徐宿淮鹽鐵路鹽城特大橋主橋橋式方案研究

高 磊

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司， 北京 102600)

徐宿淮鹽鐵路鹽城特大橋主橋橋式方案研究

高 磊

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司， 北京 102600)

鹽城特大橋上跨新洋港主橋為新建徐宿淮鹽鐵路重點控制工程。文章介紹了鹽城特大橋上跨新洋港主橋的方案構(gòu)思及設(shè)計研究，提出了3種工程技術(shù)方面可行的橋式方案，即鋼桁斜拉橋、鋼桁拱橋、拱加勁鋼桁連續(xù)梁方案。結(jié)合橋址建設(shè)條件，考慮通航凈空和凈高限制，綜合河段上、下游景觀協(xié)調(diào)，在滿足結(jié)構(gòu)受力及列車運營對剛度要求的前提下，以降低工程造價、便于施工、減少建橋?qū)拥赖挠绊憺樵瓌t，從結(jié)構(gòu)體系、施工方法、工程投資、動力特性、景觀效果等方面對3種橋式方案進行了比選分析，最終選定(72+96+312+96+72)m鋼桁斜拉橋方案為推薦方案。

鹽城特大橋； 橋式方案研究； 鋼桁斜拉橋； 鋼桁拱橋； 拱加勁鋼桁連續(xù)梁

1 工程概述

徐宿淮鹽鐵路位于江蘇省北部地區(qū)，連接徐州、宿遷、淮安、鹽城四地市，沿線地區(qū)是江蘇省重要的工業(yè)、經(jīng)濟、文化、城市等發(fā)展水平較高的經(jīng)濟走廊。

橋位處河道順直，河槽寬闊。在鹽城市區(qū)境內(nèi)呈東西走向，通榆運河呈南北走向，貫通方案線位正處于新洋港與通榆運河交界的喇叭口處，線位與新洋港基本正交，位于既有新長線東側(cè)20 m處，線位處河寬約190 m。橋位處平坦開闊，邊灘開發(fā)為砂場、料場，河道兩側(cè)無明顯河堤，房屋密集。

線位跨越處位于新洋港通榆運河以西，根據(jù)航道規(guī)劃，本段已納入鹽邵線航道，鹽邵線是江蘇省主要內(nèi)河干線航道之一，規(guī)劃為Ⅲ級航道，要求凈寬≥70 m，凈高≥7.5 m。橋梁跨越點河道水面寬240 m左右，受新洋港航道通航凈空要求控制，確定主通航孔312 m。

2 主要技術(shù)標準

(1)鐵路等級：客運專線；

(2)線路情況：雙線，線間距4.6 m，直線、平坡；

(3)設(shè)計行車速度：250 km/h；

(4)牽引種類：電力；

(5)機車類型：CRH動車組；

(6)設(shè)計活載：ZK活載；

(7)設(shè)計洪水頻率：1/100；

(8)地震烈度：地震烈度7度，地震動峰值加速度Ag=0.156 g，Tg=0.80 s，場地為Ⅲ類場地。

3 橋梁結(jié)構(gòu)形式的選擇

3.1 選擇橋型遵循的原則

橋梁在滿足航運、防洪、鐵路的正常運營維護要求的基本原則基礎(chǔ)上，需要選擇經(jīng)濟合理，造型美觀的方案。根據(jù)以上設(shè)計理念，結(jié)合橋址處建橋條件，確定以下設(shè)計原則：

(1)有效性：橋跨布置及橋下凈空應(yīng)滿足航運、防洪的現(xiàn)狀及規(guī)劃要求。

(2)實用性：大橋必須首先滿足時速250 km/h的鐵路客運專線的功能要求，結(jié)構(gòu)物的強度、剛度、穩(wěn)定以及旅客乘車的舒適性必須滿足規(guī)范要求。

(3)經(jīng)濟性：滿足功能性要求的前提下，造價要合理。

(4)美觀性：可采用的橋型方案與環(huán)境融合協(xié)調(diào)，方案景觀設(shè)計的重點在各構(gòu)件外型的美觀性及構(gòu)件之間的比例協(xié)調(diào)性。

(5)可實施性：橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮項目建設(shè)地區(qū)的具體情況和施工單位的作業(yè)技術(shù)能力、裝備水平，并應(yīng)提出施工驗收準則；設(shè)計中應(yīng)考慮高、大、重設(shè)備的運輸及安裝方案、實施條件、檢修置換作業(yè)及其他特殊安裝要求；現(xiàn)場制作的設(shè)備應(yīng)考慮現(xiàn)場作業(yè)條件及環(huán)境特點等因素。

根據(jù)以上原則，結(jié)合橋位處地形地質(zhì)條件較差，采用自重輕、跨越能力強、建筑高度低、施工工期短的鋼橋，以降低下部結(jié)構(gòu)工程量和引橋的高度。

本橋主跨312 m，可供選擇的橋型方案有斜拉橋、拱橋。

3.2 橋式方案

本橋主跨跨度312 m，列車時速250 km/h，針對鐵路荷載大、對橋梁剛度要求高的特點，本橋設(shè)計除應(yīng)滿足通航功能要求外，還應(yīng)滿足列車運營對剛度的要求；考慮該河段上、下游景觀的協(xié)調(diào)性，類比已建成的工程實例，與本橋跨度相適應(yīng)，可供選擇的橋型方案有鋼桁斜拉橋、鋼桁拱橋、拱加勁鋼桁連續(xù)梁。

3.2.1 鋼桁斜拉橋方案

結(jié)合橋址建橋條件，在滿足結(jié)構(gòu)受力及使用要求的前提下，橋型選擇應(yīng)以降低工程造價、便于施工、減少建橋?qū)拥赖挠绊憺樵瓌t，斜拉橋方案造型挺拔、剛勁，施工便捷，受力合理，是現(xiàn)代橋梁技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶。國內(nèi)已建成大跨度的鐵路斜拉橋：南廣鐵路桂平郁江大橋，主跨為228 m，雙線鐵路，列車設(shè)計時速為250 km/h；貴廣鐵路思賢窖大橋，主跨為230 m，鐵路四線鐵路，列車設(shè)計時速為250 km/h。

類比國內(nèi)外的工程實例，該方案采用(72+96+312+96+72)m鋼桁斜拉橋結(jié)構(gòu)，全長650 m，全橋為半漂浮體系，塔梁間設(shè)置縱向阻尼器。主梁采用鋼桁梁，兩片主桁，主桁采用三角形桁式，節(jié)間距12 m，全橋共54個節(jié)間；主桁高度14 m；兩主桁中心距15 m。主橋橋式布置如圖1所示。

圖1 鋼桁斜拉橋方案布置圖(m)

主桁采用焊接桿件，整體節(jié)點。在節(jié)點外以高強度螺栓拼接的結(jié)構(gòu)形式，上下弦桿四面等強對接拼裝。H型腹桿采用插入式連接。箱型腹桿采用四面與主桁節(jié)點對拼的連接形式。

為適應(yīng)客運鐵路的運行要求，采用有道砟的正交異性鋼橋面。鐵路鋼橋面板在9.5 m道砟槽板范圍內(nèi)采用不銹鋼復合鋼板(熱軋)，其基材為16 mm厚的Q370qE鋼板，面板為厚3 mm的不銹鋼鋼板。鋼橋面板下橫橋向設(shè)置多道U形肋，兩側(cè)各設(shè)置多道I形肋；在每條軌道下設(shè)置1道縱梁，縱梁中心距1.5 m，全梁共設(shè)置4道，縱梁采用倒T形截面。沿橋縱向每隔3 m設(shè)置1道橫梁，節(jié)點橫梁與節(jié)間橫梁高均為1.4 m。橫梁采用倒T形截面，橫梁上翼板與主桁伸出肢焊接，腹板及底板與主桁伸出肢栓接，邊墩及輔助墩相鄰的2個節(jié)間處設(shè)壓重。橋面布置如圖2所示。

圖2 橋面布置圖(mm)

鋼桁斜拉橋主要施工步驟如圖3所示。

圖3 鋼桁斜拉橋主要施工步驟

3.2.2 鋼桁拱橋方案

鋼桁拱橋方案主要特點：較同等跨度的橋梁結(jié)構(gòu)剛度大，適合高速行車，整體穩(wěn)定性好，是帶加勁腿的平弦鋼桁梁和變高度的桁拱組合橋，其結(jié)構(gòu)體系為連續(xù)梁，其中系梁受拉、拱圈受壓。墩身以承受豎向荷載為主。結(jié)構(gòu)的景觀性較好，為經(jīng)典的橋式，歷史悠久。國內(nèi)已建成的大跨度鐵路鋼桁拱橋有：宜萬鐵路萬州長江大橋，主跨360 m，設(shè)計時速120 km/h；南欽鐵路三岸邕江大橋，主跨276 m，設(shè)計時速250 km/h；京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長江大橋，主跨336 m，設(shè)計時速300 km/h。

借鑒國內(nèi)大跨度鐵路鋼桁拱橋的設(shè)計、施工經(jīng)驗，該方案采用(144+312+144) m鋼桁拱橋結(jié)構(gòu)，全長602 m。主桁采用“N”字形桁，兩片主桁的橫向中心距15.0 m，桁高15 m，節(jié)間距12 m，全橋共50個節(jié)間。斜腹桿傾角51°，加勁弦高度20 m，拱頂桁高9 m，矢高(拱頂?shù)街ё?64 m，矢跨比1/4.125。鋼桁拱橋采用加勁弦鋼桁梁和變高度的桁拱組合結(jié)構(gòu)橋，該方案的主要特點是結(jié)構(gòu)剛度大，整體穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)的景觀性較好，但由于桁寬加大，且制造、施工工藝較復雜，因此工程造價較高。主橋橋式布置如圖4所示。

圖4 鋼桁拱橋方案布置圖(m)

主桁采用焊接桿件，整體節(jié)點。在節(jié)點外以高強度螺栓拼接的結(jié)構(gòu)形式，上下弦桿四面等強對接拼裝。H型腹桿采用插入式連接。箱型腹桿采用四面與主桁節(jié)點對拼的連接形式。

鋼桁拱橋主要施工步驟如圖5所示。

圖5 鋼桁拱橋主要施工步驟

3.2.3 拱加勁鋼桁連續(xù)梁方案

拱加勁鋼桁連續(xù)梁可提供較高的豎向剛度，國內(nèi)已建成的大跨度鐵路拱加勁鋼桁連續(xù)梁有：福廈鐵路閩江特大橋，主跨198 m，設(shè)計時速160 km/h；廈深鐵路榕江特大橋，主跨220 m，設(shè)計時速250 km/h。

借鑒國內(nèi)大跨度連續(xù)鋼桁柔拱橋的設(shè)計、施工經(jīng)驗，該方案采用(144+312+144)m拱加勁鋼桁連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，全長602 m。主桁為”N”字型桁式，桁高15.0 m，節(jié)間距12.0 m；加勁弦高15.0 m，拱肋采用圓曲線，矢高(拱頂?shù)街ё?88.0 m，矢跨比1/3.55。該方案的主要特點是豎向剛度大，線條優(yōu)美，但由于拱肋較高，施工難度較大。主橋橋式布置如圖6所示。

圖6 拱加勁鋼桁連續(xù)梁(m)

拱加勁鋼桁連續(xù)梁主要施工步驟如圖7所示。

3.3 分析各橋式方案比選

分析各橋式方案比選結(jié)果，如表1所示。

鋼桁拱橋較同等跨度的橋梁結(jié)構(gòu)剛度大，適合高速行車，整體穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)的景觀性較好，為經(jīng)典的橋式，歷史悠久，但工程造價較高。拱加勁鋼桁連續(xù)梁可提供較高的豎向剛度，線條優(yōu)美，景觀效果好，但施工過程體系轉(zhuǎn)換較多，施工復雜，工期長。鋼桁斜拉橋方案施工費用相對不高，造型挺拔、剛勁，施工便捷，且技術(shù)成熟，受力合理，安全可靠，確定鋼桁斜拉橋為推薦方案。

圖7 拱加勁鋼桁連續(xù)梁主要施工步驟

項目鋼桁斜拉橋鋼桁拱橋拱加勁鋼桁連續(xù)梁孔跨布置/m72+96+312+96+72144+312+144144+312+144體系特點鋼桁斜拉橋結(jié)構(gòu)技術(shù)先進,施工便捷,景觀效果好鋼桁拱橋結(jié)構(gòu)較為復雜,豎向剛度大,線條優(yōu)美拱加勁鋼桁連續(xù)梁結(jié)構(gòu)可提供較大的豎向剛度大,線條優(yōu)美施工難度鋼梁架設(shè)采用對稱懸拼法,在主塔設(shè)臨時托架向兩側(cè)施工,存在體系轉(zhuǎn)換及斜拉索調(diào)索,施工工期較長施工需搭設(shè)臨時墩及吊索塔架,技術(shù)成熟施工需搭設(shè)臨時墩、吊索塔架及豎轉(zhuǎn)系統(tǒng),存在三次體系轉(zhuǎn)換,施工較復雜豎向靜活載撓跨比中跨(352mm) 1/886中跨(125mm) 1/2496中跨(88mm) 1/3545梁端豎向轉(zhuǎn)角/rad1.66‰2.18‰1.8‰橋長/用鋼量/(t/m)18.529.0230.2指標/(萬元/m)49.456.758.3全橋預算3.2億元3.4億元3.5億元

4 結(jié)論

根據(jù)目前國內(nèi)高速鐵路橋梁建設(shè)的成功經(jīng)驗，上述3種橋式方案在工程技術(shù)方面可行。

鹽城特大橋跨越新洋港主橋，受航道通航凈空要求控制，3種橋式方案均采用下承式結(jié)構(gòu)，有效降低線路標高；從經(jīng)濟方面比較來看，3種方案總投資相差不大，斜拉橋方案最低；從施工方面來看，鋼桁斜拉橋采用對稱懸臂拼裝，同時利用斜拉索進行輔助，不需大型施工設(shè)備，降低施工臨時設(shè)施費用；從結(jié)構(gòu)方面上來看，鋼桁斜拉橋較鋼桁拱橋、鋼桁柔性拱用鋼量少，鋼桁桿件種類相對較少，便于鋼梁制造及安裝，同時斜拉橋輔助墩的設(shè)置能夠有效提高結(jié)構(gòu)剛度，降低梁端轉(zhuǎn)角，提高高速鐵路運營舒適度。經(jīng)綜合比選，鋼桁斜拉橋在結(jié)構(gòu)體系、施工方法、工程投資、動力特性、景觀效果等方面均有較好優(yōu)點，鹽城特大橋主橋選定鋼桁斜拉橋方案。

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Research on Type Scheme of Main Bridge of Yancheng Extra-large Bridge on Xu-Su-Huai-Yan Railway

GAO Lei

(China railway Fifth Survey and Design Insitute Group Co.,Ltd., Beijing 102600， China)

Main bridge of Yancheng Extra-large Bridge which spans Xinyanggang River is the major project in the whole line of Xu-Su-Huai-Yan Railway. This thesis introduces the ideation and research of the bridge type design. Based on this, it suggests three schemes of bridge types suited to the conditions in this bridge site. The three schemes include projects of steel trussed cable-stayed bridge, steel trussed arch bridge and reinforced steel arch truss continuous beam. This bridge design should meet the requirements of navigation function, at the same time should also meet the requirements of train operation of stiffness, considering the coordination of the upstream or downstream of the river landscape, so as to choose the most economic and reasonable bridge type scheme. Therefore, after comparing and researching the three projects from aspects such as construction systems, construction methods, investment scale and landscape effects, the conclusion is that the project of continuous steel trussed cable-stayed bridge (with five spans as 72+96+312+96+72 m) is the most appropriate one and recommended.

Yancheng Extra-large Bridge； research on bridge type scheme； steel trussed cable-stayed bridge； steel trussed arch bridge； stiffening arch steel truss continuous beam

2015-11-23

高磊(1982-)，男，工程師。

1674—8247(2016)02—0010—05

U442.5+4

A