莫雁冰，莫玲慧，伍斌

（廣西南崇鐵路有限責(zé)任公司，廣西 崇左 532299）

1 研究背景

我國(guó)高速鐵路建設(shè)面臨橋梁工程建設(shè)規(guī)模巨大而建設(shè)周期相對(duì)較短問(wèn)題。目前，我國(guó)廣泛采用以32m 預(yù)制簡(jiǎn)支梁為主，配以24m 簡(jiǎn)支梁調(diào)跨的標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁方案解決建設(shè)周期問(wèn)題[1]。2017 年，新建鄭州至濟(jì)南客運(yùn)專線首次采用40m 整孔預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁實(shí)現(xiàn)運(yùn)架，具備標(biāo)準(zhǔn)化建造條件[2]。高速鐵路40m 簡(jiǎn)支箱梁的應(yīng)用可豐富預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)梁的跨度序列，高速鐵路在何情況條件下采用40m 簡(jiǎn)支箱梁將更具優(yōu)勢(shì)，文章作一個(gè)案例加以分析研究[3]。

2 項(xiàng)目概述

新建崇左至憑祥鐵路位于廣西壯族自治區(qū)的西南部，是250km/h 高鐵南寧至憑祥高速鐵路的一部分，為南寧至崇左鐵路的延伸，線路東起崇左市崇左南站，向西經(jīng)龍州縣至憑祥市。項(xiàng)目東端經(jīng)南崇鐵路引入南寧樞紐與南廣、柳南、南昆、貴南高鐵以及在建南深高鐵相連，西端遠(yuǎn)期與中越高速通道相連，經(jīng)河內(nèi)與萬(wàn)象—曼谷—吉隆坡—新加坡相通，形成中國(guó)與東盟的重要國(guó)際運(yùn)輸通道。

崇憑鐵路在項(xiàng)目可行性研究階段拉通方案共有新建橋梁56 座，共計(jì)41206.76 延長(zhǎng)米，占新建正線線路總長(zhǎng)度的50.8%，其中巖溶橋占橋梁總長(zhǎng)比為77.9%。

目前我國(guó)高速鐵路預(yù)制架設(shè)簡(jiǎn)支箱梁因受運(yùn)架設(shè)備的控制，跨度大于32m 簡(jiǎn)支梁基本采用現(xiàn)澆法或節(jié)段拼接法實(shí)施[4]。40m 整孔簡(jiǎn)支梁梁部及其下部橋墩均尚無(wú)部頒通用圖，需單獨(dú)立編制并論證，文章主要就崇憑鐵路對(duì)采用預(yù)制架設(shè)40m 簡(jiǎn)支梁方案與采用現(xiàn)行部頒32m 簡(jiǎn)支梁（圖號(hào)：通橋（2016）2229 系列）方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較。

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選參數(shù)設(shè)定

崇憑線全線橋梁墩高在3～40m 范圍內(nèi)的橋墩數(shù)量占總橋墩數(shù)量的98.35%，統(tǒng)計(jì)表如表1 所示。

表1 崇憑線全線墩高統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)墩高占比情況，比選按墩高3～20m、20～30m、30～40m 分為三檔分別新建3 座梁跨各為32m和40m 的橋梁工程，進(jìn)行橋梁模數(shù)及墩高級(jí)數(shù)等比選參數(shù)設(shè)定：

第一，分別新建1 座墩高3～20m、梁跨各為32m和40m 橋梁，橋墩高從3m 變化至20m，墩高按每增高0.5m 遞增一級(jí)進(jìn)行，共計(jì)35 個(gè)橋墩。

第二，分別新建1 座墩高20～30m、梁跨各為32m和40m 橋梁，橋墩高從20.5m 變化至30m，墩高按每增高0.5m 遞增一級(jí)進(jìn)行，共計(jì)20 個(gè)橋墩。

第三，分別新建1 座墩高30～40m、梁跨各為32m和40m 橋梁，該橋墩高從30.5m 變化至40m，墩高按每增高0.5m 遞增一級(jí)進(jìn)行，共計(jì)20 個(gè)橋墩。

每座橋梁的橋墩個(gè)數(shù)相同，橋長(zhǎng)不同，建立比選參數(shù)的橋梁表見(jiàn)表2。

表2 比選橋梁表

4 橋梁工程主要結(jié)構(gòu)及場(chǎng)地設(shè)計(jì)

4.1 上部結(jié)構(gòu)（梁部結(jié)構(gòu)）

40m 簡(jiǎn)支梁采用梁長(zhǎng)40.6m，計(jì)算跨度39.3m，截面類型為單箱單室等高度簡(jiǎn)支箱梁，梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚，頂板寬12.2m，底板寬5.3m，橫橋向支座中心距為4.4m，截面中心處梁高為2.886m，腹板傾角1∶3.5。截面如圖1 所示。

圖1 40m 簡(jiǎn)支梁截面尺寸（單位：mm）

32m 簡(jiǎn)支梁采用32m 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支梁[通 橋（2016）2229 系列梁圖]，梁長(zhǎng)為32.6m，計(jì)算跨度為31.5m，截面類型為單箱單室等高度簡(jiǎn)支箱梁，梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。支座中心線至梁端0.55m，梁高為2.686m，頂板寬為12.2m，底板寬為5.3m。現(xiàn)行32m 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支梁梁斷面如圖2 所示。

圖2 通橋（2016）2229 簡(jiǎn)支梁截面尺寸（單位：mm）

32m 與40m 簡(jiǎn)支梁技術(shù)、經(jīng)濟(jì)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 梁型對(duì)比表

由表3 可知，結(jié)構(gòu)尺寸及梁重方面，40m 簡(jiǎn)支梁較現(xiàn)行32m 簡(jiǎn)支梁大；剛度、基頻方面，40m 簡(jiǎn)支梁較現(xiàn)行32m 簡(jiǎn)支梁??；梁端轉(zhuǎn)角、殘余徐變上拱方面，40m簡(jiǎn)支梁較現(xiàn)行32m 簡(jiǎn)支梁大；每延米經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面，40m 簡(jiǎn)支梁較現(xiàn)行32m 簡(jiǎn)支梁略大。

4.2 橋墩結(jié)構(gòu)

40m 簡(jiǎn)支梁橋墩根據(jù)40m 簡(jiǎn)支梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，頂帽為縱向?qū)挾葹?.6m、橫向?qū)挾染鶠?.0m 的圓弧形截面，由墩身至頂帽以圓弧過(guò)渡。頂帽頂設(shè)置排水坡，頂帽與墩身相互間不設(shè)飛檐。墩身采用圓弧形截面，并根據(jù)墩身高度分別采用直坡等截面和變坡變截面，直坡和變坡分界墩全高為12m，墩頂縱向尺寸分別為2.2m、2.5m、2.8m，橫向尺寸均為6.2m。詳見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 40m 簡(jiǎn)支梁橋墩立面圖（h≤9m）（單位：cm）

圖4 40m 簡(jiǎn)支梁橋墩平面圖（h≤9m）（單位：cm）

32m 簡(jiǎn)支梁橋墩統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集：通橋（2017）4201（速度250km/h）雙線圓端形實(shí)體墩通橋。

4.3 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

采用該線典型地質(zhì)，即巖溶地區(qū)橋梁，基礎(chǔ)采用樁基，比選時(shí)考慮巖溶處理。巖溶地區(qū)墩臺(tái)樁基均采用拋填片石夾黏土混合物處理溶洞，并考慮困難段鋼護(hù)筒跟進(jìn)。樁基遇斜巖面采用回填混凝土處理。

4.4 梁場(chǎng)設(shè)計(jì)

結(jié)合《鐵路大型臨時(shí)工程和過(guò)渡工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（Q/CR 9149—2018），崇憑鐵路梁場(chǎng)設(shè)置主要按以下原則考慮。第一，每個(gè)梁場(chǎng)規(guī)模不小于100 孔。梁場(chǎng)供梁半徑滿足1d 架設(shè)完成1 孔箱梁，運(yùn)梁車滿足1d架設(shè)完成1 孔箱梁，合理走行距離一般控制在20km以內(nèi)。制梁場(chǎng)合理的供梁范圍控制在30～35km，一般不超過(guò)40km。梁場(chǎng)盡量靠近橋梁集中地段，特別是梁孔數(shù)量較多的長(zhǎng)橋附近，以縮短運(yùn)梁距離，加快架梁進(jìn)度和節(jié)約運(yùn)梁投資。同時(shí)，應(yīng)充分考慮技術(shù)復(fù)雜橋梁、高墩橋梁以及大跨連續(xù)梁橋?qū)芰汗て诘目刂?。第二，根?jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，梁場(chǎng)投資差異主要受箱梁供應(yīng)半徑控制。橋梁重心分布情況、工程地質(zhì)條件以及控制性工程工期等諸多因素均對(duì)梁場(chǎng)投資影響較大。此外，架梁進(jìn)度因素是影響梁場(chǎng)制梁臺(tái)座及存梁臺(tái)座的主要因素，40m 梁型的變化對(duì)梁場(chǎng)影響并非其主要因素。據(jù)測(cè)算，40m 預(yù)制梁場(chǎng)指標(biāo)明顯高于32m 預(yù)制梁場(chǎng)，每延米指標(biāo)約高出30%。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析

5.1 選用32m 跨預(yù)制箱梁作為主要梁型的工程概算

5.1.1 根據(jù)橋梁模數(shù)及墩高級(jí)數(shù)比選參數(shù)設(shè)定原則，采用3～20m 墩高的32m 簡(jiǎn)支梁為36 孔，墩臺(tái)37 個(gè)，橋長(zhǎng)1189.2 延長(zhǎng)米。主要工程概算如表4所示。

表4 3～20m 墩高32m 跨預(yù)制箱梁作為主要梁型的工程概算表

5.1.2 根據(jù)橋梁模數(shù)及墩高級(jí)數(shù)比選參數(shù)設(shè)定原則，采用20～30m 墩高的32m 簡(jiǎn)支梁為20 孔，墩臺(tái)21 個(gè)，橋長(zhǎng)698.7 延長(zhǎng)米。主要工程概算如表5 所示。

表5 20～30m 墩高32m 跨預(yù)制箱梁作為主要梁型的工程概算表

5.1.3 根據(jù)橋梁模數(shù)及墩高級(jí)數(shù)比選參數(shù)設(shè)定原則，采用30～40m 墩高的32m 簡(jiǎn)支梁為20 孔，墩臺(tái)21 個(gè)，橋長(zhǎng)698.7 延長(zhǎng)米。主要工程概算如表6 所示。

表6 30～40m 墩高32m 跨預(yù)制箱梁作為主要梁型的工程概算表

5.2 選用40m 跨預(yù)制箱梁作為主要梁型的工程概算

5.2.1 根據(jù)橋梁模數(shù)及墩高級(jí)數(shù)比選參數(shù)設(shè)定原則，采用3～20m 墩高的40m 簡(jiǎn)支梁為36 孔，墩臺(tái)37 個(gè)，橋長(zhǎng)1477.2 延長(zhǎng)米。主要工程概算如表7所示。

表7 3～20m 墩高40m 跨預(yù)制箱梁作為主要梁型的工程概算表

5.2.2 根據(jù)橋梁模數(shù)及墩高級(jí)數(shù)比選參數(shù)設(shè)定原則，采用20～30m 墩高的40m 簡(jiǎn)支梁為20 孔，墩臺(tái)21 個(gè)，橋長(zhǎng)866.7 延長(zhǎng)米。主要工程概算如表8 所示。

表8 20～30m 墩高40m 跨預(yù)制箱梁作為主要梁型的工程概算表

5.2.3 根據(jù)橋梁模數(shù)及墩高級(jí)數(shù)比選參數(shù)設(shè)定原則，采用30～40m 墩高的40m 簡(jiǎn)支梁為20 孔，墩臺(tái)21 個(gè)，橋長(zhǎng)866.7 延長(zhǎng)米。主要工程概算如表9 所示。

5.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

通過(guò)對(duì)表4～表9 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)分析對(duì)比可知，崇憑鐵路項(xiàng)目采用40m 跨箱梁作為主要梁型投資較采用32m 跨箱梁作為主要梁型投資少，具體投資對(duì)比詳見(jiàn)表10。

表10 32m 跨與40m 跨預(yù)制箱梁經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)比表

5.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選結(jié)論

此次簡(jiǎn)支梁方案比選采用該線典型地質(zhì)，即巖溶地區(qū)橋梁，并計(jì)入巖溶處理數(shù)量。橋梁墩高按照0.5m 級(jí)度遞增，比選3～20m、20～30m、30～40m 不同墩高時(shí)橋梁主要工程數(shù)量。根據(jù)橋梁主要工程量和概算得出如下結(jié)論：第一，在該線典型地質(zhì)條件下，僅考慮巖溶處理的費(fèi)用，不考慮梁場(chǎng)投資影響，40m梁方案較32m 梁方案投資指標(biāo)均降低。墩高3～20m，每延米節(jié)約1.45%（1000 元）；墩高20～30m，每延米節(jié)約0.8%（700 元）；墩高30～40m，每延米節(jié)約3.7%（4100 元）。采用40m 梁每延米指標(biāo)降低均在5%之內(nèi)，經(jīng)濟(jì)性不顯著。第二，若考慮梁場(chǎng)投資影響，40m 簡(jiǎn)支梁梁場(chǎng)投資比32m 簡(jiǎn)支梁梁場(chǎng)投資高30%，40m 梁方案較32m 梁方案投資節(jié)省極低。

5.5 推薦梁型選用方案

崇憑鐵路共有橋墩1154 個(gè)，其中墩高大于30m 橋墩共計(jì)52 個(gè)，占所有橋墩總個(gè)數(shù)4.51%，占比較小，因此，40m 簡(jiǎn)支箱梁方案對(duì)于本線的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)不明顯。目前國(guó)內(nèi)采用40m 簡(jiǎn)支梁的鐵路項(xiàng)目少，40m 簡(jiǎn)支梁架橋機(jī)普及和應(yīng)用少，施工熟練程度相對(duì)較低，有效解決建設(shè)周期相對(duì)較短問(wèn)題效果不明顯。此外，崇憑鐵路是南崇鐵路的延伸，與南崇鐵路采用同一種梁型便于全線統(tǒng)一，利于建設(shè)、運(yùn)營(yíng)及維修養(yǎng)護(hù)。綜上，此次推薦選用跨度32m 簡(jiǎn)支梁方案，不推薦選用跨度40m 簡(jiǎn)支梁方案。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，此次簡(jiǎn)支梁方案比選采用典型地質(zhì)，即巖溶地區(qū)高速鐵路32m 和40m 預(yù)制簡(jiǎn)支梁箱橋技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較研究，根據(jù)分析結(jié)果可以推斷，40m 簡(jiǎn)支箱梁經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要取決于墩高、地質(zhì)條件等因素。在墩高大于40m 時(shí)，采用40m 簡(jiǎn)支梁將經(jīng)濟(jì)性較明顯，采用墩身越高，40m 簡(jiǎn)支箱梁方案越省。