青鹽鐵路淮河入海水道特大橋主橋橋式方案研究

溫貴生

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600)

1 工程背景

青鹽鐵路連接山東省與江蘇省，是國鐵Ⅰ級客貨共線鐵路，呈南北走向，為中國“八縱八橫”高速鐵路沿海鐵路通道的重要組成部分。青鹽鐵路北起青島北站、南至鹽城站，線路全長428 km，共設車站19座。

1.1 工程概況

青鹽鐵路淮河入海水道特大橋位于江蘇省鹽城市濱海縣站南約8 km，是鹽城段控制性工程，橋梁全長12.593 km；橋址上游距2002年建成的國道G204淮河入海水道大橋8.8 km，公路橋橋長720 m，采用多跨20 m及35 m先簡支后連續梁橋；橋址下游距2006年建成的沿海高速公路(沈海高速公路)淮河入海水道大橋1.1 km，公路橋長1 300 m，采用多跨35 m及50 m連續梁橋；橋址下游距黃海入海口約41.9 km，橋址平面見圖1。

圖1 青鹽鐵路跨淮河入海水道及蘇北灌溉總渠橋址平面圖

淮河入海水道是淮河下游江蘇省北部東西向的一條大型人工河道，平行于蘇北灌溉總渠北側，與線路右前角為86°。河道起于淮河下游洪澤湖東二河閘，流經淮安市和鹽城市，與京杭大運河及通榆河立體交叉，于濱海縣扁擔港入黃海，全長163.5 km。根據《淮河流域防洪規劃》和《淮河入海水道工程項目建議書》，淮河入海水道遠景工程通過擴挖泓道，形成單一河槽。橋址處河寬585 m，深約8.5 m，流量Q1%＝7 000 m3/s，水位H1%＝7.464 m；淮河入海水道現狀為Ⅶ級航道，規劃為Ⅳ級，單孔雙向通航。

蘇北灌溉總渠是淮河下游江蘇省北部東西向的一條大型人工河道，平行于淮河入海水道南側，西起洪澤湖高良澗，流經淮安市及鹽城市，于濱海縣扁擔港入黃海，全長168 km。橋址處河寬180 m，深約8 m，流量Q1%＝800 m3/s，水位H1%＝4.894 m；蘇北灌溉總渠現狀為Ⅴ級航道，規劃為Ⅴ級，單孔雙向通航。

省道S328起于鹽城市濱海縣，途經淮安市，終于洪澤縣，全長176.7 km。省道S328為瀝青路面，路基全寬12 m，設計速度80 km/h，與線路右前角為86°。

橋址范圍內地勢較為平坦，地層為地表種植土、第四系人工填筑土、全新統沖積、海積和第四系上更新統沖洪積粉質黏土、黏土、淤泥質粉質黏土、粉土、粉砂、細砂等。表層淤泥質粉質黏土厚0～11 m。

1.2 主要技術標準

(1)鐵路等級:客貨共線，國鐵Ⅰ級[1]；

(2)線路情況:雙線，線間距4.4～4.6 m，部分位于圓曲線及緩和曲線上；主橋位于平坡上；

(3)設計時速:200 km；

(4)設計活載:中－活載；

(5)設計洪水頻率:1/100；

(6)地震烈度:地震烈度6度，地震動峰值加速度Ag＝0.05 g，Tg＝0.75 s。

1.3 主要控制因素

江蘇省水利廳、交通廳對青鹽鐵路跨淮河入海水道及蘇北灌溉總渠的橋梁防洪、通航及立交要求如下:

(1)橋梁孔跨布置需考慮現狀淮河入海水道河道、航道并結合淮河入海水道規劃的二期斷面，盡量減少水中墩數量、減小阻水率，主河槽中橋梁跨徑不應小于70 m，鐵路承臺頂需置于規劃斷面以下至少1 m。蘇北灌溉總渠按現狀斷面，一跨過河。

(2)淮河入海水道二期規劃通過擴挖泓道，形成單一河槽，規劃向北側拓寬150 m，河道局部下挖7 m以上，規劃河底高程為－3.0 m。

(3)橋梁高程須滿足防洪及通航要求；橋梁跨堤防處立交凈空不應小于4.5 m；橋梁基礎距河堤坡腳10 m以上。淮河入海水道通航凈寬×凈高為60 m×7.5 m，蘇北灌溉總渠通航凈寬×凈高為50 m×5.5 m。

(4)江蘇省交通運輸廳《關于明確連鹽鐵路跨越公路方案的復函》(蘇交計〔2010]208號)中要求跨越省道S328立交凈寬×凈高為30 m×5.5 m。

2 橋式方案研究

線路經過地區毗鄰黃海，受臺風、海侵、海退作用顯著，沿線軟土分布范圍廣、覆蓋層厚、持力層深、強風多、水侵蝕性強，立交及通航尺度大、環保要求高等特點。在滿足防洪、通航及立交運營維護要求的基礎上，橋式方案的選擇應遵循合理、實用、經濟、美觀的原則。淮河入海水道特大橋主橋跨越淮河入海水道及蘇北灌溉總渠、省道S328，受淮河入海水道二期工程河道規劃、行洪、通航及立交要求的控制，考慮與周圍景觀的協調性，主橋研究了3個橋式方案:

方案一:(73＋2×128＋73)m連續梁＋(73＋4×128＋73)m連續梁[2]，懸灌法施工。

方案二:2－64 m簡支鋼桁梁＋6－128 m簡支鋼桁梁 ＋1－64 m簡支鋼桁梁[3－5]，懸臂架設法施工。

方案三:2－56 m簡支箱梁＋1－96 m簡支鋼管拱[6]＋2－56 m簡支箱梁＋(73＋4×128＋73)m連續梁，少支架現澆＋懸灌法施工。

2.1 方案一:(73＋2×128＋73)m連續梁＋(73＋4×128＋73)m連續梁

連續梁技術成熟、剛度大、整體性好，本方案跨越淮河入海水道二期、蘇北灌溉總渠及省道S328采用(73＋2×128＋73)m連續梁＋(73＋4×128＋73)m連續梁(見圖2)，采用懸灌法施工，固定支座設于269號、274號墩。

圖2 (73＋2×128＋73)m連續梁＋(73＋4×128＋73)m連續梁方案立面布置(單位:m)

(1)主梁

128 m連續梁采用單箱單室變高度直腹板箱形截面(見圖3)，端支座處及邊跨直線段和跨中處梁高5.6 m，中支點處梁高9.6 m，梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑R＝401.03 m。箱梁頂寬12.3 m，底寬7.0 m，在中支座局部加寬為9 m。頂板厚0.5 m，底板厚0.5～1.2 m，支點處加厚到1.697 m，腹板厚0.6～0.9 m，0.9～1.1 m，按折線變化。主梁分別于中支點、端支點和跨中處設橫隔梁。

圖3 4×128 m連續梁斷面(單位:cm)

4×128 m連續梁共193個梁段，橋長659.6 m。2×128 m連續梁共117個梁段，橋長403.6 m。

(2)下部結構

連續梁主墩及邊墩墩身均采用雙線圓端形實體橋墩，由于規劃河道開挖深、地質差、橋跨大，所需樁數多及承臺厚度大，承臺設計采用“撐桿—系桿體系”[7－8]理念，通過優化承臺配筋減小了承臺厚度，有效解決了超大承臺引起的基坑開挖風險大、防護工程規模大、厚大體積混凝土易開裂等問題；基礎采用鉆孔樁，均按摩擦樁設計。

(3)施工方法

水中墩采用棧橋及施工平臺施工，承臺采用鋼板樁圍堰防護施工；其余采用筑島法及平整場地法施工。為確保水源安全，連續梁采用全封閉掛籃懸臂灌注法施工；邊跨直線段采用支架法施工，先合龍邊跨合龍段，再合龍兩次中跨合龍段，最后中跨合龍[9]。

2.2 方案二:2－64 m簡支鋼桁梁＋6－128 m簡支鋼桁梁＋1－64 m簡支鋼桁梁

鋼桁梁具有跨越能力大、施工周期短、梁高低、便于工廠化建造等優點，本方案跨越淮河入海水道二期、蘇北灌溉總渠及省道S328采用2－64 m簡支鋼桁梁＋6－128 m簡支鋼桁梁＋1－64 m簡支鋼桁梁(見圖4)，采用懸臂架設法施工，固定墩設于鹽城方向。

圖4 2－64 m簡支鋼桁梁＋6－128 m簡支鋼桁梁＋1－64 m簡支鋼桁梁方案立面布置(單位:m)

(1)主梁

①128 m下承式簡支鋼桁梁桁高16.5 m(見圖5)，節間長度12.8 m，共10個節間，兩片主桁中心距為13.8 m，梁全長130.0 m。

十九大報告關于“建立全面規范透明、標準科學、約束有力的預算制度，全面實施績效管理”的重要論述，開啟了預算績效管理的新篇章。大量財政撥款的投入要求事業單位必須主動加強資金監管，施行預算績效管理，以績效為導向，強調預算支出的責任和效率，關注財政資金的產出和結果，優化資源配置，提升國家財政資金的使用效率，提高預算資金使用的社會效益。

圖5 128 m簡支鋼桁梁斷面(單位:cm)

主桁上、下弦桿均采用箱形截面，豎板高1 300 mm，內寬1 000 mm，板厚28～46 mm。腹桿采用箱形及H形截面，箱形截面高1 000 mm，外寬998 mm，板厚24～36 mm；H形截面高798～1 000 mm，外寬998 mm，板厚20～36 mm。主桁采用高強度螺栓拼接。

橋面系采用密布橫梁結構，下弦節點處主橫梁采用箱形截面，次橫梁采用工字型截面。主橫梁、次橫梁與主桁均采用栓焊連接[10－11]。

上平縱聯采用交叉式，斜桿及撐桿截面均為工形斷面。桿件與平聯節點板連接采用對拼式。為加強剛度，除在支承節點設斜橋門外，在中間各大節點處均設橫向聯結系。

②64 m下承式簡支鋼桁梁桁高12.3 m(見圖6)，節間長度 12.8 m，共5個節間，兩片主桁中心距為13.8 m，梁全長66.6 m。

圖6 64 m簡支鋼桁梁斷面(單位:cm)

主桁上、下弦桿均采用箱形截面，豎板高1 000～1 800 mm，內寬800 mm，板厚16～32 mm。腹桿采用箱形及H形截面，箱形截面高780～900 mm，外寬800 mm，板厚24～32 mm；H形截面高700 mm，外寬798 mm，板厚24～28 mm。主桁采用高強度螺栓拼接。

鋼桁梁端斜桿上設斜向橋門架，在上弦A5節點設中間橫聯，橋門架及橫聯均采用板式結構。

(2)下部結構

主墩及邊墩墩身均采用門形圓端實體橋墩，基礎采用鉆孔樁，均按摩擦樁設計。

(3)施工方法

水中墩采用棧橋及施工平臺施工，承臺采用鋼板樁圍堰防護施工；其余采用筑島法及平整場地法施工。主橋鋼梁采用上弦架梁吊機架梁并在每跨跨中設臨時墩的方法進行半懸臂架設施工[12－13]，最后進行橋面鋪裝工作。

2.3 方案三:2－56 m簡支箱梁＋1－96 m簡支鋼管拱＋2－56 m簡支箱梁＋(73＋4×128＋73)m連續梁

下承式鋼管混凝土拱橋具有跨越能力強、建筑高度低、動力性能好、景觀效果好的特點，在高鐵橋梁中應用逐漸增多。跨淮河入海水道北大堤采用96 m簡支鋼管拱橋，跨淮河入海水道河道、南大堤、蘇北灌溉總渠及省道S328采用4×128 m連續梁，其余采用56 m簡支箱梁調跨，簡支梁固定支座設于鹽城端，連續梁固定支座設于277號墩，孔跨布置見圖7。

圖7 2－56 m簡支箱梁＋1－96 m簡支鋼管拱＋2－56 m簡支箱梁＋4×128 m連續梁立面布置(單位:m)

(1)主梁

①128 m連續梁采用單箱單室變高度直腹板箱形截面，端支座處及邊跨直線段和跨中處梁高5.6 m，中支點處梁高9.6 m，梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑R＝401.03 m。箱梁頂寬12.3 m，底寬7.0 m在中支座局部加寬為9 m。頂板厚0.5 m，底板厚為0.5～1.2 m，支點處加厚到1.697 m，腹板厚0.6～0.9 m，0.9～1.1 m，按折線變化。主梁分別于中支點、端支點和跨中處設橫隔梁。

4×128 m連續梁共193個梁段，橋長659.6 m。

②96 m簡支拱橋采用單箱雙室預應力混凝土箱形截面(見圖8)，梁全長99.2 m。

圖8 96 m簡支拱橋斷面(單位:cm)

箱梁頂寬15.9 m，系梁梁高2.5 m，梁端梁高3 m，底寬13.3 m(梁端過渡到15.9 m)。底板厚0.35 m，頂板厚0.4 m，邊腹板厚0.55 m(梁端附近為1.85 m)，中腹板厚0.4 m。吊點處設厚0.4 m橫梁。拱肋采用圓端形鋼管混凝土結構，拱肋為高3.0 m，寬1.0 m的等截面。拱管矢高18.2 m，矢跨比1/5。拱管內灌注C50補償收縮混凝土。拱軸線采用二次拋物線，兩拱肋中心距14.1 m，兩拱肋間設5道橫撐，拱頂處設米字型撐，拱頂至兩拱腳間設4道K形橫撐；梁上吊點間距6.0 m，共設吊桿13對。

③56 m簡支箱梁采用單箱單室、等高度、等截面、直腹板箱梁，梁全長57.1 m。

箱梁頂板寬9.36 m，箱底寬6.0 m，梁高5 m。頂板厚0.435～0.735 m；底板厚0.35～1.0 m；腹板厚0.5～1.1 m，按折線變化(見圖9)。梁體在端支點、跨中處設橫隔板。

圖9 56 m簡支箱梁斷面(單位:cm)

(2)下部結構

連續梁、簡支箱梁主墩及邊墩墩身均采用雙線圓端形實體橋墩，簡支拱橋采用門形圓端實體墩，基礎采用鉆孔樁，均按摩擦樁設計。

(3)施工方法

水中墩采用棧橋及施工平臺施工，承臺采用鋼板樁圍堰防護施工；其余采用筑島法及平整場地法施工。為確保水源安全，4×128 m連續梁采用全封閉掛籃懸臂灌注法施工；邊跨直線段采用支架法施工，先合龍邊跨合龍段，再合龍兩次中跨合龍段，最后中跨合龍。96 m簡支拱橋上部采取先梁后拱的方法施工，梁部采用鋼管樁和貝雷梁組成的少支架法施工，然后在梁上完成拱的施工。拱肋、橫撐均采取工廠制造，現場拼裝施工。56 m簡支箱梁采用鋼管樁和貝雷梁組成的少支架法施工。

3 橋式方案比選

3個橋式方案中，連續梁高度最高，簡支鋼桁梁高度最低，簡支鋼管拱＋連續梁方案梁高介于兩者之間，跨越控制點多，3個方案均能滿足防洪、通航及立交的要求；方案二中鋼桁梁結構高度低，可局部降低橋梁高度，但經綜合比較其投資最高，后期鋼結構運營維護多、維護費用高、對環保影響最大；方案三中簡支鋼管拱雖然景觀效果好、整體性好、投資較省，但施工期間須在大堤及河灘中打樁，對大堤安全及穩定性、河道防洪影響最大，運營期間維護多且環保影響較大；方案一雖連續梁橋梁高度最高，工期最長，但其施工技術成熟，整體性最好，施工期間干擾最少，運營期維護最少，且投資最低，能夠滿足全線工期的要求。結合投資、工期、后期運營維護及環境保護的要求，方案一技術成熟，施工方便，施工期間對航道、立交及防洪影響均最小，后期維護工作量最少、經濟性最好，環保影響最小，故主橋推薦采用(73＋2×128＋73)m連續梁＋(73＋4×128＋73)m連續梁方案。橋式方案綜合比較見表1。

表1 橋式方案綜合比較

4 結束語

青鹽鐵路淮河入海水道特大橋主橋(73＋2×128＋73)m＋(73＋4×128＋73)m預應力混凝土連續梁于2017年順利建成，2018年底青鹽鐵路開通運營，至今運行良好。通過以上對青鹽鐵路跨淮河入海水道主橋橋式方案的對比分析，得到以下結論:

(1)(73＋2×128＋73)m＋(73＋4×128＋73)m預應力混凝土連續梁，具有傳力構造簡單、整體性強，施工工藝成熟、施工干擾少、后期維護少及經濟性佳等優點，能夠滿足水利、交通等各級行政主管部門防洪、立交及通航的相關要求，同時滿足鐵路投資及工期的相關要求。

(2)沿海地區軟土覆蓋層厚、持力層深、通航及立交要求高、防洪標準高，所需橋跨大，樁數多且樁長長，承臺采用“撐桿－系桿”理論優化后，可有效降低承臺厚度、優化下部基礎工程及防護工程投資，能夠為類似地區橋梁承臺設計提供借鑒。

(3)淮河入海水道特大橋順利建成通車，證明了該橋橋式方案選擇的安全性和科學合理性，能夠適應沿海及軟土地區，為類似跨度橋梁在相同區域或類似地質條件下的應用提供借鑒及參考。