連鎮(zhèn)高速鐵路淮揚鎮(zhèn)段橋梁總體設(shè)計研究

齊 林

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司 上海 200070)

1 工程概述

新建連鎮(zhèn)鐵路[1]貫穿蘇北、蘇中、蘇南地區(qū)，始于連云港市董集站經(jīng)淮安、揚州至鎮(zhèn)江，正線長度304.604 km。

中鐵上海設(shè)計院為總體設(shè)計單位，負責(zé)項目設(shè)計文件的總體性編制，并承擔(dān)淮安東站(不含)至丹徒站段(DK118＋300～滬寧城際 K224＋650，長191.164 km)設(shè)計工作。以下簡稱淮揚鎮(zhèn)段。淮揚鎮(zhèn)段橋梁占線比90.3%。

淮揚鎮(zhèn)段正線全長191.164 km，聯(lián)絡(luò)線部分:

(1)淮揚聯(lián)絡(luò)線:左線長4.793 km，右線長4.730 km。

(2)淮泰聯(lián)絡(luò)線:左線長3.654 km，右線長4.210 km。

(3)寧啟施工便線:左線長1.304 km，右線長1.307 km。

(4)鎮(zhèn)江聯(lián)絡(luò)線:左線長11.520 km，右線長11.377 km。

(5)改建既有京滬線兩處，合計6.688 km。

1.1 自然條件

線路所經(jīng)地區(qū)廣泛發(fā)育濱海相、河流相及湖相軟土、松軟土，厚度較大，性質(zhì)較差，部分地段分布大量新近沉積層，工程地質(zhì)條件較復(fù)雜。沿線平原地區(qū)部分地段地下水水質(zhì)較差，具有一定程度的侵蝕性。地震動參數(shù)區(qū)劃為:DK187＋070以北抗震設(shè)防烈度為6度，地震動峰值加速度值0.05 g；以南抗震設(shè)防烈度為7度，地震動峰值加速度值0.10 g或0.15 g。

1.2 建設(shè)條件

本線穿越鐵路、公路、市政道路、河道、管線等障礙物，建設(shè)條件復(fù)雜。全線特殊結(jié)構(gòu)共130聯(lián)，沿線上跨高速公路19處、等級航道15條、河流125條、省道18處以及主要城市干道20余處，上跨滬寧城際及京滬鐵路、下穿京滬高鐵等既有鐵路14次。

1.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)鐵路等級:高速鐵路；(2)軌道類型:無縫線路，有砟軌道；(3)正線數(shù)目:雙線，線間距4.6 m；(4)設(shè)計速度:250 km/h；(5)最小曲線半徑:3 500 m；(6)設(shè)計活載:ZK活載；(7)設(shè)計洪水頻率:1/100。

2 主要設(shè)計原則

2.1 橋式方案

常用跨度簡支梁以32 m、24 m跨度為主[2]，施工方案以預(yù)制架設(shè)為主，當(dāng)受地形、施工組織等條件控制時，采用支架現(xiàn)澆或移動模架施工。

跨越既有鐵路，根據(jù)斜交角度和布跨要求，可采用門式墩方案或轉(zhuǎn)體連續(xù)梁方案。門式墩方案梁部采用預(yù)制架設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁或鋼箱梁，施工方案需盡量減小對運營鐵路的影響。

上跨高速公路，需滿足公路安全評估要求。選用連續(xù)梁或其他大跨結(jié)構(gòu)跨越，施工方案選用對高速公路影響小的掛籃懸澆、轉(zhuǎn)體、頂推等工程方案。

跨越河道、水渠等障礙物，需滿足航道評估要求、防洪論證評估要求。綜合考慮水中基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)等多重因素，選用大跨度連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋或大跨度連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)。

跨越地下管道、地下隧道，結(jié)構(gòu)布跨滿足相關(guān)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 梁部結(jié)構(gòu)

區(qū)間正線標(biāo)準(zhǔn)簡支梁采用“通橋(2009)2229”系列梁圖，以32 m、24 m簡支箱梁為主(32 m、24 m等高梁)[3－4]。

揚州、鎮(zhèn)江聯(lián)絡(luò)線一般橋梁采用32 m、24 m、20 m簡支箱梁，單線采用“通橋(2014)2131”部頒標(biāo)準(zhǔn)系列梁圖，雙線采用“通橋(2009)2229”部頒標(biāo)準(zhǔn)系列梁圖。線間距大于4.6 m時，雙線變單線簡支梁采用2131單線梁圖且懸臂過渡。道岔區(qū)采用道岔連續(xù)梁設(shè)計。

跨越既有鐵路、高等級公路、市政道路、通航河道、行洪河道、地下管線時，可采用大跨連續(xù)梁、大跨連續(xù)剛構(gòu)、大跨連續(xù)梁拱等特殊結(jié)構(gòu)。全線橋梁均采用球型鋼支座。

2.3 墩臺及基礎(chǔ)

本線正線及聯(lián)絡(luò)線雙線簡支箱梁橋墩一般采用雙線圓端實體橋墩，通用圖號“通橋(2009)4201”系列。揚州、鎮(zhèn)江聯(lián)絡(luò)線單線簡支箱梁橋墩一般采用單線圓端形實體橋墩。墩高>25 m時，采用雙線圓端空心橋墩。

防洪評估有特殊要求時，需要采用圓形墩。

當(dāng)橋梁位于深厚軟土地區(qū)時，其樁基類型應(yīng)根據(jù)地層情況，可考慮采用預(yù)應(yīng)力管樁，必要時可設(shè)置斜樁，其斜率一般為10∶1。一般地區(qū)的橋梁采用鉆孔樁基礎(chǔ)，較小跨度時采用?1.0 m鉆孔樁，較大跨度選用?1.25 m鉆孔樁，特殊跨度橋梁可采用較大直徑鉆孔樁。

樁基一般選擇承載力較高的巖層、砂卵石層、硬塑黏土層等作為持力層。如果地質(zhì)較差，可選擇密實粉砂土層等作為持力層。當(dāng)樁底土層σ0<500 kPa時，按摩擦樁設(shè)計；當(dāng)樁底土層σ0≥500 kPa時，按柱樁計算。樁底置于W3強風(fēng)化層上時，一般按摩擦樁設(shè)計，當(dāng)W3強風(fēng)化層σ0≥500 kPa時，樁長按摩擦樁設(shè)計，樁身配筋按柱樁設(shè)計。

軟土地區(qū)橋臺樁基，當(dāng)后排樁基控制設(shè)計時，需考慮地基下沉引起樁基的負摩擦力。對于橋墩樁基，除地表下沉區(qū)域外，一般可不考慮負摩擦力的影響。

建于軟土地層的橋臺，除計算橋臺的附加豎向壓力外，還應(yīng)考慮附加水平力影響，該影響宜采用側(cè)壓力系數(shù)法計算。若臺后路基進行地基加固，錐體及臺前一定范圍一般也應(yīng)采取相同的加固措施；若臺后路基不進行加固，則應(yīng)進行抗滑檢算并采取相應(yīng)措施以保證路基縱向穩(wěn)定。當(dāng)橋臺地基采取加固措施時，一般不考慮附加水平力影響。

軟弱黏土層樁基計算，地基系數(shù)的比例系數(shù)m和m0值，應(yīng)根據(jù)承臺底面或最大沖刷線下2(d＋1)范圍軟土的物理力學(xué)指標(biāo)及承臺水平位移值進行相應(yīng)折減[5]。

陡坡地段墩臺基礎(chǔ)及墩身設(shè)計以及置于既有路基邊坡上的橋墩臺基礎(chǔ)及墩身設(shè)計，均應(yīng)計入墩臺側(cè)土壓力的影響(包括既有線路基填土以及既有線活載土壓力)，δ取?/2。

樁基計算時注意地基系數(shù)的適用條件——當(dāng)承臺水平位移大于6 mm時必須重新設(shè)計計算。

3 大跨度橋梁

3.1 概述

本線穿越長三角發(fā)達地區(qū)，沿線高等級河道、航道、高速公路、既有鐵路、市政道路眾多，多處需要以大跨度橋梁跨越[6]，見表1。

表1 __特殊結(jié)構(gòu)匯總

3.2 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)

本線主跨大于100 m的大跨連續(xù)梁共計10座，分別為(60＋100＋60)m連續(xù)梁4聯(lián)、(64＋108＋108＋64)m連續(xù)梁1聯(lián)、(65＋114＋65)m連續(xù)梁1聯(lián)、(75＋128＋75)m連續(xù)梁3聯(lián)[7]。結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

表2 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)參數(shù)

大跨度連續(xù)梁通常跨越運營鐵路、運營高速公路、通航河道、市政道路等，具有施工安全風(fēng)險高、施工周期長、后期工后徐變控制難度大等特點[8]。因此，在設(shè)計階段應(yīng)充分考慮各種因素，并采取適當(dāng)措施減小相關(guān)因素的影響。

(1)采用轉(zhuǎn)體施工法，合龍段采用鋼殼作為底模進行施工，減小對運營鐵路的影響[9]。(2)懸澆掛籃采用全封閉防護罩，防止掉落物墜落至高速公路或市政道路；通航河道上橋梁施工采用助航標(biāo)志，焊接時采取嚴(yán)格控制措施，防止引燃橋下通行船只。(3)延長加載齡期，混凝土彈性模量提高，減少了彈性變形，徐變終極值也相應(yīng)變小；調(diào)整合龍束張拉順序，并控制箱梁恒載作用下的上下緣應(yīng)力差以減少工后徐變。

4 橋梁結(jié)構(gòu)體系及創(chuàng)新

4.1 異形梁結(jié)構(gòu)

本線淮安－鎮(zhèn)江段于揚州地區(qū)設(shè)置鐵路互通，為滿足線路要求，采用異形梁結(jié)構(gòu)[10]，見圖1。

圖1 異形梁平面(單位:cm)

該異形梁雙箱單室截面箱梁頂板寬12.576～16.956 m，箱梁底板寬3.3 m；單箱單室截面箱梁頂板寬7.2 m，箱底寬3.3 m，38＃墩處加寬至4 m。全橋頂板厚35 cm，底板厚32 cm，腹板厚度50～80 cm，按折線變化。

隨著高速鐵路快速發(fā)展，鐵路線路聯(lián)絡(luò)溝通愈加復(fù)雜，該類結(jié)構(gòu)在高速鐵路橋梁中的應(yīng)用能解決互聯(lián)互通的結(jié)構(gòu)問題，可為同類型線路方案提供結(jié)構(gòu)解決方案。

4.2 Y形橋墩結(jié)構(gòu)

本線跨越眾多市政道路，為解決孔跨布置問題及減少非標(biāo)梁的應(yīng)用，提高施工效率，采用Y形橋墩設(shè)計，該類型結(jié)構(gòu)為鐵路橋梁范圍內(nèi)首次應(yīng)用，見圖2、圖3。

圖2 Y形剛構(gòu)墩立面(單位:cm)

圖3 Y形剛構(gòu)墩側(cè)面(單位:cm)

4.3 小半徑轉(zhuǎn)體連續(xù)梁

淮揚左線特大橋跨寧啟鐵路采用國內(nèi)單線鐵路跨度最大、曲線半徑最小(R＝700 m)、距離既有線最近、坡度最大的鐵路單線(68＋128＋68)m轉(zhuǎn)體連續(xù)梁。

主梁高度為:支點處為8.6 m，梁端直線段及中跨合龍?zhí)帪?.5 m，之間用R＝462.736 m的圓曲線過渡。中墩為厚度4.5 m、寬度7.5 m的實心矩形橋墩。 72＃墩高15.7 m，73＃墩高17.7 m。

(1)最大轉(zhuǎn)體重量(考慮懸臂聲屏障和欄桿施工完成)為70 992 kN，如圖4所示。

圖4 主梁轉(zhuǎn)體重量計算模型

(2)主梁為曲梁，其在轉(zhuǎn)體時產(chǎn)生的偏心彎矩大小如圖5所示。

圖5 曲梁轉(zhuǎn)體時不平衡反力

為抵消其在轉(zhuǎn)體時產(chǎn)生的偏心彎矩[11]，向曲線外側(cè)設(shè)置偏心距，72＃墩為20 cm，73＃墩為50 cm。

4.4 鐵路管樁應(yīng)用

PHC樁在鐵路橋梁基礎(chǔ)上的應(yīng)用相對較少。自1998年新長鐵路開始，陸續(xù)應(yīng)用于秦沈鐵路、寧西鐵路、贛龍鐵路、寧啟鐵路、滬杭高鐵和滬通鐵路等。當(dāng)前預(yù)應(yīng)力管樁在鐵路路基處理上也有應(yīng)用，如京滬高速鐵路宿州站，溫福鐵路、宣杭鐵路軟土路基加固等[12]。PHC管樁與鉆孔灌注樁投資比較見表3。

由表3可以看出，PHC管樁較鉆孔灌注樁經(jīng)濟性較好，本線將PHC管樁應(yīng)用于寧啟鐵路特大橋取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

表3 PHC管樁與鉆孔灌注樁投資比較

5 結(jié)束語

連鎮(zhèn)高速鐵路位于長三角平原地區(qū)，結(jié)合本線地質(zhì)、水文、河道、交通等自然條件，在外部干擾因素多的困難情況下，研究適宜的橋式方案，并將PHC管樁應(yīng)用于鐵路橋梁工程中，積累了相關(guān)工程數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗，為推動我國的高速鐵路橋梁建造技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗。