唐 斌

(中鐵大橋勘測設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430056)

1 工程概況

荊州長江公鐵大橋是浩吉鐵路的控制性工程，鐵路設(shè)計行車速度為160km/h，公路為雙向4車道，設(shè)計行車速度為80km/h，考慮通航、水文條件及河道沖刷情況，主通航孔橋為主跨518m雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋(見圖1)，跨徑布置為(98+182+518+182+98)m，橋長1 080m[1]。采用有砟軌道，道床厚35cm，除主通航孔橋與北岸引橋之間、主通航孔橋與邊灘連續(xù)鋼桁梁之間設(shè)置軌道伸縮裝置外[2]，其余區(qū)段均采用無縫線路。

圖1 主通航孔橋立面(單位：m)

在3號主塔與鋼桁梁間沿順橋向設(shè)置帶限位功能的黏滯阻尼器，塔身兩側(cè)各設(shè)置2套。阻尼器未約束溫度變化、車輛活荷載等緩慢荷載，但對車輛制動、脈動風(fēng)、船撞和地震等沖擊荷載作用下的動力響應(yīng)產(chǎn)生阻尼作用。在4號主塔與鋼桁梁間沿順橋向設(shè)置固定支座，限制主梁順橋向位移。在塔、梁間下弦桿處設(shè)置豎向約束，在上弦桿外層設(shè)置橫向抗風(fēng)支座。在邊墩及輔助墩頂鋼桁梁下游側(cè)設(shè)置縱向活動支座，提供豎向和橫向約束，在上游側(cè)設(shè)置多向活動支座，提供豎向約束。

2 主橋主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

主梁為N字形鋼桁梁，桁高13m，節(jié)間距14m，在主桁橫向中心距14m，在主桁節(jié)點(diǎn)處兩側(cè)設(shè)傾斜副桁，上端連接橫梁端部，下端連接下弦桿節(jié)點(diǎn)。橋面分2層布置，上層橋面為4車道公路，寬26m。下層橋面為雙線鐵路，線間距4.2m。斜拉索布置在上層橋面外側(cè)，中心距為26.7m，如圖2所示。

主塔采用H形橋塔，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[3-4]。塔頂標(biāo)高為203.950m，塔底標(biāo)高為21.450m，承臺以上塔高182.5m。塔柱順橋向尺寸由8m漸變至14m。上塔柱采用空心矩形截面，橫橋向尺寸為4.5m，順橋向壁厚為1.5m，橫橋向壁厚為0.8m。中塔柱采用空心矩形截面，橫橋向尺寸為5.5m，順橋向壁厚為1.2m，橫橋向壁厚為1.0m。下塔柱采用雙室空心矩形截面，橫橋向尺寸為5.5～8.0m，壁厚為1.5m，中隔板厚0.8m。底部設(shè)置基座，中塔柱頂部設(shè)置上橫梁，下塔柱與中塔柱交界處設(shè)置下橫梁，上、下橫梁按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計[5]。為保證船撞時的安全，采用C20混凝土自下塔柱塔座頂向上澆筑至標(biāo)高39.950m位置處，澆筑前須在該區(qū)段下塔柱內(nèi)壁涂刷1層瀝青作為隔離層。按雙向受彎驗算截面應(yīng)力，整個塔柱混凝土最大壓應(yīng)力為16.4MPa，鋼筋最大拉應(yīng)力≤30MPa，鋼筋最大壓應(yīng)力為163.2MPa，均滿足規(guī)范要求。

斜拉索采用雙索面[6]，按扇形布置，表面應(yīng)采取雙螺紋凸線措施，以減小振動效應(yīng)。除在預(yù)埋鋼管內(nèi)設(shè)置減振器外，參照抗風(fēng)研究結(jié)果設(shè)置體外液壓減振裝置。計算結(jié)果表明，斜拉索抗拉強(qiáng)度為1 670MPa，主力組合下要求安全系數(shù)>2.5，即應(yīng)力≤668MPa，附加力組合容許應(yīng)力可提高20%，即801.6MPa，斜拉索強(qiáng)度滿足要求。

主塔采用大直徑超長鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，其中3，4號主塔基礎(chǔ)均設(shè)置36根樁(見圖3)，標(biāo)高0.500m以上的灌注樁直徑為3.1m，長度為85m，標(biāo)高0.500m以下的灌注樁直徑為2.8m，長度為90m。承臺長度為58.4m，寬度為33.6m，厚度為6m。

圖3 3，4號主塔樁基礎(chǔ)示意(單位：cm)

3 主橋設(shè)計

3.1 大跨度重載鐵路斜拉橋結(jié)構(gòu)體系

通過選用合理的結(jié)構(gòu)體系，增加主梁縱向約束，將主梁部分約束力直接向下傳至塔身，降低橋塔受力點(diǎn)高度，減小橋塔塔底彎矩。同時將梁上縱向風(fēng)荷載傳至塔、墩較低位置，可大幅度減小橋塔內(nèi)力及結(jié)構(gòu)變形。

本工程采用5跨連續(xù)體系斜拉橋方案，合理布置跨度，采用雙層鋼橋面板桁組合主梁，并在3號主塔與鋼桁梁之間設(shè)置黏滯阻尼器，在4號主塔與鋼桁梁之間設(shè)置固定支座，形成整體剛度大、自重小、承載力高的結(jié)構(gòu)體系，改善主跨受力性能，滿足重載鐵路剛度要求，保證行車性能優(yōu)異。

3.2 倒梯形板桁一體化主梁結(jié)構(gòu)

鐵路橋面采用由縱肋(梁)、橫肋(梁)及加勁鋼橋面板組成的整體性好、剛度大正交異性板整體道砟橋面結(jié)構(gòu)[7]，橫肋(梁)與橋面板和主桁下弦桿焊接，組成板桁組合結(jié)構(gòu)。

主梁采用由倒梯形直主桁與傾斜副桁組成的板桁組合結(jié)構(gòu)，傾斜副桁上端連接外伸橫梁端部，下端連接下弦桿節(jié)點(diǎn)，減小了上層橋面橫向跨度。主桁上弦桿采用開口π形截面，簡化桿件構(gòu)造。板桁鋼梁采用一體化設(shè)計、制作與安裝，提高了工廠化程度，加快了現(xiàn)場施工速度，減小了對通航的影響。主梁采用整節(jié)間橋面板設(shè)計，減少了現(xiàn)場連接作業(yè)量，提高了施工效率。

3.3 基礎(chǔ)防洪措施

主橋位于荊江河段，荊江大堤防護(hù)等級高。主墩常年位于水中，河床在汛期易受沖刷，3號主塔墩毗鄰荊江大堤，地表硬殼層薄，下部粉細(xì)砂、圓礫土強(qiáng)透水層厚，屬于管涌和潰堤易發(fā)地段。為此進(jìn)行專項研究，提出堤身錐探灌漿地層加固防滲處理措施，水下拋石和水上毛石粗排護(hù)坡相結(jié)合的河岸防護(hù)技術(shù)，保證了堤壩安全和岸坡穩(wěn)定，滿足了河道防洪和通航要求，確保荊江大堤不受施工影響。

對荊江大堤進(jìn)行變位和沉降觀測，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測，通過對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保荊江大堤安全。大橋建成后，橋位河段主流部位基本穩(wěn)定，對橋位河段總體河勢及河床沖淤變化的影響小。

3.4 大直徑超長鉆孔灌注樁基礎(chǔ)

主塔采用大直徑超長鉆孔灌注樁基礎(chǔ)[8]，通過自平衡法試樁，確定單樁豎向抗壓極限承載力，測定樁周各分層側(cè)阻力和端阻力或樁身截面位移，驗證各土層設(shè)計參數(shù)的合理性。進(jìn)一步完善鉆孔灌注樁施工工藝，從而優(yōu)化灌注樁設(shè)計邊界條件，合理選擇灌注樁直徑，以有效減小樁長。

3.5 橋面鋪裝體系

重載鐵路列車軸重大，對橋面結(jié)構(gòu)沖擊強(qiáng)烈，橋面結(jié)構(gòu)抗疲勞要求高。采用超高性能混凝土鋪裝鐵路橋面，通過剪力釘將超高性能混凝土與鋼橋面板連為整體，共同受力。超高性能混凝土的應(yīng)用顯著提高了橋面剛度與抗疲勞能力。

4 主橋施工

主塔采用液壓爬模系統(tǒng)施工，下塔柱由于接近垂直，按8.2～10m分節(jié)，上、中塔柱按6m分節(jié)。上、下橫梁均采用支架法施工。

主通航孔橋鋼桁梁斜拉橋進(jìn)行雙懸臂對稱散拼，首先采用165t浮式起重機(jī)吊裝主墩墩旁托架、起始4個節(jié)間鋼梁及80t架梁吊機(jī)。主塔施工完成后，80t架梁吊機(jī)水上起吊雙懸臂散拼鋼梁，在邊跨無水區(qū)域棧橋上吊裝鋼梁桿件。在雙懸臂鋼梁拼裝的同時掛設(shè)斜拉索，依次合龍鋼梁下弦桿、上弦桿、斜桿，所有主桁桿件閉合后，安裝橋面板。鋼梁合龍后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 鋼梁合龍后的結(jié)構(gòu)

主墩基礎(chǔ)采用雙壁鋼圍堰施工[9]，圍堰分為2節(jié)，底節(jié)圍堰高18m，圍堰尺寸為68.2m×40.0m×24.0m(長×寬×高)，壁厚2m。底板及底節(jié)在工廠加工、組拼，采用氣囊法下河。首先進(jìn)行圍堰浮運(yùn)，整體浮運(yùn)到位后，拋錨定位。圍堰下放到位后，頂部標(biāo)高為34.200m，刃腳底部標(biāo)高為10.500m。經(jīng)現(xiàn)場測量，主墩圍堰處河床受流水“前沖后淤”影響，使主墩處河床標(biāo)高上、下游相差較大，為使圍堰在下沉過程中受力安全，利用清淤船將下游側(cè)河床標(biāo)高清理至12.000m，將上游側(cè)河床標(biāo)高拋填至11.000m。

安裝插打鋼護(hù)筒導(dǎo)向支架，利用2臺250t振動打樁機(jī)插打鋼護(hù)筒至設(shè)計位置，雙壁鋼圍堰掛于鋼護(hù)筒上，形成鉆孔平臺。利用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔，采用導(dǎo)管法灌注樁基水下混凝土。平臺上設(shè)置8臺鉆機(jī)，鉆孔灌注樁施工完成后，圍堰需接高，解除掛樁，清理河床，切割部分內(nèi)支架，下放圍堰至設(shè)計標(biāo)高，并在圍堰內(nèi)清基，灌注井壁混凝土和水下封底混凝土，封底厚5.5m。

圍堰封底混凝土灌注完成并達(dá)到強(qiáng)度后，首先使用潛水泵將圍堰內(nèi)的水抽干，然后清理圍堰內(nèi)的雜物及封底混凝土表面淤泥，最后完成樁頭處理與承臺施工。

主墩承臺鋼筋在工廠加工成半成品，由汽車運(yùn)輸至墩位處綁扎成型。承臺大體積混凝土分2次澆筑完成[10]，按照溫度控制要求設(shè)置降溫冷卻水管和溫度測量裝置。

5 結(jié)語

以浩吉鐵路荊州長江公鐵大橋為依托，通過采用合理的結(jié)構(gòu)體系，解決大跨度重載鐵路斜拉橋剛度大的難題。通過采用倒梯形板桁一體化主梁結(jié)構(gòu)，使橋梁更好地滿足上層公路橋面和下層鐵路橋面寬度相差較大的要求。通過采用合理的基礎(chǔ)方案，降低了造價。通過進(jìn)行基礎(chǔ)防洪處理，為橋梁建設(shè)提供安全保障。采用超高性能混凝土鋪裝技術(shù)，改善了鋼橋面受力性能，延長了重載鐵路橋面疲勞壽命。