徐 勇,金福海,楊福泰,蔡少明

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

1 基本概況

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)是我國(guó)鐵路“四縱四橫”快速客運(yùn)專(zhuān)網(wǎng)的重要組成部分,位于湖北、湖南、廣東三省境內(nèi)。起自武漢站北側(cè),向南經(jīng)湖北省咸寧,湖南省岳陽(yáng)、長(zhǎng)沙、湘潭、株洲、衡陽(yáng)、郴州,廣東省韶關(guān)、清遠(yuǎn)、佛山,終于新廣州站南端,全長(zhǎng)1 068.6 km。全線(xiàn)分武漢天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋、烏龍泉至花都段、新廣州站3個(gè)項(xiàng)目。

地形地貌：線(xiàn)路自江漢平原,穿越湘鄂交界附近的五尖大山后進(jìn)入洞庭湖盆地,之后線(xiàn)路行經(jīng)于長(zhǎng)沙、株洲、衡陽(yáng)三大紅層盆地,進(jìn)入湘南中高丘陵區(qū),線(xiàn)路過(guò)郴州后行經(jīng)于五蓋山與騎田嶺夾持地帶越南嶺山脈,于武水東穿越南嶺瑤山后進(jìn)入韶關(guān)斷陷盆地。其中湘粵交界的南嶺瑤山地區(qū),山巒巍峨,河谷深切,地形險(xiǎn)峻,是全線(xiàn)地形、地質(zhì)最復(fù)雜地段。

河流水系：本線(xiàn)主要穿越長(zhǎng)江水系和珠江水系。穿越長(zhǎng)江水系時(shí),湖北境內(nèi)主要與淦河、陸水、新店河等相關(guān),湖南境內(nèi)主要與湘江干流及其支流新墻河、汨羅江、白沙河、撈刀河、瀏陽(yáng)河、耒水等相關(guān)。穿越珠江水系時(shí),主要與北江干流及其支流武水、連江等相關(guān)。

沿線(xiàn)地質(zhì)：武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)耒陽(yáng)以北,以軟質(zhì)巖及黏性土為主,巖(土)質(zhì)軟弱,水理性差,邊坡穩(wěn)定性差；谷地區(qū)表層普遍發(fā)育軟土、松軟土；烏龍泉至臨湘、蘆狄塘及中路鋪發(fā)育巖溶；岳陽(yáng)至汩羅地震動(dòng)加速度為0.1g,部分沖積階地區(qū)分布有液化土地基；耒陽(yáng)以南為中高丘陵及中低山區(qū),多發(fā)育V形谷地,路基易受山洪沖刷,巖層以二迭、石炭、泥盆系地層為主,邊坡多由軟硬巖互層(夾層)構(gòu)成,巖層風(fēng)化不均；灰?guī)r地區(qū)大多被厚層狀灰?guī)r殘積層棕紅色、褐黃色黏性土覆蓋,三迭系上統(tǒng)、二迭系龍?zhí)督M上段及石炭系測(cè)水段地層中夾煤層或厚層狀炭質(zhì)頁(yè)巖,該段巖溶及危巖、崩塌等不良地質(zhì)發(fā)育。

橋梁概況分述如下(表1)。

(1)武漢站(含)～烏龍泉東(不含),正線(xiàn)全長(zhǎng)46.811正線(xiàn)km。全線(xiàn)大中小橋17座,橋長(zhǎng)38.447 km,涵洞23座,公跨鐵5座,橋梁占線(xiàn)路82.17%。本段共計(jì)32 km線(xiàn)路范圍巖溶發(fā)育或較為發(fā)育,位于巖溶區(qū)的橋梁有11座左右。本段范圍內(nèi)橋梁均位于Ⅵ度地震區(qū),最長(zhǎng)橋梁為五一水庫(kù)特大橋,橋長(zhǎng)6 458.64 m。

(2)烏龍泉東(含)至韶關(guān)站(含),正線(xiàn)全長(zhǎng)715.244正線(xiàn)km。穿越湖北、湖南、廣東三省。全線(xiàn)大中小橋558座,橋長(zhǎng)322.479 km,涵洞708座,公跨鐵112座,橋梁占線(xiàn)路45.09%。本段工程地質(zhì)復(fù)雜,不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)主要有：采空區(qū)、巖溶、巖堆、滑坡、危巖落石、軟土等,共計(jì)342.5 km的范圍巖溶發(fā)育或較為發(fā)育,位于巖溶區(qū)的橋梁有230座左右。66 km線(xiàn)路位于Ⅶ度地震區(qū),有橋梁48座。本段最長(zhǎng)橋梁為赤壁特大橋,橋長(zhǎng)9 522.03 m。大禾特大橋墩高42 m，為本段最大墩高。

(3)花都(含)至新廣州站(不含),正線(xiàn)全長(zhǎng)43.219正線(xiàn)km。全線(xiàn)大中橋7座,橋長(zhǎng)38.109 km,涵洞11座,公跨鐵6座,橋梁占線(xiàn)路88.18%。共計(jì)27 km的范圍巖溶極發(fā)育或較為發(fā)育,位于巖溶區(qū)的橋梁有5座。32 km線(xiàn)路位于Ⅶ度地震區(qū),有橋梁3座。本段最長(zhǎng)橋梁為流溪河特大橋,橋長(zhǎng)13 430.93 m?？绛h(huán)城高速特大橋墩高27 m為本段最大墩高。

表1 橋長(zhǎng)分布

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)采用洪水頻率：橋梁1/100,涵洞1/100；

(2)設(shè)計(jì)荷載：ZK標(biāo)準(zhǔn)荷載圖式；

(3)速度目標(biāo)值：350 km/h；

(4)東平水道以北采用無(wú)砟軌道,東平水道以南采用有砟軌道；

(5)涵洞頂至軌底的填方高度H≥1.5 m；

(6)橋臺(tái)尾至涵洞及兩涵間距離不應(yīng)小于30 m,路堤段兩橋臺(tái)臺(tái)尾間距離不宜小于150 m。

3 橋式方案

3.1 橋式方案設(shè)計(jì)原則

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)全線(xiàn)采用無(wú)砟軌道,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高,列車(chē)運(yùn)營(yíng)速度快,由軌道不平順引起的輪軌動(dòng)力響應(yīng)及其對(duì)行車(chē)安全性、平穩(wěn)性和乘車(chē)舒適性的影響均隨行車(chē)速度的提高而顯著增大,因此要求高速鐵路的線(xiàn)路必須具有高平順性、高穩(wěn)定性和高可靠性等特點(diǎn),橋梁作為軌道的下部結(jié)構(gòu),主要功能是為高速列車(chē)提供平順、穩(wěn)定的橋上線(xiàn)路,確保運(yùn)營(yíng)安全和乘坐舒適,并盡量減少運(yùn)營(yíng)期間的維修工作量。

橋式方案主要有兩方面內(nèi)容：一是橋梁設(shè)置的范圍即橋長(zhǎng),二是橋梁的孔跨布置。設(shè)計(jì)原則分述如下：

(1)沉降不易控制的區(qū)段設(shè)橋通過(guò),由路基專(zhuān)業(yè)提出。

路基工后沉降包含路基填方本體的沉降和地基沉降。研究表明,路基填方本體壓實(shí)度達(dá)到規(guī)定要求,其后期沉降很小,地基沉降則主要受填土荷載大小及地基巖土性質(zhì)控制,對(duì)于武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn),軟土地區(qū)、淺表層巖溶發(fā)育區(qū),如填土高度超過(guò)6.0 m,一般以橋通過(guò)。

(2)橋路相接處,為減少過(guò)渡段,橋臺(tái)伸入路塹。

路基填土相對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)具有可壓縮性,提供的豎向剛度比橋梁弱,為適應(yīng)高速鐵路對(duì)線(xiàn)路高平順性的要求,橋路之間、路堤與路塹之間需設(shè)過(guò)渡段,當(dāng)橋梁臺(tái)尾與路塹相隔很近、路堤長(zhǎng)度很短時(shí),將橋臺(tái)臺(tái)尾伸入路塹,只設(shè)橋梁、路塹過(guò)渡段,減少塹堤之間過(guò)渡段。

(3)橋路比較綜合考慮施工工期、路基工程后期養(yǎng)護(hù)維修、土地資源占用、環(huán)境保護(hù)等因素。當(dāng)線(xiàn)路通過(guò)高效經(jīng)濟(jì)作物區(qū)或城市、城市近郊時(shí),當(dāng)路基填料缺乏需大量取土或遠(yuǎn)運(yùn)時(shí),從節(jié)約土地、保護(hù)環(huán)境出發(fā),降低路堤高度限制,改以橋梁代替。

(4)橋梁跨越公路、通航河流時(shí),橋式方案要滿(mǎn)足相關(guān)交通規(guī)劃和防洪評(píng)價(jià)的要求。

(5)常用橋跨以32 m簡(jiǎn)支箱梁為主,24 m簡(jiǎn)支箱梁調(diào)整跨度用,跨路、跨河橋梁如32 m簡(jiǎn)支箱梁不適應(yīng)時(shí),盡量采用標(biāo)準(zhǔn)跨度的連續(xù)梁,如(32+48+32)m、(40+56+40)m、(40+64+40)m、(48+80+48)m、(60+100+60)m連續(xù)梁；

經(jīng)濟(jì)分析表明：在樁基礎(chǔ)條件下以跨度32 m簡(jiǎn)支箱梁為最經(jīng)濟(jì)的梁型,預(yù)制架設(shè)為最經(jīng)濟(jì)的施工方法。在地質(zhì)條件較好或采用明挖基礎(chǔ)情況下,24 m簡(jiǎn)支梁要比32 m簡(jiǎn)支梁略顯經(jīng)濟(jì),考慮架設(shè)工期、車(chē)橋耦合振動(dòng)等因素,仍應(yīng)首推32 m雙線(xiàn)整孔簡(jiǎn)支橋式。常用跨度橋梁的動(dòng)力響應(yīng)分析表明,簡(jiǎn)支梁能達(dá)到甚至超過(guò)連續(xù)梁的動(dòng)力性能。全線(xiàn)32 m簡(jiǎn)支箱梁長(zhǎng)占梁總長(zhǎng)的92.1%。

線(xiàn)路與公路、鐵路、河流斜交夾角不大，需要連續(xù)梁跨越時(shí),為了減少基礎(chǔ)施工對(duì)既有公路、鐵路的影響,宜適當(dāng)加大主跨跨徑,其增加投資有限。

3.2 常用跨度梁部施工方法

簡(jiǎn)支箱梁主要有預(yù)制架設(shè)、支架現(xiàn)澆、造橋機(jī)施工等幾種施工方案。預(yù)制架設(shè)方案可以工廠化生產(chǎn),能保證箱梁制造質(zhì)量,提高了施工進(jìn)度和工效,較其他方案投資省、效益好。長(zhǎng)大橋梁或橋梁集中地段(一般按100孔以上)按運(yùn)梁半徑不超過(guò)20 km設(shè)置一個(gè)制梁場(chǎng),超出合理半徑的零星橋梁或隧道間分散橋梁綜合工程情況、工期要求等因素,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選可采用支架現(xiàn)澆或造橋機(jī)施工。武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)部分隧道之間簡(jiǎn)支箱梁由于運(yùn)梁凈空限制,根據(jù)施工組織綜合要求采用預(yù)制架設(shè)后澆翼緣的施工方案(圖1)。

圖1 預(yù)制箱梁通過(guò)隧道

常用跨度連續(xù)梁采用懸臂澆筑法,部分(32+48+32) m連續(xù)梁采用支架現(xiàn)澆。

4 橋梁基礎(chǔ)

4.1 基礎(chǔ)研究成果

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)橋梁基礎(chǔ)有2種,即鉆孔灌注樁、明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。

橋梁下部結(jié)構(gòu)投資占橋梁總投資的一半左右,下部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)研究對(duì)橋梁工程的經(jīng)濟(jì)性意義重大。結(jié)合沿線(xiàn)地質(zhì)條件,對(duì)無(wú)砟軌道無(wú)縫線(xiàn)路與橋梁下部結(jié)構(gòu)的關(guān)系、影響橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度的主要因素、不同地質(zhì)條件下橋墩和基礎(chǔ)剛度的合理分配、下部結(jié)構(gòu)橫向剛度、基礎(chǔ)布置形式等做了系統(tǒng)研究。研究表明：

(1)對(duì)于矮墩,樁的承載力控制設(shè)計(jì)；對(duì)于高墩,則為縱橫向剛度控制設(shè)計(jì)。

(2)在采用已有橋墩參考圖情況下,墩形、樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)、樁的受力類(lèi)型對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度影響較小,影響橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度的主要因素為：墩高、樁間距、樁的布置形式、柱樁樁長(zhǎng)、樁的自由長(zhǎng)。摩擦樁樁長(zhǎng)30 m以?xún)?nèi)時(shí),剛度變化不大

(3)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮墩頂縱向剛度,還應(yīng)考慮墩頂橫向剛度。按規(guī)范梁水平折角不應(yīng)大于1‰規(guī)定,墩頂橫向剛度不控制設(shè)計(jì)。梁部采用32 m簡(jiǎn)支箱梁,橋墩采用矩形和圓端型空心墩,根據(jù)不同墩高、不同地質(zhì)條件采用不同基礎(chǔ)布置形式,對(duì)多種典型橋梁原型及其變化型的動(dòng)力特性及列車(chē)走行性進(jìn)行大量計(jì)算,研究分析表明,客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)下部結(jié)構(gòu)橫向剛度過(guò)小時(shí),即使?jié)M足水平折角要求,車(chē)橋偶合動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果不能滿(mǎn)足列車(chē)走行性相關(guān)要求。

(4)考慮經(jīng)濟(jì)性因素,常用跨度簡(jiǎn)支箱梁橋墩一般采用直徑1.00 m鉆孔樁,樁數(shù)不超過(guò)12根,當(dāng)樁長(zhǎng)超過(guò)50 m時(shí),考慮施工難度,適當(dāng)加大樁徑。復(fù)雜地質(zhì)、地形條件如巖溶發(fā)育區(qū)、陡坡地段的樁徑宜適當(dāng)加大。

(5)橋梁下部結(jié)構(gòu)主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(表2、表3)

表2 烏花段樁基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表3 烏花段下部結(jié)構(gòu)主要數(shù)量統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

4.2 承臺(tái)、樁身配筋

承臺(tái)是橋梁主要受力結(jié)構(gòu),由于其受力復(fù)雜,不易計(jì)算,常用的分析方法是在滿(mǎn)足剛性角的情況下將其假設(shè)為剛體,承臺(tái)底按構(gòu)造配筋,一般采用φ20 mm@20 cm,復(fù)雜重要橋梁則專(zhuān)門(mén)對(duì)承臺(tái)進(jìn)行實(shí)體模型分析,加強(qiáng)配筋。

對(duì)多個(gè)武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)簡(jiǎn)支箱梁的典型承臺(tái)實(shí)體模型分析表明：(1)承臺(tái)底層有較大拉應(yīng)力,應(yīng)適當(dāng)配筋；(2)實(shí)體模型計(jì)算配筋量比撐桿理論計(jì)算配筋量??；(3)如實(shí)體模型計(jì)算不考慮混凝土能承受的拉應(yīng)力,撐桿理論不考慮重要性系數(shù),配筋計(jì)算結(jié)果基本相當(dāng)；(4)承臺(tái)底配筋量同樁基礎(chǔ)布置及樁距有關(guān)。

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)承臺(tái)底配筋采用了實(shí)體模型研究結(jié)果,承臺(tái)頂及側(cè)面配筋根據(jù)《武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)橋梁樁基礎(chǔ)等設(shè)計(jì)問(wèn)題研討會(huì)紀(jì)要》進(jìn)行。

樁身配筋根據(jù)計(jì)算確定,并滿(mǎn)足規(guī)范軸心受壓構(gòu)件縱筋截面積不小于構(gòu)件截面積0.5%的規(guī)定,樁頭配筋采用喇叭口方式,地震區(qū)樁身箍筋應(yīng)加強(qiáng)。

5 墩臺(tái)

5.1 橋墩特點(diǎn)

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)橋墩的主要特點(diǎn)：(1)采用空心墩；(2)不設(shè)頂帽,改變了我國(guó)鐵路橋梁多年來(lái)橋墩均設(shè)頂帽的習(xí)慣,從而簡(jiǎn)化了橋墩外形,在增加較少圬工用量的情況下還附帶增加橋墩縱向線(xiàn)剛度,以確保高速鐵路橋梁行車(chē)更加平順；(3)注意墩身剛度占下部結(jié)構(gòu)總剛度的合理比例,避免了墩身剛度過(guò)小時(shí)加大基礎(chǔ)剛度的做法,體現(xiàn)了明顯的經(jīng)濟(jì)性；(4)注意檢查維修附屬設(shè)施設(shè)計(jì)。

大跨度連續(xù)梁橋墩、其他特殊跨度橋墩特別設(shè)計(jì),根據(jù)工點(diǎn)具體情況,考慮功能、景觀因素確定墩形。

5.2 橋臺(tái)

橋臺(tái)采用矩形空心結(jié)構(gòu),結(jié)合梁部設(shè)計(jì),臺(tái)長(zhǎng)設(shè)為定長(zhǎng),不隨高度變化,方便施工。空心臺(tái)身圬工省,質(zhì)量輕,也利于優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。臺(tái)后填土高度4.0～8.0 m,級(jí)差0.5 m,臺(tái)身入土深分別為0～2.0 m。

5.3 連續(xù)梁橋墩墩頂縱向水平力計(jì)算

連續(xù)梁合龍后梁體收縮徐變、溫度變化、列車(chē)牽引力、制動(dòng)力、無(wú)縫線(xiàn)路長(zhǎng)鋼軌力等作用下,均對(duì)橋墩產(chǎn)生縱向水平力。由于連續(xù)梁活動(dòng)支座摩阻力的存在,連續(xù)梁常具有固定支座“不固定”,活動(dòng)支座“不活動(dòng)”的特性,固定墩、活動(dòng)墩共同承受縱向水平力。

客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)連續(xù)梁墩頂荷載大,固定墩縱向剛度須滿(mǎn)足無(wú)砟軌道無(wú)縫線(xiàn)路的要求,縱向剛度往往較大,出于外形協(xié)調(diào)的考慮,活動(dòng)墩墩身尺寸一般同固定墩一致,這樣,活動(dòng)墩縱向剛度也較大。在橋墩縱向剛度較大時(shí),即使較小的縱向變形也會(huì)產(chǎn)生較大的縱向水平力。

連續(xù)梁橋墩墩頂縱向水平力計(jì)算原則：

(1)活動(dòng)墩按支座摩阻力計(jì)算；(2)固定墩承受無(wú)縫線(xiàn)路長(zhǎng)鋼軌力、制動(dòng)力與支座摩阻力之和,其中,制動(dòng)力根據(jù)橋墩縱向剛度分配,支座摩阻力為固定墩左側(cè)摩阻力合力與右側(cè)摩阻力合力的差,為方便計(jì)算,無(wú)縫線(xiàn)路長(zhǎng)鋼軌力由固定墩承受。

6 大跨度橋梁

6.1 概述

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)沿線(xiàn)跨越多處大江大河及高等級(jí)公路,受通航及立交凈空、防洪等諸多條件制約,需要橋梁以較大跨度跨越,由此出現(xiàn)了多處大跨度橋梁(表4)。

表4 全線(xiàn)主要大跨度橋梁匯總

6.2 跨環(huán)城高速特大橋(99+242+99)m四線(xiàn)連續(xù)鋼桁拱(圖2、圖3)

本橋位于廣州市,主橋跨越東平水道,一跨過(guò)江,橋式為(99+242+99)m四線(xiàn)連續(xù)鋼桁拱,橋上有武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)及廣茂線(xiàn)各兩線(xiàn),四線(xiàn)線(xiàn)間距(5.0+9.2+4.6)m,有砟軌道,設(shè)計(jì)行車(chē)速度均為200 km/h。

圖2 東平水道主橋布置圖(單位:m)

圖3 東平水道四線(xiàn)連續(xù)鋼桁拱實(shí)景

結(jié)構(gòu)采用三片主桁,中心距2×14.0 m,主桁間設(shè)交叉形縱向及橫向聯(lián)結(jié)系,吊桿采用箱形截面,中間不設(shè)置橫撐。鋼桁拱節(jié)間長(zhǎng)度11 m,邊跨9個(gè)節(jié)間,中跨22個(gè)節(jié)間,邊跨平行弦桁高14 m,拱頂桁高9 m,加勁弦高20 m,拱肋采用二次拋物線(xiàn),下拱圈矢跨比1/4,最大吊桿長(zhǎng)40.5 m。主桁采用整體節(jié)點(diǎn),弦桿、拱肋、吊桿及箱形截面腹桿與節(jié)點(diǎn)四面對(duì)拼,H形腹桿通過(guò)插入方式與節(jié)點(diǎn)連接,H形縱向平聯(lián)與主桁節(jié)點(diǎn)通過(guò)翼板對(duì)拼,H形橫聯(lián)通過(guò)插入方式與主桁節(jié)點(diǎn)連接。采用正交異性板整體橋面,鋼橋面頂板上設(shè)150 mm厚的現(xiàn)澆混凝土道砟槽,用焊釘與鋼橋面板結(jié)合。主桁采用Q370qD或Q370qE,橋面系、聯(lián)結(jié)系采用Q345qD,道砟槽板采用C40鋼筋混凝土,全橋主結(jié)構(gòu)用鋼量17 083.5 t。施工時(shí)先邊跨、后中跨,合龍時(shí)先拱肋后系梁。

6.3 汀泗河特大橋140 m鋼箱系桿拱(圖4)

汀泗河特大橋位于湖北省咸寧市,跨越京珠高速公路,線(xiàn)路與高速公路夾角為30°。公路為雙向四車(chē)道,按預(yù)留8車(chē)道考慮,主跨采用140 m鋼箱系桿拱。

鋼箱拱橋由于具有拱橋受力性能良好且造型優(yōu)美,兼鋼結(jié)構(gòu)橋梁自重輕、建筑高度小、跨越能力大、施工周期短的特點(diǎn),因而此種橋式在跨越高等級(jí)公路及河流時(shí)具有較好的優(yōu)越性。

鋼箱系桿拱梁長(zhǎng)143 m,計(jì)算距徑140 m。拱肋線(xiàn)型采用2次拋物線(xiàn),矢跨比1/5,變截面鋼箱,截面理論高度4.5～3.0 m,寬2.0 m,兩側(cè)拱肋平行布置,中心間距16 m。兩拱肋之間共設(shè)五道一字橫撐。橋面板采用“┕┙”形混凝土板,板厚300 mm,通過(guò)剪力釘與縱橫梁結(jié)合,與系梁不結(jié)合。系梁為等截面鋼箱,梁高3.5 m,內(nèi)寬1.94 m。橫梁為抵抗較大的面外彎矩均設(shè)為箱形截面。吊桿采用工形鋼性吊桿,為減少風(fēng)振,在吊桿腹板上開(kāi)設(shè)了過(guò)風(fēng)孔。

在靜活載作用下,系梁最大豎向位移值為4.87 cm,撓跨比1/2 817；梁端最大轉(zhuǎn)角為1.86‰。由于梁端轉(zhuǎn)角偏大,為適應(yīng)無(wú)砟軌道的要求,鋼箱系桿拱與鄰跨32 m梁間設(shè)置了過(guò)渡梁。為滿(mǎn)足相鄰梁梁端兩側(cè)的鋼軌支點(diǎn)橫向相對(duì)位移值不大于1 mm的要求,設(shè)置橫向限位裝置。

圖4 140 m鋼箱系桿拱實(shí)景

6.4 112 m尼爾森體系提籃系桿拱(圖5)

下承尼爾森體系鋼管混凝土提籃式系桿拱橋造型美觀,建筑高度低,跨越能力強(qiáng)；外部靜定結(jié)構(gòu),適應(yīng)性強(qiáng)；橋梁結(jié)構(gòu)豎、橫向剛度大,整體橋面對(duì)軌道的應(yīng)對(duì)性能好；造價(jià)經(jīng)濟(jì),養(yǎng)護(hù)方便,能較好地適應(yīng)高速鐵路對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的要求。

全線(xiàn)采用3處112 m提籃系桿拱。分別位于武漢市、赤壁市、臨湘市,用于城市干道和高速公路。

拱肋采用懸鏈線(xiàn),計(jì)算跨徑112 m,矢高f=22.4 m,矢跨比f(wàn)/l=1/5,拱軸系數(shù)m=1.347。

拱肋采用豎置啞鈴形鋼管混凝土截面,截面高3.0 m,等高布置；鋼管直徑為1 200 mm,由厚18 mm的鋼板卷制而成,拱肋在橫橋向內(nèi)傾9°,形成提籃式。兩拱肋之間共設(shè)5道橫撐,系梁采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面,橋面箱寬17.8 m,梁高2.5 m。吊桿布置采用尼爾森體系,每?jī)筛鯒U只交叉一次,吊桿間距為8 m,吊桿內(nèi)設(shè)磁通量傳感器,以便對(duì)施工過(guò)程中及后期吊桿應(yīng)力進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。在橋梁兩端對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)支梁固定支座側(cè)設(shè)橫向限位裝置,以適應(yīng)軌道橫向要求。為減小梁體轉(zhuǎn)動(dòng)以及溫度變化對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響,在梁端設(shè)置軌道調(diào)節(jié)板。

在靜活載作用下,系梁最大豎向位移值為1.94 cm,撓跨比1/5 770,梁端最大轉(zhuǎn)角0.705‰,工后徐變1.8 mm。

圖5 112 m尼爾森體系提籃系桿拱實(shí)景

6.5 流溪河特大橋(84+168+84)m雙線(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)(圖6)

本橋位于廣東省廣州市,主橋跨越西華海水道,橋墩軸線(xiàn)與水流方向成約28°斜交,橋下通航要求凈高不少于10 m、凈寬不小于135 m,采用(84+168+84)m雙線(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)跨越。主橋位于直線(xiàn)、平坡上,無(wú)砟軌道,計(jì)算行車(chē)速度300 km/h。橋址處地震基本烈度7度,地震動(dòng)峰值加速度為0.1g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

箱梁橫截面為單箱單室直腹板,箱梁頂寬13.4 m,底寬8.5 m,中墩處梁高11.0 m,跨中梁高5.5 m,梁高按圓曲線(xiàn)變化,圓曲線(xiàn)半徑R=570.114 m。全梁共分89個(gè)梁段,中支點(diǎn)0號(hào)梁段長(zhǎng)度13 m,一般梁段長(zhǎng)度分成3.0、3.5、4.0 m,合龍段長(zhǎng)2.0 m,邊跨直線(xiàn)段長(zhǎng)11.0 m,最大懸臂澆筑塊件重2 938.9 kN。主墩為雙柱式,柱中心距離8.0 m,凈間距5.5 m,墩身截面尺寸為長(zhǎng)11.0 m、寬2.5 m,兩個(gè)主墩墩高分別為15.3、22.3 m。

梁部最大豎向靜活載撓度為45.5 mm,撓跨比為1/3 692.3,梁端轉(zhuǎn)角0.6‰,按成橋后60 d上二期恒載計(jì)算,徐變上拱值最大為4.1 mm。

圖6 (84+168+84)m連續(xù)剛構(gòu)實(shí)景

6.6 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(圖7)

圖7 (60+5×100+60)m連續(xù)梁實(shí)景

全線(xiàn)主跨100 m以上大跨度連續(xù)梁9座,跨度分別為(60+100+60)m連續(xù)梁2座、(70+125+70)m連續(xù)梁5座、株洲西湘江特大橋(60+5×100+60)m連續(xù)梁1座、衡陽(yáng)湘江特大橋(64+4×116+64)m連續(xù)梁1座。

連續(xù)梁主要構(gòu)造參數(shù)見(jiàn)表5。設(shè)計(jì)從梁高、預(yù)應(yīng)力索的布置等多個(gè)方面控制大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的后期變形,以適應(yīng)高速鐵路無(wú)砟軌道的需要,設(shè)計(jì)建議二期恒載鋪設(shè)時(shí)間在連續(xù)梁合龍后60～90 d。

表5 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁主要構(gòu)造參數(shù)

通過(guò)調(diào)整連續(xù)梁收縮、徐變計(jì)算模式或計(jì)算參數(shù),使連續(xù)梁收縮、徐變、上拱度發(fā)生一系列改變,將后期徐變變形疊加到軌道不平順中,對(duì)各組參數(shù)變化分別進(jìn)行詳細(xì)的車(chē)-橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算分析,得到車(chē)輛系統(tǒng)和橋梁系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)最大值并進(jìn)行評(píng)價(jià),滿(mǎn)足橋梁和列車(chē)走行性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的徐變變形最大值的要求，連續(xù)梁主要計(jì)算成果見(jiàn)表6。

7 支座

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)橋梁采用CKPZ盆式橡膠支座，與傳統(tǒng)支座相比較,具有以下不同的技術(shù)特點(diǎn)：(1)主體鋼構(gòu)件采用Q345熱軋鋼,強(qiáng)度高、性能可靠、耐久性能好；(2)承壓橡膠塊采用純天然橡膠,耐老化性能更好；(3)密封銅環(huán)采用HPb59-1鉛黃銅,提高了耐磨性能；(4)采用UHMW-PE改性超高分子量聚乙烯板與不銹鋼板對(duì)磨,具備更小的摩擦系數(shù)與更強(qiáng)的耐磨性能；(5)采用剪力榫及單道軌結(jié)構(gòu),支座構(gòu)造更簡(jiǎn)單；(6)密封銅環(huán)采用開(kāi)槽構(gòu)造,可以和底盆內(nèi)壁有很好的配合曲率,有效地防止了橡膠從銅環(huán)和盆壁之間擠出,改善了橡膠的使用工況,延長(zhǎng)了橡膠墊的使用壽命,進(jìn)而延長(zhǎng)了支座的使用壽命；(7)提高了底盆內(nèi)腔和盆塞凸緣部分的表面粗糙度要求,使支座更易于轉(zhuǎn)動(dòng)及降低密封銅環(huán)與鋼盆之間的磨耗。

表6 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁主要設(shè)計(jì)成果匯總

8 橋面系及橋梁接口

8.1 橋面系

排水系統(tǒng)：排水系統(tǒng)采用兩側(cè)排水方式,一般橋梁不設(shè)縱向排水管,直排地面,環(huán)境敏感區(qū)橋梁，跨越鐵路、公路的孔跨設(shè)縱向排水管。

伸縮縫：伸縮縫由建設(shè)單位招標(biāo)確定,采用耐候鋼方案。

欄桿：采用多功能性高強(qiáng)高性能鋼筋混凝土橋梁欄桿。

防水體系：高聚物改性瀝青防水卷材用于有砟及無(wú)砟橋面防撞墻內(nèi),其下采用低固含量液態(tài)涂料處理劑；聚氨酯防水涂料用于電纜溝槽內(nèi)的防水和混凝土保護(hù)層的防水封邊。

8.2 橋梁接口

橋梁主要接口有軌道、路基、環(huán)保、通信、信號(hào)、電力、牽引供電、綜合接地8個(gè)方面。

9 涵洞

為適應(yīng)無(wú)砟軌道的變形要求,武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)涵洞采用整體性好的鋼筋混凝土框架涵。涵洞頂至軌底的填料厚度不小于1.5 m,涵節(jié)長(zhǎng)度不小于5 m,沉降縫設(shè)置于兩線(xiàn)間,以保證軌道板放置在同一涵節(jié)上,沉降縫采用適應(yīng)變形和止水的材料,保證耐久性要求的使用壽命。涵洞基礎(chǔ)地基采取與相鄰路基相一致的處理原則。涵洞板厚不小于30 cm,加強(qiáng)對(duì)不利環(huán)境侵害的抵抗力。

10 邊坡防護(hù)

本線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高,曲線(xiàn)半徑大,部分橋墩不可避免位于陡坡地段,路改橋后,為減少過(guò)渡段,部分橋臺(tái)深入路塹,為滿(mǎn)足兩橋橋臺(tái)尾最小距離不小于150 m的規(guī)定,部分橋梁在路塹內(nèi)連通,造成橋梁范圍內(nèi)存在邊坡。邊坡開(kāi)挖后,容易受到?jīng)_刷、溜塌、塌滑等變形破壞,隱患較大,故對(duì)橋梁范圍的邊坡進(jìn)行了處理。根據(jù)不同地質(zhì)條件、地形條件,采用植草、骨架護(hù)坡、預(yù)應(yīng)力錨索、擋墻、樁板墻等工程措施對(duì)邊坡進(jìn)行加固。

11 科研項(xiàng)目

11.1 武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁技術(shù)試驗(yàn)研究

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)采用跨度100 m及以上的連續(xù)梁達(dá)9處。課題對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁后期徐變變形控制、后期徐變變形與無(wú)砟軌道高速行車(chē)的適應(yīng)性、連續(xù)梁剛度對(duì)高速列車(chē)走行性影響、與無(wú)砟無(wú)縫線(xiàn)路相互作用關(guān)系、梁端無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)受力計(jì)算模型和計(jì)算方法、無(wú)砟軌道與連續(xù)梁連接形式等方面開(kāi)展研究,取消了(84+168+84)m連續(xù)剛構(gòu)、(70+125+70)m連續(xù)梁鋼軌溫度伸縮調(diào)節(jié)器,初步提出了滿(mǎn)足高速鐵路行車(chē)要求的大跨度鐵路橋梁剛度合理范圍及后期徐變的容許最大值。

11.2 武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)下承式鋼箱系桿拱橋關(guān)鍵技術(shù)研究

高速鐵路采用140 m鋼箱系桿拱尚無(wú)先例。課題對(duì)梁拱相互作用、結(jié)構(gòu)受力特性、橋面結(jié)合形式、構(gòu)造及拱腳局部應(yīng)力、吊桿風(fēng)振、與無(wú)砟軌道的適應(yīng)性、動(dòng)力特性等方面開(kāi)展研究,指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工,為該橋順利建成提供技術(shù)保障。

12 結(jié)語(yǔ)

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)充分采用了我國(guó)高速鐵路前期研究成果,同時(shí),根據(jù)本線(xiàn)特點(diǎn)對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁、橋梁變形控制等方面進(jìn)行深入研究,控制了橋梁投資,豐富了客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的梁型,其工程實(shí)踐為鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1] 鐵建設(shè)[2007]47號(hào)，新建時(shí)速300～350 km客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定(上、下)[S].

[2] 鄭 健.中國(guó)高速鐵路橋梁[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3] 文功啟,金福海,徐 勇.武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)140 m鋼箱系桿拱橋在無(wú)砟軌道中的應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2007(增刊).

[4] 馮楚橋.高速鐵路無(wú)砟軌道112 m尼爾森提籃系桿拱橋設(shè)計(jì)[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2007(12).

[5] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋梁技術(shù)研究總報(bào)告[R].武漢：2008.