重慶至昆明高速鐵路小龍潭特大橋設計

龔俊，陳翔

（中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，武漢430056）

1 工程概述

新建重慶至昆明高速鐵路小龍潭特大橋位于云南省昭通市，屬高原斜坡地帶中山峽谷區，本橋主要為跨越小龍潭而設，采用大跨高墩方案，墩高50～126 m，主跨150～400 m，可選擇的橋型有剛構連續梁、拱橋、斜拉橋等。斜拉橋和拱橋主橋規模大，造價高，不宜采用；剛構連續橋施工簡便，結構抗震性能好，造價較低，故本橋采用剛構連續梁。上部結構采用80 m+149 m+168 m+149 m+130 m+80 m預應力混凝土箱梁，立面布置如圖1所示。連續剛構橋墩形式主要有空心墩、實心單肢墩、實心雙肢墩等，已有諸多學者對其進行過比較分析[1]，本橋主墩采用矩形空心墩和雙肢薄壁墩，主墩基礎采用2 m大直徑樁基礎。本橋地質為粗圓礫土、砂巖、泥巖，震動峰值加速度為0.05g（地震基本烈度為Ⅵ度），特征周期Tg=0.45 s。

圖1 橋式立面布置圖

2 結構設計

2.1 上部結構

主梁采用變高度預應力混凝土連續梁，全橋布置一聯，聯長756 m。主梁采用單箱單室截面，中支點梁高為12.0 m，次中支點梁高為9.742 m，跨中梁高為6.0 m，跨中截面底板厚52 cm，箱梁中心處頂板厚50 cm，腹板50 cm，中心處頂板厚50 cm，腹板100 cm。箱梁采用掛籃懸澆施工。

2.2 橋墩與基礎

2#、3#墩墩頂與梁固結，橋墩采用矩形空心墩。墩身頂縱向寬10.0 m，橫向寬8.0 m。基礎采用24根φ2.0 m鉆基礎。承臺平面尺寸為38.2 m×15.2 m，厚6.0 m。

1#、4#墩墩頂與梁固結，橋墩采用雙薄壁墩。墩身頂縱向寬8.0 m，橫向寬8.0 m。墩身縱向為雙薄壁，壁厚為200 cm。基礎采用15根φ2.0 m鉆孔灌注樁基礎。承臺平面尺寸為23.2 m×13.2 m，厚4.0 m。

5#墩采用圓端型實體墩，墩身頂縱向寬3 m，橫向寬6.8 m，墩身橫、縱向均按40∶1的斜率變寬，由上至下不斷變厚。基礎采用擴大基礎。

0#、6#橋臺為輕型重力式橋臺，臺身高2.5 m，臺身縱向寬3.5 m，橫向寬9.8 m，臺背縱向寬7.4 m，橫向寬8.6 m。基礎采用擴大基礎。

3 主要計算結果

3.1 上部主要計算結果

采用橋梁設計系統軟件SCDS2018計算，按照實際的施工過程對結構進行劃分。1#～4#剛構墩群樁基礎按照剛度等效的原則按節點彈性約束模擬。計算荷載包括恒載、活載、制動力、溫度變化、預應力、基礎不均勻沉降、體系轉換的影響及混凝土收縮、徐變等。

1）應力計算結果：最大正應力為18.2 MPa，最小正應力為0.8 MPa，最大主壓應力為17.6 MPa，最小主拉應力為2.6 MPa，最大剪應力為3.9 MPa，強度安全系數最小為2.5，抗裂安全系數最小為1.4。均滿足規范要求。

2）梁部位移計算結果（符號：向上變形為“+”，向下變形為“-”）：（1）靜活載作用下最大撓度值-32.0 mm，為跨度的1/5 250，小于1.1L/1 500（L為橋梁跨度）。最大梁端轉角：0.397‰rad，小于1‰rad；（2）軌道鋪設完成后，無砟軌道梁豎向殘余徐變變形只為16 mm，小于規范要求的20 mm。

3.2 剛構墩計算結果

由于墩梁固結，主墩縱橫向剛度不僅影響墩頂位移、墩身截面強度及整個結構的動力性能，同時影響主梁的內力分配。高墩必須考慮風振、溫度應力、固端干擾應力，主橋的橫向剛度尤為控制設計。本橋取主橋1聯進行整體分析，計算結果表明主墩墩頂縱向最大位移15.60 mm，小于墩頂縱向位移限值為，橫向轉角為0.019‰rad，剛度滿足規范要求。

3.3 抗震分析

本橋為連續剛構橋，孔跨布置為80 m+149 m+168 m+149 m+130 m+80 m。采用空間有限元程序MIDAS/CIVIL進行建模，建模時主梁、橋墩、承臺和樁基礎結構均采用空間梁單元模擬。

通過配筋驗算可知，多遇地震作用下，結構在彈性階段工作。在橫向罕遇地震作用下，墩底的截面安全系數大于1；在縱向罕遇地震作用下，除3#、6#墩底外，其余橋墩進入延性結構只發生可修復性損傷，滿足承載能力要求，并且位移延性滿足抗震規范要求。

3.4 車橋耦合動力分析

為了保證橋梁具有良好的動力性能，以滿足機車車輛運行的安全性和旅客乘坐的舒適性，本橋進行了車橋耦合仿真動力分析。對該橋在CRH3動車組作用下的車-線-橋耦合振動進行了分析，評價了橋梁的動力性能，運行安全性與舒適性，為橋梁設計的可行性提供參考依據。主要結論[2]如下：

1）CRH3動車組以設計時速160～420 km/h運行時，橋梁的動力性能滿足要求，列車的運行安全性有保證，乘坐舒適性均達到“優”。

2）考慮附加變形下的車-線-橋耦合振動分析：單線運行時，在考慮橋面整體升溫15℃，整體降溫15℃，整體升溫30℃，整體降溫15℃，收縮徐變等5種工況，當列車以速度350 km/h、420 km/h通過時，動力性能均滿足要求，列車的運行安全性有保證，乘坐舒適性均達到“優”。

4 結語

隨著西部大開發的戰略不斷實施，高原地區高速鐵路橋梁會越來越多。本橋墩高度普遍較高，最大達到126 m，采用剛構連續體系結構合理，經濟性好；高墩大跨預應力結構設計重點為需要充分考慮結構體系剛度分配、收縮徐變影響、溫度荷載、地震荷載等因素的影響，特別需要關注行車舒適性。本橋的設計為鐵路高墩大跨度預應力結構橋梁的設計積累了寶貴的經驗，對同類型橋梁設計實施有一定的參考價值。