渝昆高鐵洛澤河特大橋橋式探討

岳 強(qiáng), 丁嘉杰

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

1 工程概況

渝昆高速鐵路于重慶市、四川省、貴州省和云南省境內(nèi)，線路設(shè)計(jì)時(shí)速350 km/h。本橋位于彝良境內(nèi)，筠連至昭通段位于盆地邊緣向云貴高原過渡段，地勢起伏劇烈，尤其是彝良境內(nèi)洛澤河至昭通段在航空距離40 km范圍內(nèi)，地面高程從820 m急劇爬升至1 940 m，高差1 120 m，平均縱坡28‰，內(nèi)昆鐵路龍?zhí)度龑诱咕€即位于此，民間素有“摔死山羊、彎死蛇”之稱。

鐵路在云南省昭通市彝良縣境內(nèi)跨越洛澤河(圖1)。在線路穿越的區(qū)域，地形多為深切的“V”形峽谷，線路抬升段，兩段地勢起伏大，地質(zhì)復(fù)雜，從技術(shù)分析及地形適應(yīng)協(xié)調(diào)性看，連續(xù)剛構(gòu)方案是經(jīng)濟(jì)適用、方法可靠的選擇。

圖1 洛澤河特大橋橋址地貌

橋址區(qū)屬于云貴高原陡傾斜坡地帶剝蝕下切作用形成的中山-河谷地貌，地形起伏大，坡體陡峻，懸崖、峭壁等大量發(fā)育，區(qū)域內(nèi)地面高程855～1 713 m，最大相對高差858 m，自然坡度主要分布于15°～50°之間，在河床岸坡區(qū)域坡度較大，局部岸坡呈近直立狀。大橋跨越洛澤河區(qū)，河谷橫斷面呈典型“V”字型，河床寬度45～50 m之間。橋基兩岸重慶端岸坡為一山梁端部，縱向坡體陡峭，坡度變化不大，平均坡度40°左右，橫向在巖性、構(gòu)造等作用控制下略呈起伏形態(tài)，路線跨越處坡體呈洼槽狀，坡面灌木植被大量發(fā)育。昆明端岸坡縱向上為下陡上緩形態(tài)，陡坡區(qū)最大坡度達(dá)50°，縣道內(nèi)側(cè)塹坡多呈直立狀，緩坡區(qū)平均坡度約30°，坡面多被殘坡積層覆蓋，橫向上受匯水沖蝕呈溝槽、山梁相間形態(tài)，起伏度較大，路線分布于一溝槽向山梁的過渡坡面，灌木植被大量發(fā)育。

洛澤河： 屬長江流域金沙江水系橫江支流，為橫江一級支流關(guān)河右岸支流上游河段。主河道全長166 km，主河道總落差1 509 m。

該段為覆蓋型巖溶，灰?guī)r巖溶中等—強(qiáng)烈發(fā)育，影響橋基設(shè)置。

橋位處公路以隧道下穿通過，大里程程側(cè)交通方便，小里程端公路較遠(yuǎn)需要便道連通。極端最高氣溫40.5 ℃，極端最低氣溫-3.7 ℃，年平均風(fēng)速1.0～3.4 m/s，最大風(fēng)速18.2 m/s；場地地震峰值加速度為0.15g，動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，場地類別為Ⅱ類[1]。

2 橋式方案比選

本節(jié)對梁橋、斜拉橋、懸索橋和拱橋這4大橋型，在本橋位的適應(yīng)性進(jìn)行研究，橋型方案比選詳如表1所示。線路標(biāo)高降低25 m后本橋橋高200 m，梁橋跨越能力有限，采用梁橋必定伴隨著超高橋墩，而且需要采用多跨結(jié)構(gòu)，聯(lián)長較長，可以在常規(guī)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)和矮塔斜拉橋之間進(jìn)行選擇。

2.1 橋式設(shè)計(jì)比較

懸索橋跨度一般適用在600 m以上，且橋梁剛度相對較弱，與本橋運(yùn)行高速列車、剛度要求高的使用條件顯然不符，不適合采用。

對于斜拉橋，與梁橋相比，首先山區(qū)地形同樣無法避免高墩，再加上橋塔和斜拉索，明顯不具備經(jīng)濟(jì)性，而且斜拉橋結(jié)構(gòu)重心較高，抗震性能差，斜拉索也需要考慮后期更換，存在一定的養(yǎng)護(hù)維修工作量，因此斜拉橋不具有優(yōu)勢。

拱橋方案中，采用上承式鋼筋混凝土拱橋，跨度為320 m，與地形環(huán)境協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)剛度大，對高速列車行駛有利。但拱圈施工難度較大，大臨措施多，施工工期較長，且大里程拱座位置縱橫坡陡峭，拱座開挖防護(hù)工程量巨大，工程造價(jià)高，經(jīng)濟(jì)型不占優(yōu)，因此不推薦拱橋方案。

梁橋方案中，采用2×32 m簡支梁+(96+180+96) m剛構(gòu)+2×32 m簡支梁方案，引橋簡支梁橋墩位于高陡邊坡上，且兩端連接隧道架梁不便，需采用現(xiàn)澆簡支梁。若采用支架現(xiàn)澆，支架高度達(dá)60 m，故不推薦。而采用(52+114+180+114+52)m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系，與地形環(huán)境協(xié)調(diào)，全橋連續(xù)體系結(jié)構(gòu)剛度大，梁端轉(zhuǎn)角易于滿足高速行車要求，施工方法成熟、場地需求小，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)型好，因此推薦(52+114+180+114+52)m剛構(gòu)-連續(xù)梁方案(表1、圖2、圖3)。

圖2 大橋橋址平面

圖3 大橋總布置

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)、連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)

目前高速鐵路350 km/h標(biāo)準(zhǔn)已建成的最大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)?68 m，如武廣客專(94+168+94) m流溪河特大橋主橋，廣深港客專(112+168+168+104) m沙灣水道特大橋主橋，滬昆高鐵(88+168+88) m克地壩陵河大橋、岔河特大橋等，且最大墩高都在100 m以內(nèi)。本橋研究了主跨180 m剛構(gòu)-連續(xù)梁橋式方案，最大墩高150 m(圖4)。

圖4 預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)

2.3 橋型布置

橋梁主橋采用(52+114+180+114+52) m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)梁組合結(jié)構(gòu)體系。橋梁長度為528.9 m，橋梁橋址平面布置、立面布置見圖3、圖4。

2.4 主梁構(gòu)造

主梁采用單箱單室截面，截面頂寬12.6 m，底寬9.2 m，寬跨比為1/19.6，材料采用C55混凝土。箱梁2#、3#主墩墩頂梁高12.7 m，高跨比為1/14.2，墩梁固結(jié)；1#、4#次主墩墩頂梁高8 m，墩頂設(shè)縱向活動(dòng)支座；梁端及跨中直線段梁高6.4 m，高跨比為1/28.1。各跨梁高變化采用二次拋物線過渡。頂板厚68 cm，主墩側(cè)的腹板變化范圍：60～120 cm；底板變化范圍52～120 cm。次主墩側(cè)的腹板變化范圍：60～100 cm；底板變化范圍52～100 cm。

2.5 墩臺及基礎(chǔ)

2#、3#剛構(gòu)主墩采用梯式剛架墩，材料采用C40混凝土，墩高分別為128 m、150 m。主墩縱向?yàn)閱沃?，柱身縱向?qū)?0 m。橫向?yàn)榱骶€型雙柱墩，墩頂50 m范圍內(nèi)為直坡，柱身寬度4.3 m，柱中心距8.7 m，墩頂50 m至墩底范圍采用圓曲線放坡過渡，3#墩柱身寬度在H=50～150 m范圍由4.3 m漸變至墩底9.8 m，3#墩底橫向雙柱中心距為28.2 m，墩底橫向外寬38 m；2#墩柱身寬度在H=50～150 m范圍由4.3 m漸變至墩底7.608 m，2#墩底橫向雙柱中心距為20.508 m，墩底橫向外寬28.116 m。橫向柱身之間采用矩形空心截面的橫撐連接，以增加橋墩剛度，2#和3#主墩橫撐的豎向間距為25 m。1#、4#次主墩采用矩形空心墩，墩高均為44 m。

全橋基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，2#主墩基礎(chǔ)采用28根直徑2.5 m鉆孔灌注樁，3#主墩基礎(chǔ)采用32根直徑2.5 m鉆孔灌注樁，1#、4#主墩基礎(chǔ)采用15根直徑1.5 m鉆孔灌注樁，0#、5#橋臺基礎(chǔ)采用9根直徑1.25 m鉆孔灌注樁(圖5)。

圖5 3號主墩基礎(chǔ)布置(單位:cm)

2.6 施工方法

基礎(chǔ)采用常規(guī)鉆孔樁施工工藝，剛構(gòu)主墩采用滑模法施工，梁部采用掛籃懸臂澆筑施工，1#～4#墩4個(gè)T構(gòu)同步施工，先合龍主跨，完成“TT”向“Π”的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，再合龍次主跨，拆除1號、4號墩上臨時(shí)支座，安裝1號、4號墩上永久支座，再次完成結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，接著利用掛籃依次澆筑邊跨3個(gè)不平衡段，然后利用邊跨支架澆筑邊跨現(xiàn)澆段及合龍段。最后完成橋面附屬工程施工。

3 結(jié)束語

洛澤河特大橋于目前已開展施工圖設(shè)計(jì)，主跨180 m連續(xù)梁剛構(gòu)橋梁是目前最大跨度高速鐵路梁橋，目前未有墩高超過150 m大跨橋在高速鐵路梁橋，本文中的橋型方案研究對山區(qū)超大跨度鐵路梁橋設(shè)計(jì)和選型有借鑒意義。