海洋環境下不同墩高鐵路梁式橋橋型方案研究

文／劉金進 中鐵大橋勘測設計院集團有限公司華東分公司 江蘇南京 210000

引言：

對鐵路橋梁來說，簡支梁是一種最常用的橋梁結構體系。簡支梁靜定結構的特點決定了它結構簡單，支座不均勻沉降、收縮徐變等因素均不會引起內力的變化，也不會產生預應力引起的次內力。但對于墩高變化較大的梁式橋，高墩區若采用簡支梁的方案，為滿足軌道交通剛度的要求，將會呈現出基礎規模較大、造價較高的特點。因而有必要對比分析連續梁方案、連續剛構橋方案，力求通過整聯剛度減少基礎規模降低工程造價。為了確定合理的橋型方案，下面的比選均是以某跨海大橋為例，橋梁跨度均為60m，墩高為10m～52m 不等。

1.簡支梁方案

簡支梁方案是軌道交通常用的結構體系，梁一端固結，另一端簡支。箱梁采用梁場預制，現場浮吊架設的施工方法。海洋環境下，特別是深水區橋梁，具有水深，覆蓋層較厚的特點，根據覆蓋層厚度變化基礎可采用鉆孔樁基礎或鋼管打入樁基礎，承臺、墩身均采用現澆工法。

1.1 上部結構設計

為確定合理梁高，對60m 跨預應力混凝土簡支箱梁的梁高進行比較分析。梁高依次為3.5m、4.0m、4.5m，相關計算結果見表1。

表1 60m 跨簡支梁梁高比選表

由上表可知，當梁高取值為3.5m 時，梁端轉角及工后豎向殘余變形均難以滿足規范要求；梁高4.0m 及4.5m各項計算指標均能滿足計算要求，從經濟性考慮，60m跨預應力混凝土簡支箱梁的梁高推薦采用4.0m。

1.2 下部結構設計

在滿足結構靜力、動力計算，無縫線路梁-軌共同作用計算，墩頂位移計算的前提下，根據墩高不同，基礎結構布置有所變化。此外，根據不同位置處覆蓋層起伏變化情況，確定不同墩高下部結構橋墩尺寸，承臺尺寸及基礎規模。基礎形式如表2所示。

表2 簡支梁方案下部結構統計表

由上表可知，根據覆蓋層厚度變化，除局部位置采用鉆孔樁基礎外，其余均采用打入樁基礎；隨著墩高的增加，墩柱、承臺尺寸以及樁基規模均呈現增加的趨勢，增長率較大。

2.連續梁方案

60m 跨梁型除可以考慮簡支梁方案外，還可考慮連

續梁的方案，結合軌道交通溫度聯長不大于200m 可不設軌溫調節器的特點，連續梁可采用3×60m 跨的方案。如考慮單固定支座，固定墩基礎規模相對較大，可考慮雙固定支座。箱梁采用梁場預制，浮吊至橋位處架設，現場澆筑墩頂濕接頭，完成由簡支到連續體系轉換的施工工法。南北岸深水區根據不同的覆蓋層厚度，基礎可采用鉆孔樁及鋼管打入樁，承臺、墩身均采用現澆工法。

圖2 60m 跨連續梁總體布置圖

2.1 上部結構設計

為確定合理梁高，對3×60m 跨預應力混凝土連續箱梁的梁高進行比較分析。梁高依次為3.2m、3.6m、4.0m，相關計算結果見表3。

表3 60m 跨連續梁梁梁高比選表

從結構受力、經濟性及梁端轉角限值角度進行綜合比較，3x60m預應力混凝土連續箱梁的梁高推薦采用3.6m。

2.2 下部結構設計

3x60m 連續梁下部結構墩高10.0m～52.0m，在滿足結構靜力、動力計算，無縫線路梁-軌共同作用計算，墩頂位移計算的前提下，根據墩高不同，基礎結構布置有所變化。此外，根據不同位置處覆蓋層起伏變化情況，確定不同墩高下部結構橋墩尺寸，承臺尺寸及基礎規模。基礎形式如表4所示。

表4 60m 跨連續梁方案下部結構統計表

由上表可知，根據覆蓋層厚度變化，除局部位置采用鉆孔樁基礎外，其余均采用打入樁基礎；隨著墩高的增加，墩柱、承臺尺寸以及樁基規模均呈現增加的趨勢，增長率相對較大。

3.連續剛構方案

連續剛構橋方案整體抗推剛度大，相比于60m 簡支梁方案、3x60m 連續梁方案，可大大減少基礎規模，降低工程投資。箱梁采用梁場預制，現場浮吊架設的施工方法，架設完成后，澆筑墩頂濕接段，完成簡支到固結體系的轉換。南北岸深水區根據不同的覆蓋層厚度，基礎可采用鉆孔樁及鋼管打入樁，承臺、墩身均采用現澆的工法。

圖3 60m 跨連續剛構總體布置圖

3.1 上部結構設計

為確定合理梁高，對3×60m 跨連續剛構的梁高進行比較分析。梁高依次為3.2m、3.6m、4.0m，相關計算結果見表5。

表5 3x60m 連續剛構方案梁高比選表

從結構受力、經濟性及梁端轉角限值角度進行綜合比較，3x60m預應力混凝土連續剛構的梁高推薦采用3.6m。

3.2 下部結構設計

3x60m 連續剛構下部結構墩高10.0m～52.0m，在滿足結構靜力、動力計算，無縫線路梁-軌共同作用計算，墩頂位移計算的前提下，根據墩高不同，基礎結構布置有所變化。此外，根據覆蓋層起伏變化情況，確定不同墩高下部結構橋墩尺寸，承臺尺寸及基礎規模。基礎形式如表6所示。

表6 連續剛構方案下部結構統計表

由上表可知，根據覆蓋層厚度變化，除局部位置采用鉆孔樁基礎外，其余均采用打入樁基礎；隨著墩高的增加，墩柱、承臺尺寸，樁基規模均呈現增加的趨勢，增長率較小。

4.橋型方案比選

在結構靜力、動力、無縫線路梁-軌共同作用以及墩頂位移計算值滿足規范要求的前提下，簡支梁、連續梁、連續剛構三個方案的梁部規模差距不大，基礎規模差距較大，具體如圖4所示。

圖4 橋型方案投資比選圖

由上圖可知，隨著墩高的增加，三個方案投資規模均呈增長的趨勢；墩高H ≤20m 時，三個方案的投資規模相差較小，連續剛構方案投資規模最少；墩高20m＜H ≤40 時，連續剛構方案投資規模最少，增長率最小；H ＞40m 時，簡支梁方案、連續梁方案相比于連續剛構方案投資規模大大增加，經濟性較差。

結語：

復雜海洋環境下，由于受主橋位置通航孔凈空要求的影響，引橋橋墩墩高差異較大，在高墩區，相比于簡支梁、連續梁方案，連續剛構方案能更好地滿足行車對剛度的要求，減少支座等需維護更換產品數量，具有良好的經濟性和結構性能。