

3 橋式方案初選

本橋為典型山區橋梁，橋高約200 m，對梁橋、懸索橋、斜拉橋和拱橋這四大橋型，懸索橋剛度相對較弱，與運行高速列車、剛度要求高的使用條件顯然不符，不適合采用[1]。斜拉橋在山區地形無法避免高墩，再架設橋塔和斜拉索，明顯不具備經濟性，而且后期養護維修工作量大，因此不考慮采用斜拉橋。

梁橋跨越能力有限，采用梁橋必定伴隨著超高橋墩，而且聯長較長需要采用多跨結構。但施工工藝成熟，對施工場地需求低，工程造價低。

從地形條件看，最適宜的橋型為上承式拱橋。根據拱圈所采用的材料，可采用鋼桁拱橋、鋼管混凝土拱橋和鋼筋混凝土拱橋。鋼桁拱橋由于全部采用鋼材，造價昂貴，且結構剛度相對較小，溫度變形大，同樣與本橋剛度要求高的使用條件不符，因此不采用。鋼管混凝土拱橋與鋼筋混凝土拱橋方案均可行，本次研究選用工程造價更經濟、運營期更易養護的鋼筋混凝土拱橋，與混凝土梁橋進行方案比選。

4 混凝土剛構-連續梁方案

4.1 總體布置

目前高速鐵路350 km/h標準已建成的最大跨度連續梁(剛構)橋為主跨168 m[2]，本方案主橋采用(52+114+180+114+52) m預應力混凝土剛構-連續梁組合結構體系，橋梁全長524.9 m(圖1)。

圖1 混凝土梁橋總體布置(單位：m)

4.2 主梁構造

主梁采用單箱單室截面，截面頂寬12.6 m，底寬9.2 m，材料采用C55混凝土。箱梁2#、3#主墩頂梁高12.7 m，墩梁固結；1#、4#次主墩頂梁高8 m，墩頂設支座；梁端及跨中直線段梁高6.4 m。各跨梁高變化采用二次拋物線過渡。頂板厚68 cm，腹板厚度60～120 cm；底板厚度51～120 cm。

4.3 墩臺構造

2#、3#剛構主墩采用四柱式矩形空心型墩，材料采用C45混凝土。墩高分別為135 m、147 m。主墩縱向為雙柱墩，柱中心間距9 m，柱身縱向寬4 m；橫向為A型雙柱墩，墩頂50 m范圍內為直坡，50 m以下采用圓曲線放坡過渡，柱身寬度由 5 m漸變至墩底10 m。四柱式橋墩之間采用矩形空心截面的橫撐連接。

4.4 施工方案及造價

基礎采用常規鉆孔樁施工工藝，剛構主墩采用爬模法施工，梁部采用掛籃懸臂澆筑施工，1#～4#墩四個T構同步施工，依次合龍180 m主跨、114 m次主跨，再利用掛籃澆筑邊跨不平衡段，然后利用支架澆筑邊跨現澆段及合龍段。最后完成橋面附屬工程施工。全橋主體工程施工工期預計35個月，工程造價約2.7億元。

靜力計算指標見表2。

表2 位移計算結果匯總

5 上承式鋼筋混凝土拱橋方案

5.1 總體布置

橋梁中心里程為D1K348+310，橋梁全長540.0 m。主橋采用356 m上承式鋼筋混凝土拱橋。引橋及拱上孔跨布置為：(2×76+5×45+2×76)m預應力混凝土T構連續梁組合結構體系(圖2)。

圖2 鋼筋混凝土拱橋總體布置(單位：m)

5.2 拱圈構造

拱軸線為懸鏈線，拱軸系數m=1.8m。拱圈跨度356 m，矢高79 m，矢跨比1/4.506。拱圈采用分叉式肋拱，拱肋為5 m寬單箱單室截面，拱腳處兩肋中心距20 m，在距拱腳97 m處兩肋合并為單箱三室箱型截面，拱頂箱寬11 m，拱圈高度7.5 m等高。拱圈截面如圖3所示。

圖3 鋼筋混凝土拱橋總體布置(單位：cm)

5.3 拱上結構

拱橋交界墩處采用76 m的大跨度混凝土T構，避免兩岸邊坡上設墩，同時降低拱上1#墩高。為了改善橋面行車平順性，拱上梁部不設梁縫，將交界墩T構與拱上梁聯結成為一聯(2×76+5×45+2×76) m T構-連續梁組合結構[3]。主梁采用單箱單室截面，頂寬13.4 m，底寬7.5 m，材料采用C55混凝土。T構梁高9.5～4.5 m，拱上梁4.5 m等高。

5.4 墩臺構造

交界墩和拱上墩采用矩形空心墩，四周切角，墩身坡度隨拱肋寬度變化。交界墩墩高76 m，墩頂截面尺寸9.5 m×8 m，縱向坡率76∶1，橫向坡率22∶1。材料采用C40混凝土。

拱座基礎采用明挖基礎，高度22 m，縱向寬度23 m，橫向寬度32 m，基礎底部采用臺階狀過渡，基礎前端布置6根直徑2.5 m鉆孔樁，樁間距5.6 m，保證基礎整體穩定。

5.5 施工方案及造價

拱圈采用鋼管混凝土勁性骨架法施工。先懸臂拼裝勁性骨架，組成鋼管桁架拱，再向弦桿鋼管內泵送混凝土形成鋼管混凝土骨架，隨后在鋼骨架上分多工作面平衡加載外包拱圈底板、腹板、頂板混凝土，形成混凝土拱圈[4-5]。

交界墩采用爬模法施工，T構梁部采用掛籃懸臂澆筑施工，拱上梁在拱圈上搭設支架現澆，最后完成橋面附屬工程施工。全橋主體工程施工工期預計50個月，工程造價約4.2億元。

靜力計算指標見表3、表4。

表3 梁部位移計算結果匯總

表4 拱圈位移計算結果匯總

6 車橋耦合動力分析

對上述兩個橋式方案，在正常運營工況及考慮溫度、徐變變形后運營工況分別進行車橋耦合動力分析，結果表明兩種方案車輛的脫軌系數、輪重減載率、輪軌橫向力等計算結果均滿足規范要求，列車行車安全性得到保障；車輛的車體橫向與豎向加速度、Sperling運行舒適性指標均滿足規范要求，在CRH3動車組以速度350 km/h通過橋梁時，車輛的Sperling指標均為優秀[6]。

7 方案比選結論

(1)地形適應性方面，上承式拱橋與V型峽谷地形景觀效果更匹配，但高陡邊坡上大體積拱座開挖、邊坡防護必將對山體帶來巨大破壞；連續剛構方案橋墩采用鉆孔樁基礎，邊坡開挖及防護工程量相對較小，環境友好度更高。

(2)抗震性能方面，連續剛構方案結構重心高，上部結構質量較大，高墩抗震控制設計，需考慮設置阻尼器等耗能裝置。拱橋方案結構重心低，地質條件好，其抗震性能優于梁橋方案。

(3)施工組織方面，連續剛構方案鉆孔樁基礎、爬模法施工墩身、梁部掛籃懸澆均為成熟工藝，施工措施相對簡單，施工工期短。拱橋方案拱座開挖體量巨大，拱圈勁性骨架法施工工序復雜，需要纜索吊、斜拉扣背索及錨錠、拱上現澆支架、掛籃等眾多施工輔助措施，施工工期長。梁橋方案優于拱橋方案。

(4)經濟性方面，本項目連續剛構方案工程造價約2.7億，拱橋方案施工措施費用高，工程總造價約4.2億，梁橋方案明顯優于拱橋方案。

綜上所述，在場地受限、交通閉塞的山區峽谷環境修建拱橋，需面臨一系列設計施工難題。而混凝土梁橋雖然跨越能力有限，不可避免的面臨超高墩的設計施工難題，但在豎直方向修建高墩的施工難度明顯小于在水平方向修建拱圈，傳統的梁式橋仍不失為一種極具競爭力的橋式方案，因此本工程推薦采用(52+114+180+114+52) m預應力混凝土剛構-連續梁橋型。