董高潮

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

近年來，我國鐵路網(wǎng)正逐漸完善，新建鐵路干線的修建過程中跨越既有線路的現(xiàn)象普遍存在，跨線橋尤其是跨越車流密度大的繁忙鐵路干線的橋梁，逐漸受到關(guān)注和重視?？缇€橋的設(shè)計(jì)具有特殊性和復(fù)雜性，不僅要滿足橋梁凈空的限制要求，還要保證既有線路的安全和正常運(yùn)營，其橋跨布置、結(jié)構(gòu)形式和施工方法均受到一定限制，設(shè)計(jì)施工難度較大。

無梁板橋因具有上部結(jié)構(gòu)高度低、橋梁剛度大、造型優(yōu)美、結(jié)構(gòu)靈活、施工方便、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，能適用于彎、斜、坡等地形，較其他橋型而言，是適宜用于跨越既有線路和河流路網(wǎng)的理想橋型，在國內(nèi)外高速鐵路、公路立交的建設(shè)中都已得到應(yīng)用［1-4］。但傳統(tǒng)無梁板橋一般用樁柱式下部構(gòu)造直接支承上部的連續(xù)板式構(gòu)造，僅適應(yīng)于小跨度橋梁，若用于多跨連續(xù)板時(shí)，墩身將發(fā)生較大位移，不適合在中長跨度橋中使用［2］。本文對(duì)武康上行客車線跨京廣線特大橋中一聯(lián)多跨無梁板連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)、計(jì)算與施工進(jìn)行了詳細(xì)的介紹說明，其經(jīng)驗(yàn)及創(chuàng)新之處可供同類橋梁參考。

1 工程概況

武康上行客車線跨京廣線特大橋是漢丹線增建二線引入武漢樞紐工程的重要組成部分，橋梁全長1 979.7 m。其中第24號(hào)墩至第30號(hào)墩位于漢口站西咽喉4 km處，選用無梁板連續(xù)剛構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，跨徑布置為(14.26+22.03+22.08+17.66+17.52+19.29)m，與既有武康線和既有京廣線相交，跨越五條既有電氣化鐵路線路——武康上行貨車線、武康下行貨車線、京廣上行客車線、京廣上行貨車線、京廣下行貨車線，與既有鐵路最小交角為23°10'，線路布置見圖1。

圖1 橋梁平、立面布置(單位:cm)

該橋平面位于圓曲線上，橋下既有線運(yùn)輸繁忙，行車密度大，最大行車速度達(dá)140 km/h，梁頂設(shè)計(jì)高程距軌頂距離較小，且施工時(shí)既有線運(yùn)營不能中斷，因此設(shè)計(jì)施工困難重重。由于跨越多條既有線路，為滿足各既有線的行車凈空要求和結(jié)構(gòu)凈空限制，經(jīng)方案比選后選用梁高較低的無梁板連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行跨越。該橋右線位于R=500 m的圓曲線上，結(jié)構(gòu)中心線位于R=497.405 m的圓曲線上，梁底距離軌道頂?shù)淖畹透叨葍H為8.6 m。

表1 梁體主要設(shè)計(jì)參數(shù)與工程量比較

2 主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路等級(jí):雙線Ⅰ級(jí)鐵路

設(shè)計(jì)速度:80 km/h。

線路情況:有砟橋面，雙線，線間距5.21 m，右線位于R=500 m的圓曲線上。縱坡較大，沿小里程方向縱坡G=12‰，沿大里程方向?yàn)椋?.6‰。

一期恒載:梁體自重，γ=26 kN/m。

二期恒載:包括鋼軌、道砟、軌枕、防水層、保護(hù)層、墊層、人行道、欄桿等附屬設(shè)施重，折合成線荷載按123 kN/m計(jì)算。

收縮徐變:按老化理論計(jì)算混凝土的收縮徐變，按野外一般條件計(jì)算，相對(duì)濕度取80%。

活載:列車活載采用中-活載，考慮列車沖擊力［5-6］;人群活載為4 kN/m2，不與列車荷載同時(shí)組合。設(shè)計(jì)時(shí)采用全橋影響線加載進(jìn)行計(jì)算。見圖2。

圖2 中—活載圖式(標(biāo)準(zhǔn)活載與特種活載)(單位:m)

橫向搖擺力作為主力，按100 kN計(jì)算。

溫度荷載:體系溫度根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件整體升降溫按20℃計(jì)算;橫向溫度按日照和寒潮2種模式計(jì)算［5-6］，如圖3 所示。

圖3 橫向溫度計(jì)算模式

荷載組合:(1)主力組合:自重+二期恒載+預(yù)應(yīng)力+收縮徐變+活載+搖擺力;(2)主力+附加力組合:主力組合+溫度力+離心力+制動(dòng)力+風(fēng)力。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 建筑材料

梁體采用C50高性能混凝土，擋砟墻及人行道步板采用C40鋼筋混凝土。縱向預(yù)應(yīng)力筋采用公稱直徑為15.20 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，錨固體系采用OVM體系，管道形成采用金屬波紋管，普通鋼筋采用HRB335鋼筋和HPB235，支座選用LQZ球形鋼支座。

3.2 上部結(jié)構(gòu)

本橋?yàn)殡p線有砟連續(xù)板橋，橋梁全長112.84 m(含兩側(cè)梁端至邊支座中心各0.5 m)。由于跨越多條既有鐵路干線，為滿足各線路的行車凈空要求，經(jīng)多次設(shè)計(jì)修改和比較優(yōu)化后，選用梁體高度較小且整體受力性能較好的新型無梁板連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)靈活且便于施工，可以最大限度地減少對(duì)既有鐵路的干擾和影響。

梁部結(jié)構(gòu)為支撐于若干立柱上的連續(xù)空心板，采用單箱多室箱形截面(圖4)，頂板寬度12.32 m，底板寬度9.0 m，一般截面梁高1.6 m，支承處局部加高至2.0 m。梁部頂板采用2%的人字坡，頂板厚0.25 m，底板厚0.27 m，腹板厚0.40 m。全橋橫梁為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，共設(shè)中橫梁5個(gè)，沿縱向厚4.0 m;端橫梁2個(gè)，沿縱向厚1.5 m。

結(jié)構(gòu)為連續(xù)梁體系，各跨跨中底板受拉頂板受壓，支承處頂板受拉底板受壓。結(jié)合平面模型的計(jì)算結(jié)果，鋼束采用公稱直徑為15.20 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，全橋共配置頂板束28束、底板束12束和腹板束12束，一般截面頂板僅布置有12根鋼束，第26號(hào)墩、28號(hào)墩因頂板負(fù)彎矩較大額外布置16根頂板短鋼束?？v向鋼束張拉時(shí)，按照腹板束→長頂板束→底板束→短頂板束的順序進(jìn)行，先長后短，依次張拉，控制應(yīng)力均為1 302 MPa;待縱向鋼束張拉完成后再對(duì)稱張拉橫梁鋼束。鋼束詳細(xì)布置見圖5。

圖4 典型截面示意(單位:cm)

圖5 跨中/支點(diǎn)截面鋼束布置示意(單位:cm)

3.3 下部基礎(chǔ)

該無梁板連續(xù)剛構(gòu)橋共有12個(gè)橋墩，其中24號(hào)、25號(hào)－1、29號(hào)－2、30號(hào)墩臨近既有線，其他8個(gè)墩在兩線之間。兩邊墩分別采用雙線實(shí)體墩，主橋墩均采用圓柱式橋墩，圓柱直徑為1.5/1.7 m;墩下承臺(tái)均選用鋼筋混凝土矩形承臺(tái)，橋梁樁基均為鉆孔摩擦樁，各墩、承臺(tái)和樁的規(guī)格詳見表2。

表2 下部基礎(chǔ)規(guī)格

3.4 支座布置

無梁板橋按墩與板的聯(lián)接方式可分為多種體系形式［2，7－8］。該橋在設(shè)計(jì)初期就支座布置進(jìn)行過 3種方案設(shè)計(jì)，分別為:連續(xù)式(墩板全部鉸接)、連續(xù)剛架式(墩板全部固結(jié))和剛架連續(xù)板組合體系(邊墩、次邊墩與板鉸接，中間三柱墩與板固結(jié))。計(jì)算表明，墩板全部鉸接時(shí)，支座數(shù)目較多，抵抗縱向水平力的能力差，墩身截面較大，影響行車凈空;墩板全部固結(jié)時(shí)，能抵抗較大的縱向水平力，但由于橋梁跨數(shù)較多，溫度引起較大的內(nèi)力很難克服;而第三種布置方式可以克服連續(xù)板和連續(xù)剛架式結(jié)構(gòu)的各自缺點(diǎn)，同時(shí)集中它們的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，動(dòng)力性能好，能抵抗較大的縱向水平力，溫度引起的內(nèi)力也很容易克服。

因此，本橋選用剛架連續(xù)板組合體系，25號(hào)、29號(hào)墩柱與梁采用活動(dòng)支座連接，26號(hào)、27號(hào)、28號(hào)墩柱與梁板剛性連接。支座布置詳見圖6。

圖6 全橋支座布置示意(單位:cm)

表3 縱向計(jì)算主要成果

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 縱向計(jì)算

由于橋梁中心線曲線半徑為497.405 m，每一孔跨跨徑均較小，對(duì)應(yīng)最大圓心角2.6°，因此在計(jì)算時(shí)需考慮本橋的曲線特征，采用空間軟件進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)完成后，對(duì)結(jié)構(gòu)的正截面抗彎強(qiáng)度、斜截面抗剪強(qiáng)度以及正截面抗裂等進(jìn)行了驗(yàn)算，結(jié)果表明各項(xiàng)強(qiáng)度安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。此外，為保證橋梁在安裝及使用階段的安全性，對(duì)其在各施工階段及使用階段的應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算表明各階段的混凝土應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，見表3。

4.2 橫向計(jì)算

箱梁橫向計(jì)算按照實(shí)際橫截面尺寸，沿橋縱向取1 m長度為計(jì)算單元，建立橫向框架模型進(jìn)行內(nèi)力分析和計(jì)算。本橋橫向按照普通鋼筋混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)，檢算了跨中截面、支點(diǎn)截面在主力組合、主力+溫度附加力兩種荷載組合下的強(qiáng)度和裂縫。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在橋面板跨中截面上下緣沿橫向配置 φ16 mm的HRB335鋼筋，在梁端及支點(diǎn)截面配置φ20 mm的鋼筋，鋼筋間距為100 mm。配置上述鋼筋后，控制截面的最大裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

5 施工方法

結(jié)合工程地質(zhì)條件，本橋在施工過程中面臨的困難主要有:跨越5條電氣化鐵路線路，既有線行車不中斷，行車干擾、鐵路配合任務(wù)量大，防電要求高;梁部及基礎(chǔ)施工任務(wù)重、難度大;跨數(shù)較多，施工場(chǎng)地受限，支架搭設(shè)困難;地質(zhì)條件差，列車振動(dòng)荷載下，樁基極易發(fā)生坍孔甚至斷樁。

為克服上述困難，施工時(shí)采取下列措施:(1)作好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，開工前對(duì)沿線通信線、電力線以及地下的通信、信號(hào)、電力電纜進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，設(shè)立安全警示牌［9-10］;(2)采用棚洞對(duì)既有線進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)棚洞采用“絕緣套管+橡膠防水板代替防電板”的措施，達(dá)到防電安全要求的同時(shí)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益;(3)支架搭設(shè)采用膺架與滿堂支架相結(jié)合的技術(shù)［11］，在既有鐵路兩側(cè)采用膺架法施工，其他部分采用滿堂支架法施工。支架頂搭設(shè)防護(hù)網(wǎng);(4)混凝土分段分層對(duì)稱進(jìn)行澆筑，預(yù)應(yīng)力采用2次張拉，以防止混凝土產(chǎn)生收縮裂縫;(5)為減輕列車振動(dòng)對(duì)鉆孔樁施工的影響，采取適當(dāng)加長鋼護(hù)筒長度和適當(dāng)增加泥漿相對(duì)密度相結(jié)合的防坍孔綜合措施;(6)采用合理的降噪措施，為工人宿舍區(qū)增設(shè)隔音措施。

6 總結(jié)與展望

鐵路跨線橋不同于一般的鐵路橋梁，其橋梁設(shè)計(jì)需要進(jìn)行專門的特殊設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)線路及地形實(shí)際進(jìn)行方案比選。無梁板結(jié)構(gòu)適宜作為線路密集、地形復(fù)雜地區(qū)跨越既有鐵路線的橋梁方案，但也并非唯一方案，連續(xù)梁橋、門式框架墩、系桿拱、斜腿剛構(gòu)等多種橋型均可適用，方案比選可使最佳方案脫穎而出。

跨線橋的逐漸增多使安全問題日益突出，結(jié)構(gòu)施工也要根據(jù)實(shí)際情況選擇最優(yōu)方案，制定詳細(xì)的施工組織計(jì)劃，進(jìn)行施工安全精細(xì)化管理，方能在保證新結(jié)構(gòu)安全順利建設(shè)的同時(shí)確保既有線正常、安全運(yùn)營。

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