蜻蛉河特大橋橋式方案比選

何海濱

（中國中鐵二院 昆明勘察設計研究院有限責任公司，云南 昆明 650200）

0 概述

某客貨共線鐵路穿越峽谷地形，線路較高；本文在已選定的橋位處進行橋式方案的比選，綜合分析，采用連續(xù)剛構橋較為合適，本例比較了主跨128、144、168三種跨度方案，從而確定主跨144m方案為最優(yōu)方案；由于主墩較高，最大墩高達到117m，綜合國內外工程實例，本橋采用墩矩空心單墩。

橋區(qū)屬低中山侵蝕構造地貌，絕對高程1103～1400m，相對高差297m，地形起伏較大，蜻蛉河河谷呈“V”型谷，橋區(qū)地層為：上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）粉質黏土、卵石土，第四系全新統(tǒng)破殘積層（Q4dl+el）粉質黏土，第四系更新統(tǒng)（QP）粉質黏土、卵石土；下伏白堊系趙家店組（K2j3）粉砂質泥巖、鈣質泥巖。

1 蜻蛉河橋式方案綜述

結合地形、地質情況，本橋位主要橋型選擇為連續(xù)剛構。主要原因為：

①由于本橋主跨100～200，較有競爭力的橋型主要是連續(xù)梁與連續(xù)剛構，本橋墩高大于100米，連續(xù)梁縱橫向位移難以滿足規(guī)范。

②墩梁固結的特點省去了大跨連續(xù)梁的支座，無需進行巨型支座的設計、制造、養(yǎng)護和更換，節(jié)省昂貴的支座費用。

③抗震性能好，水平地震力可均攤給各個墩來承受。

④墩梁固結便于采用懸臂施工方法，省去了連續(xù)梁施工在體系轉換進采用的臨時固結措施。

本例比較了主跨128、144、168三種跨度方案，比較如表1所示。

1.1 方案概述

1）144m主跨方案

主跨為 （84+144+84）m預應力混凝土連續(xù)剛構橋，梁體全長313.8m，中跨中部和邊跨端部梁高為6.0m；中支點處梁高為11.0m，墩高分別為77m、117m、108m、64.5m。主跨布置如圖1所示。

表1 晴蛉河橋式方案比較表

圖1 （84+144+84）m連續(xù)剛構布置圖

2）128m主跨方案

主跨為（68+128+128+68）m預應力混凝土連續(xù)剛構橋，梁體全長393.6m，中跨中部和邊跨端部梁高為4.8m；中支點處梁高為9.2m，墩高分別為 67.5m、75m、118m、88m、58m。主跨布置如圖2所示。

3）168m主跨方案

主跨為（88+168+88）m 預應力混凝土連續(xù)剛構橋，梁體全長346.2m，中跨中部和邊跨端部梁高為6m；中支點處梁高為12m，墩高分別為73m、112m、106m、61m。主跨布置如圖3所示。

1.2 方案比選及推薦意見

1）從基礎設計分析

主跨128m方案最高墩距晴蛉河較近，易受河流沖刷影響。且該方案第4號墩基礎位于岸坡較徒處，開挖量較大。

圖2 （68+128+128+68）m連續(xù)剛構布置圖

圖3 （88+168+88）m連續(xù)剛構布置圖

主跨168m方案基礎條件與推薦方案相當。

2）從主跨長度及投資分析

主跨128m方案梁體全長393.6m，主跨144m方案梁體全長313.8m，長了79.8m；雖少一個大于100米高墩，但多一個主墩。且增加一組掛藍。

主跨168m方案梁體全長346.2m，主跨144m方案梁體全長313.8m，長了 32.4m;而四個橋墩高度分別只矮了 4m、5m、2m、3.5m;上部結構增加投資較多而下部結構減少投資較少。

綜上所述，主跨144m方案梁體全長較短，投資較省，施工較方便工故初步設計采用主跨144m方案。

2 蜻蛉河特大橋主墩結構設計

2.1 主墩墩型選擇

由于線路較高，且受峽谷兩岸陡壁穩(wěn)定性的控制，連續(xù)剛構兩主墩墩身高度分別為117m和108m，墩與梁的相對剛度決定兩者的彎矩分配，且梁體的收縮、徐變及溫度應力也與剛構墩柱抗推剛度直接相關，既要滿足全橋的縱向剛度，又要盡可能地改善梁體內力分布，因此，選擇合適的墩柱縱向剛度是連續(xù)剛構設計的一個重要內容。

在確定主墩柱形式時，曾考慮采用雙壁墩，但由于墩柱較高，其縱向剛度較小，在縱向水平力作用下，縱向位移將增大。若加大墩柱尺寸將使圬工增大，且百米高的雙壁墩施工的線形控制也較難。經(jīng)計算分析發(fā)現(xiàn)：象本橋這樣高的橋墩，為達到規(guī)范限制的縱向位移，雙壁墩柱截面尺寸較大，橋墩外形欠佳，基礎也難做。參照國外橋梁相關資料，本橋采用單墩方案與雙壁墩方案相比，優(yōu)點在于：

①墩頂偏心矩遠小于雙壁墩，改善了墩身控制截面的受力條件，避免了墩頂密集的鋼筋；

②提高了橋墩的縱向剛度，增加了懸臂灌注施工時的安全度；③節(jié)約工程量；

④單墩施工模板用量小，無需臨時支撐，施工簡便；

⑤單墩矩形空心截面抗扭能力強，有利于抵抗風力，確保懸臂施工，尤其是最大懸臂時的施工安全。

本橋單墩不利之處在于墩底彎矩較大，對基礎地質要求較高，綜合以上因素，決定采用單墩，即矩形空心墩。

2.2 主墩設計

控制墩身設計的要素除結構本身的強度、穩(wěn)定性需要外，橫向剛度控制值的選取，在一定程度上決定了墩身設計的經(jīng)濟性，根據(jù)鐵道部有有關文件規(guī)定：本橋橫向剛度用橫向自振周期控制，橫向自振周期 T≤0.011L（s），L 為一聯(lián)長，以 m 計，且 T≤1.7s，本橋橫向自振周期為1.533s，滿足這一要求。橫向自振振型如圖5所示。橫向剛度用什么指標控制，國內尚無統(tǒng)一標準，已建成的橋梁控制指標也各不相同。橫向剛度問題的實質是車橋共同作用的動力問題，它與結構尺寸、約束條件、質量分布、行車條件等多種因素密切相關。保證橫向剛度指標的目的是保證行車平穩(wěn)、舒適，僅僅依靠線下結構來解決橫向剛度問題，可能是不經(jīng)濟的；能否在行車條件方面有所突破，可能是合理選擇橫向剛度控制指標，促使墩身設計更經(jīng)濟的一個思路。

圖4 第二階振型（主墩墩間梁部橫彎）（周期1.533s，頻率0.652Hz）

3 結語

結合地形、地質情況，本橋位主要橋型選擇為連續(xù)剛構橋，本文比較了主跨128、144、168三種跨度方案，其中主跨144m方案梁體全長較短，投資較省，施工較方便工故初步設計采用主跨144m方案。本橋采用單墩方案相比與其他墩型方案具有縱向剛度較大、節(jié)約工程量等諸多優(yōu)點，本橋主墩決定采用矩形空心墩?？刂贫丈碓O計的要素除結構本身的強度、穩(wěn)定性需要外，橫向剛度控制值的選取，在一定程度上決定了墩身設計的經(jīng)濟性，本橋橫向自振周期為1.533s，小于據(jù)鐵道部有有關文件規(guī)定，滿足設計要求。

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