董高潮

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

近年來，我國鐵路網(wǎng)正逐漸完善，新建鐵路干線的修建過程中跨越既有線路的現(xiàn)象普遍存在，跨線橋尤其是跨越車流密度大的繁忙鐵路干線的橋梁，逐漸受到關注和重視?？缇€橋的設計具有特殊性和復雜性，不僅要滿足橋梁凈空的限制要求，還要保證既有線路的安全和正常運營，其橋跨布置、結構形式和施工方法均受到一定限制，設計施工難度較大。

無梁板橋因具有上部結構高度低、橋梁剛度大、造型優(yōu)美、結構靈活、施工方便、經(jīng)濟性好等特點，能適用于彎、斜、坡等地形，較其他橋型而言，是適宜用于跨越既有線路和河流路網(wǎng)的理想橋型，在國內(nèi)外高速鐵路、公路立交的建設中都已得到應用［1-4］。但傳統(tǒng)無梁板橋一般用樁柱式下部構造直接支承上部的連續(xù)板式構造，僅適應于小跨度橋梁，若用于多跨連續(xù)板時，墩身將發(fā)生較大位移，不適合在中長跨度橋中使用［2］。本文對武康上行客車線跨京廣線特大橋中一聯(lián)多跨無梁板連續(xù)剛構橋的設計、計算與施工進行了詳細的介紹說明，其經(jīng)驗及創(chuàng)新之處可供同類橋梁參考。

1 工程概況

武康上行客車線跨京廣線特大橋是漢丹線增建二線引入武漢樞紐工程的重要組成部分，橋梁全長1 979.7 m。其中第24號墩至第30號墩位于漢口站西咽喉4 km處，選用無梁板連續(xù)剛構的結構形式，跨徑布置為(14.26+22.03+22.08+17.66+17.52+19.29)m，與既有武康線和既有京廣線相交，跨越五條既有電氣化鐵路線路——武康上行貨車線、武康下行貨車線、京廣上行客車線、京廣上行貨車線、京廣下行貨車線，與既有鐵路最小交角為23°10'，線路布置見圖1。

圖1 橋梁平、立面布置(單位:cm)

該橋平面位于圓曲線上，橋下既有線運輸繁忙，行車密度大，最大行車速度達140 km/h，梁頂設計高程距軌頂距離較小，且施工時既有線運營不能中斷，因此設計施工困難重重。由于跨越多條既有線路，為滿足各既有線的行車凈空要求和結構凈空限制，經(jīng)方案比選后選用梁高較低的無梁板連續(xù)剛構橋進行跨越。該橋右線位于R=500 m的圓曲線上，結構中心線位于R=497.405 m的圓曲線上，梁底距離軌道頂?shù)淖畹透叨葍H為8.6 m。

表1 梁體主要設計參數(shù)與工程量比較

2 主要設計標準

鐵路等級:雙線Ⅰ級鐵路

設計速度:80 km/h。

線路情況:有砟橋面，雙線，線間距5.21 m，右線位于R=500 m的圓曲線上?？v坡較大，沿小里程方向縱坡G=12‰，沿大里程方向為－7.6‰。

一期恒載:梁體自重，γ=26 kN/m。

二期恒載:包括鋼軌、道砟、軌枕、防水層、保護層、墊層、人行道、欄桿等附屬設施重，折合成線荷載按123 kN/m計算。

收縮徐變:按老化理論計算混凝土的收縮徐變，按野外一般條件計算，相對濕度取80%。

活載:列車活載采用中-活載，考慮列車沖擊力［5-6］;人群活載為4 kN/m2，不與列車荷載同時組合。設計時采用全橋影響線加載進行計算。見圖2。

圖2 中—活載圖式(標準活載與特種活載)(單位:m)

橫向搖擺力作為主力，按100 kN計算。

溫度荷載:體系溫度根據(jù)當?shù)貧夂驐l件整體升降溫按20℃計算;橫向溫度按日照和寒潮2種模式計算［5-6］，如圖3 所示。

圖3 橫向溫度計算模式

荷載組合:(1)主力組合:自重+二期恒載+預應力+收縮徐變+活載+搖擺力;(2)主力+附加力組合:主力組合+溫度力+離心力+制動力+風力。

3 結構設計

3.1 建筑材料

梁體采用C50高性能混凝土，擋砟墻及人行道步板采用C40鋼筋混凝土?？v向預應力筋采用公稱直徑為15.20 mm高強度低松弛鋼絞線，錨固體系采用OVM體系，管道形成采用金屬波紋管，普通鋼筋采用HRB335鋼筋和HPB235，支座選用LQZ球形鋼支座。

3.2 上部結構

本橋為雙線有砟連續(xù)板橋，橋梁全長112.84 m(含兩側梁端至邊支座中心各0.5 m)。由于跨越多條既有鐵路干線，為滿足各線路的行車凈空要求，經(jīng)多次設計修改和比較優(yōu)化后，選用梁體高度較小且整體受力性能較好的新型無梁板連續(xù)剛構結構體系，結構靈活且便于施工，可以最大限度地減少對既有鐵路的干擾和影響。

梁部結構為支撐于若干立柱上的連續(xù)空心板，采用單箱多室箱形截面(圖4)，頂板寬度12.32 m，底板寬度9.0 m，一般截面梁高1.6 m，支承處局部加高至2.0 m。梁部頂板采用2%的人字坡，頂板厚0.25 m，底板厚0.27 m，腹板厚0.40 m。全橋橫梁為預應力結構，共設中橫梁5個，沿縱向厚4.0 m;端橫梁2個，沿縱向厚1.5 m。

結構為連續(xù)梁體系，各跨跨中底板受拉頂板受壓，支承處頂板受拉底板受壓。結合平面模型的計算結果，鋼束采用公稱直徑為15.20 mm高強度低松弛鋼絞線，全橋共配置頂板束28束、底板束12束和腹板束12束，一般截面頂板僅布置有12根鋼束，第26號墩、28號墩因頂板負彎矩較大額外布置16根頂板短鋼束?？v向鋼束張拉時，按照腹板束→長頂板束→底板束→短頂板束的順序進行，先長后短，依次張拉，控制應力均為1 302 MPa;待縱向鋼束張拉完成后再對稱張拉橫梁鋼束。鋼束詳細布置見圖5。

圖4 典型截面示意(單位:cm)

圖5 跨中/支點截面鋼束布置示意(單位:cm)

3.3 下部基礎

該無梁板連續(xù)剛構橋共有12個橋墩，其中24號、25號－1、29號－2、30號墩臨近既有線，其他8個墩在兩線之間。兩邊墩分別采用雙線實體墩，主橋墩均采用圓柱式橋墩，圓柱直徑為1.5/1.7 m;墩下承臺均選用鋼筋混凝土矩形承臺，橋梁樁基均為鉆孔摩擦樁，各墩、承臺和樁的規(guī)格詳見表2。

表2 下部基礎規(guī)格

3.4 支座布置

無梁板橋按墩與板的聯(lián)接方式可分為多種體系形式［2，7－8］。該橋在設計初期就支座布置進行過 3種方案設計，分別為:連續(xù)式(墩板全部鉸接)、連續(xù)剛架式(墩板全部固結)和剛架連續(xù)板組合體系(邊墩、次邊墩與板鉸接，中間三柱墩與板固結)。計算表明，墩板全部鉸接時，支座數(shù)目較多，抵抗縱向水平力的能力差，墩身截面較大，影響行車凈空;墩板全部固結時，能抵抗較大的縱向水平力，但由于橋梁跨數(shù)較多，溫度引起較大的內(nèi)力很難克服;而第三種布置方式可以克服連續(xù)板和連續(xù)剛架式結構的各自缺點，同時集中它們的優(yōu)點，其結構整體性強，動力性能好，能抵抗較大的縱向水平力，溫度引起的內(nèi)力也很容易克服。

因此，本橋選用剛架連續(xù)板組合體系，25號、29號墩柱與梁采用活動支座連接，26號、27號、28號墩柱與梁板剛性連接。支座布置詳見圖6。

圖6 全橋支座布置示意(單位:cm)

表3 縱向計算主要成果

4 結構計算

4.1 縱向計算

由于橋梁中心線曲線半徑為497.405 m，每一孔跨跨徑均較小，對應最大圓心角2.6°，因此在計算時需考慮本橋的曲線特征，采用空間軟件進行計算。設計完成后，對結構的正截面抗彎強度、斜截面抗剪強度以及正截面抗裂等進行了驗算，結果表明各項強度安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。此外，為保證橋梁在安裝及使用階段的安全性，對其在各施工階段及使用階段的應力進行了計算，計算表明各階段的混凝土應力均滿足規(guī)范要求，見表3。

4.2 橫向計算

箱梁橫向計算按照實際橫截面尺寸，沿橋縱向取1 m長度為計算單元，建立橫向框架模型進行內(nèi)力分析和計算。本橋橫向按照普通鋼筋混凝土進行設計，檢算了跨中截面、支點截面在主力組合、主力+溫度附加力兩種荷載組合下的強度和裂縫。根據(jù)計算結果，在橋面板跨中截面上下緣沿橫向配置 φ16 mm的HRB335鋼筋，在梁端及支點截面配置φ20 mm的鋼筋，鋼筋間距為100 mm。配置上述鋼筋后，控制截面的最大裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

5 施工方法

結合工程地質(zhì)條件，本橋在施工過程中面臨的困難主要有:跨越5條電氣化鐵路線路，既有線行車不中斷，行車干擾、鐵路配合任務量大，防電要求高;梁部及基礎施工任務重、難度大;跨數(shù)較多，施工場地受限，支架搭設困難;地質(zhì)條件差，列車振動荷載下，樁基極易發(fā)生坍孔甚至斷樁。

為克服上述困難，施工時采取下列措施:(1)作好現(xiàn)場調(diào)查，開工前對沿線通信線、電力線以及地下的通信、信號、電力電纜進行詳細調(diào)查，設立安全警示牌［9-10］;(2)采用棚洞對既有線進行防護，防護棚洞采用“絕緣套管+橡膠防水板代替防電板”的措施，達到防電安全要求的同時創(chuàng)造了經(jīng)濟效益;(3)支架搭設采用膺架與滿堂支架相結合的技術［11］，在既有鐵路兩側采用膺架法施工，其他部分采用滿堂支架法施工。支架頂搭設防護網(wǎng);(4)混凝土分段分層對稱進行澆筑，預應力采用2次張拉，以防止混凝土產(chǎn)生收縮裂縫;(5)為減輕列車振動對鉆孔樁施工的影響，采取適當加長鋼護筒長度和適當增加泥漿相對密度相結合的防坍孔綜合措施;(6)采用合理的降噪措施，為工人宿舍區(qū)增設隔音措施。

6 總結與展望

鐵路跨線橋不同于一般的鐵路橋梁，其橋梁設計需要進行專門的特殊設計，應根據(jù)線路及地形實際進行方案比選。無梁板結構適宜作為線路密集、地形復雜地區(qū)跨越既有鐵路線的橋梁方案，但也并非唯一方案，連續(xù)梁橋、門式框架墩、系桿拱、斜腿剛構等多種橋型均可適用，方案比選可使最佳方案脫穎而出。

跨線橋的逐漸增多使安全問題日益突出，結構施工也要根據(jù)實際情況選擇最優(yōu)方案，制定詳細的施工組織計劃，進行施工安全精細化管理，方能在保證新結構安全順利建設的同時確保既有線正常、安全運營。

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