新港高速公路工程跨武九鐵路橋梁總體設計

王晶

（中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200000）

1 概述

新港高速公路工程起點與漢新公路（S111）相交，終點接黃鄂高速，全長約34.7km。其中跨線橋位于線路與黃鄂高速銜接的華容互通改建范圍，為減少對黃鄂高速的改造長度及現狀交通的影響，采用在黃鄂高速兩側新建A、C 匝道方式來實現交通轉換，跨線橋平面位于直線上，其中A 匝道與鐵路交叉點位于華容咽喉區，采用（35+65）m 連續鋼箱梁，由北往南依次跨越華容站停車線、武九鐵路下行線、武九鐵路上行線。武九鐵路設計時速為200km/h，結合鐵路部門及文件相關要求，應采用“轉體法”施工，盡可能減少對鐵路運營安全的影響。

圖1 項目位置平面示意圖

1.1 設計標準

（1）道路等級及設計時速：高速公路、80km/h；

（2）設計荷載：公路-I 級，跨鐵路部分考慮1.3倍的增大系數。

（3）橋面寬度及車道數：橋寬12.75m、單向3 車道；

（4）凈空要求：橋下鐵路凈空不小于8.2m；

（5）地震烈度：6 度；

1.2 場地水文地質

擬建場地屬于長江三級階地地貌，地形稍有起伏，屬亞熱帶季風氣候過渡區，年平均氣溫17℃，無霜期268 至272 天，平均降水量1200 ～1500 毫米，年日照時數為2038 ～2083 小時。自上而下主要地層為素填土、粉質黏土、淤泥質土、圓砂、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖。

2 橋梁方案設計

2.1 橋跨選擇

本工程位于武岡城際鐵路和黃鄂高速的夾心地帶，根據實測資料，現狀黃鄂高速公路與武岡城際鐵路間凈距僅98m，建設條件受限，方案擬定時需要考慮以下四個因素，①道路不得降低技術標準，路線平面宜盡量靠近既有黃鄂高速，減少對黃鄂高速的改造長度，減低工程造價；②上跨橋梁與鐵路的交叉凈空應滿足橋梁轉體施工和成橋運營時的凈空要求；③順鐵路施工橋梁基礎和梁體時，支架或結構輪廓邊緣距離鐵路帶電體的安全距離應滿足鄰近鐵路營業性施工的安全技術要求；④橋梁施工時對黃鄂高速、武岡城際和五九鐵路運營的影響較小。綜合以上因素結合總體線位布設方案，確定跨武九鐵路橋梁采用對鐵路和高速公路運營影響較小的轉體橋梁方案。

武九鐵路北側場地較南側場地開闊，施工進場條件更為便利，故跨線橋轉體主墩設置在鐵路北側。結合涉鐵布跨原則及不影響現狀黃鄂高速交通的情況下，采用（35+65）m 橋跨形式跨越鐵路，平轉法施工，轉體段長度為（27+61）m。

2.2 結構形式選擇

方案設計過程中采用了三種不同結構形式進行了研究：①混凝土T 構方案；②鋼-混組合梁方案；③連續鋼箱梁方案。經研究①混凝土T 構方案結構尺寸較大，箱梁兩側不平衡重差大，配重較大，轉體總重量較大；②鋼-混組合梁方案鋼混結合施工難度較大，轉體施工周期較長，對既有線影響較大且投資較高；經綜合比選為減少對鐵路運營的安全的影響，盡可能降低施工難度、轉體重量，最終確定采用（35+65）m 連續鋼箱梁，平轉法施工，轉體長度（27+61）m。

3 結構設計

3.1 總體設計

該橋采用跨徑（35+65）m 連續鋼箱梁，轉體法施工，轉體長度（27+61）m。上跨鐵路橋梁平面位于R=2150m 的圓曲線段上，鋼箱梁頂寬17.96 米,設2%的單向橫坡。上跨鐵路橋面布置為1.0m（預留侵限基礎+檢修道）+0.565m（HA 級防撞墻）+1.0m（緩沖帶）+0.565m（HA級防撞墻）+11.70m（機動車道）+0.565m（HA級防撞墻）+1.0m（緩沖帶）+0.565m（HA 級防撞墻）+1.0m（異物侵限基礎+檢修道）=17.96m。

圖2 橋型立面圖

3.2 主梁設計

鋼箱梁全長100m，平面位于R=2150m 的圓曲線上，鋼箱梁頂寬17.96m，設置2%單向橫坡，鋼箱梁中支點處梁高6 米，小跨端支點梁高4m，大跨端支點梁高2.5m。采用單箱雙室閉合截面。梁體沿橫橋向分三段，中段寬10.2 米，兩邊各挑臂3.88m。

鋼箱梁為等截面箱式結構，采用正交異性板，頂板、底板位于支點處厚24mm，其余位置均厚16mm，腹板厚16mm，頂板U 形加勁肋厚8mm；閉口肋頂寬300mm,高280mm， 底寬170mm,閉口肋的間距為 600mm，底板U 形加勁肋厚6mm，閉口肋頂寬400mm，高220mm,底寬250mm，閉口肋的基本間距為 600mm，中支座支承位置處的橫梁厚為46mm，小跨端支點橫梁厚度為32mm、大跨端支點橫梁厚度為28mm，其余橫隔板板厚為20、16mm。

3.3 墩梁臨時鎖定

為保證在轉體過程中橋梁的穩定與平衡，控制橋梁的變形，施工期間墩頂設置六組Ⅰ63 型工字鋼組件與主梁底板進行焊接，鋼組件下部設置錨筋提前預埋在墩身頂面，將主梁與橋墩間進行臨時鎖定，保證施工期間墩梁的固結。

圖3 補充臨時鎖定示意圖

3.4 轉體系統

橋梁轉體重量約6200t（含配重約1800t），轉體半徑61m，受周邊地形及周邊構筑物的影響，轉體方向為逆時針，轉體角度73°。采用平轉法跨越鐵路。轉體系統采用以球鉸中心支撐為主，滑道支撐為輔的方式，轉體系統由轉盤、球鉸、撐腳、環形滑道、牽引系統及助推系統組成。

球鉸球體半徑為8m，平面半徑為，牽引盤下方設置6 組撐腳，每組撐腳采用2 個Φ800x24mm 鋼管，管內灌注C55 微膨脹混凝土。牽引系統由預埋在下轉盤上的2 個反力座和上轉盤內預埋的2 束12-7Φ5mm 鋼絞線組成。此外上、下轉盤內設置19-7Φ5mm 鋼絞線改善轉盤受力狀態。

3.5 轉體配重

本工程轉體梁兩側極不對稱，為減少配重，27m 梁側采用增加梁高加強短懸臂側自重，為確保轉體平衡及確保成橋階段支座處于受壓狀態，經初步計算在箱式底板鋪設鋼砂，箱梁頂板鋪設預制混凝土塊進行壓重，鋼砂作為永久配重，其中橋面27m 范圍內臨時配重約1300t，箱內永久壓重約500t，后澆段永久壓重不少于30t，兩側不平衡配重約為1800t。

圖4 配重示意圖

3.6 下構及基礎

下部結構主橋主墩采用鋼筋混凝土板墩，墩身順橋向厚4.0m，橫橋向寬度10m。墩底接轉體承臺。

轉體承臺分為上承臺和下承臺，中間安裝球鉸及轉動系統。上承臺厚2.5m，順橋向寬12m，其中轉體施工寬度為10m，兩側各設置1m 后澆段；橫橋向寬11m，封鉸段兩側各加寬0.5m。球鉸及轉盤總安裝高度為2.2m，球鉸轉盤直徑9.0m。下承臺厚4.5m，縱橫向尺寸均為13.2m，在橫橋向兩側各凸出一部分作為千斤頂反力座基礎，尺寸采用2.5x3x2m（長x 寬x 厚）。上下承臺均采用預應力混凝土構件。每個主墩轉體承臺下設置3×3=9 根直徑2.0m 鉆孔灌注樁，樁間距5.0m。

4 結語

該橋在設計過程中結合地形及周邊環境，在有限工程建設條件內，在保證鐵路及現狀高速運營安全的前提條件下提出極不平衡轉體方案，盡量減少對鐵路及高速鐵路運營的影響，降低施工難度及風險，節約了工程投資。為類似項目提供一定的參考價值，目前該方案施工圖已通過審查。