航道橋結構型式的綜合比選

姜天華，龔 杰，楊 壯

（武漢科技大學城市建設學院，武漢 430065）

1 工程概況

長江上某公鐵兩用大橋正橋全長4 657.1m，北岸公路橋、鐵路橋分建。南汊主橋為98m＋196m＋504m＋196m＋98m雙塔三索面公鐵兩用斜拉橋，上層為6車道公路，不同區段分別采用砼結合板和正交異性板，瀝青橋面；下層為4線鐵路，道碴橋面。主塔為鉆石型，塔墩基礎采用直徑3.4m鉆孔灌注樁基礎；主桁為鋼桁梁，桁高14.5m，節間長度14m。斜拉索采用?7mm平行鍍鋅高強鋼絲，雙層PE，表面PE設有螺旋線或壓花。跨北汊河道采用54.2＋2×80＋54.2m四跨連續結構型式橋梁，公路、鐵路橋分建；其余橋跨均為40.7m跨混凝土箱梁。為了更好地滿足特殊荷載作用下上下部結構受力和下部結構抗推剛度的要求，在設計過程中有必要對北汊航道橋結構型式進行綜合比選，使得上下部結構得到了最大程度的優化。

2 上部結構綜合比選

2.1 鐵路橋上部結構比選

根據北汊河道通航要求、跨越大堤墩位需要及結構布置合理性，設計了2孔80m跨度的通航孔和54.2m跨度的邊孔，因此北汊航道橋橋跨布置為54.2＋2×80＋54.2m。

為了滿足鐵路特別是客運專線的要求，通過比較上部結構型式以連續梁或連續剛構最為合理［1］。因此，有必要對這兩種橋型進行比選。

首先按54.2＋2×80＋54.2m四跨一聯的連續剛構方案進行設計。因該區段墩身較低，加之對鐵路橋固定墩縱向水平抗推剛度要求較高，橋墩厚度分別采用2.5m與4m尺寸進行計算比較。若采用厚度2.5m的板式墩身，主梁及墩身雖能滿足強度要求，但墩身無法滿足縱向水平抗推剛度的要求。按4m厚度的板式墩身進行設計，若墩身不剖縫，結構不能成立，若兩邊固定墩采用剖縫處理，方案雖能成立，但邊固定墩無法滿足縱向水平抗推剛度的要求。顯然連續剛構方案難以滿足在特定條件下的設計要求，采用54.2＋2×80＋54.2m四跨一聯的預應力混凝土連續梁方案更合理。

鐵路橋橋面寬度按正線雙線設置，客運專線與Ⅰ級鐵路線分別獨立成橋［2］。其中客運專線橋橋面總寬為12.8m，Ⅰ級鐵路線橋面寬度11.5m，梁的全斷面型式為直腹板式單箱單室截面，箱寬底部為6.0m，在梁端部加寬至8.0m，梁高由跨中3.5m到根部6m。跨中范圍有10m直線段，曲線段梁下弦按圓曲線設置。

梁體采用C50號混凝土，三向預應力，縱向采用19?j15.24高強度低松弛鋼絞線，橫向采用3?j15.24扁形錨具。鋼絞線標準強度RbY＝1 860MPa。豎向采用直徑32mm精軋螺紋粗鋼筋。

梁體采用掛籃對稱懸臂現澆，兩箱單獨施工［3］，掛籃澆注最長節段為4m。兩邊跨各13.15m直線段采用墩旁施工膺架上現澆，與懸臂施工梁端之間設2m合攏段，合攏順序按先邊跨、后中跨合攏施工。梁部施工過程中需采用臨時支座，合攏后需進行體系轉換。

2.2 公路橋上部結構比選

公路橋布置保持與鐵路橋一致，采用相同的結構體系，以便全橋協調，因此亦采用同等布置的連續梁結構型式。

公路橋按汽車六車道設計，不設人行道，行車道全寬24.5m，行車道中間設0.5m寬雙黃線，兩側各設0.75m寬檢修道，橋面全寬27.0m。梁的全斷面形式為兩幅分離的直腹式單箱單室箱梁，按橋梁中心線左右對稱布置，兩箱上翼緣間隙為2cm。路面橫坡采用結構找坡形式，即箱梁按2%坡度斜置。各箱頂寬為13.49m，底板寬度為7m，為了與鄰跨40.7m梁高協調一致，端部梁高2.4m，根部梁高4.6m，跨中范圍設10m直線段，曲線段梁下弦按圓曲線設置。梁體采用C50號砼，三向預應力，縱向采用19－7?5OVM錨固體系，橫向采用OVM15B－3扁形錨具，7?5鋼絞線，標準強度Ry＝1 860MPa，錨下控制應力σk＝1 394MPa，豎向采用Ⅳ級?25軋絲錨體系，采用冷拉Ⅳ級鋼筋（50SizMnV），鋼筋抗拉設計強度為Ry＝750MPa，E＝200 000MPa，錨下控制應力為σk＝637.5MPa。

公路橋梁體施工與鐵路橋梁體施工方法一樣。但兩箱單獨施工時，為減少兩箱之間的撓度差，兩箱之間應盡量同步，相同節段的時間差應控制在20d之內或兩箱之間掛籃移動前后差兩節段。

3 下部結構比選

3.1 鐵路橋下部結構比選

為滿足鐵路橋下部結構縱向抗推剛度的要求，對斜向鋼管樁基礎、鉆孔樁基礎和沉井基礎三種基礎形式進行了比較［4］。由于該區段沖刷較深，若采用沉井基礎，沉井需下沉至局部沖刷線以下30余米方能滿足設計要求，在施工條件下將下沉50m左右。需穿過疏松砂巖、砂巖等較硬土層，下沉非常困難，不僅工程數量大，且難以實施。為滿足縱向抗推剛度要求，采用斜向大直徑鋼管樁基礎是最有效的方案，但大直徑鋼管樁基礎在內河施工缺乏大型水上打樁船設備，因此以大直徑鉆孔樁基礎最具可實施性。T064號墩為中間制動墩，T063、T065號為活動墩。客運專線與Ⅰ級鐵路線共基礎，而墩身分離。基礎采用12?2.5m鉆孔樁，行列式布置，樁長72～80m，摩檫樁。承臺23.10×16.80×5.0m，吊箱圍堰施工，墩身為空心矩形截面，7.8×4.5m，壁厚1.0m。

T062及066號墩為連續梁邊墩，亦為40.7m梁交接墩，其中T066號墩置于漢口邊灘地。兩墩均采用12?2.5m鉆孔樁，行列式布置，樁長60～65m，承臺與T063～T065號墩相同。同樣采用共基礎、墩身分離形式。墩身為空心矩形截面，7.10×4.50m，壁厚1.0m。第062號橋墩承臺采用吊箱圍堰施工。

3.2 公路橋下部結構比選

因公路橋與鐵路橋中心相距僅40m，工程地質條件基本相同，由前述比較可知，連續梁固定墩不宜采用沉井基礎，又因公路橋連續梁固定墩對墩身縱向水平剛度無特殊要求，因此，適宜采用鉆孔樁基礎形式。為與上部結構采用的兩幅分離的箱梁相對應，基礎也分左右兩幅分開布置，左右兩幅基礎完全相同。

經計算比較，連續梁固定墩G064號及中墩G063、G065號每單幅橋采用4?1.8m鉆孔樁，橫橋向樁中心距為5.5m，樁長為66m，單幅橋承臺尺寸為8.6×7.6×3.5m。單幅橋墩身采用板式墩身，墩身平面尺寸為7.5×2.0m。

連續梁邊活動墩G062號墩也設計為兩幅完全相同的分離式基礎，經計算單幅橋基礎采用4?1.2m鉆孔樁，樁長為63m，單幅橋承臺尺寸為7.8×5.4×2.5m。每單幅橋采用雙柱式墩身，墩柱平面尺寸為1.7×2.0m（橫橋向×順橋向），墩柱間距為5.6m。

連續梁邊活動墩G066號墩因受市政院設計范圍內匝道上橋的要求，梁部結構上游側需加寬3.75m；為與梁部結構相適應，左右兩幅橋基礎按不同要求設計，靠上游側的基礎采用4?1.2m鉆孔樁，樁的橫向中心距與墩柱的中心距相同而采用9.25m，樁長為65m，承臺尺寸為11.75×5.4×2m，墩身采用雙柱式墩身，墩柱的平面尺寸為1.7×2.0m，墩柱頂端采用系梁相連，墩柱的間距為9.25m，靠下游側的單幅基礎與G062號墩單幅橋的基礎完全相同。

4 結 語

北汊航道橋包括公路橋和鐵路橋兩種橋梁形式，是整個工程的一個重要組成部分。通過對公路橋和鐵路橋上、下部結構型式的綜合比選，最后確定上部結構采用四跨一聯的連續梁結構型式，下部結構采用左右兩幅分離式鉆孔灌注樁基礎，既滿足了特殊荷載作用下上下部結構受力的要求，又保證了下部結構抗推剛度的要求，使得上下部結構得到了完美地結合和優化，這也充分說明了對大跨度橋梁結構型式進行綜合比選是非常必要的，值得廣大設計人員學習和借鑒。

［1］ 范立礎.橋梁工程（橋梁工程專業用）［M］.北京：人民交通出版社，1985.

［2］ 周遠棣，徐君蘭.鋼橋［M］.北京：人民交通出版社，1991.

［3］ 邵旭東.橋梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］ 李富文，伏馗先.鋼橋［M］.北京：中國鐵道出版社，1992.