西安至宝鸡客运专线桥梁设计

陈 堃

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

西安至宝鸡客运专线桥梁设计

陈 堃

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

西安至宝鸡客运专线地处关中平原，正线全长约138.107km，其中桥梁设计里程达120.89km，桥梁占全线总里程的87.5%。通过全面介绍西宝客运专线桥梁设计概况、重点桥梁桥式设计方案，为西北平原地区客运专线桥梁设计提供参考。

西宝客运专线；桥梁；设计

1 工程概况

西安至宝鸡客运专线是铁路中长期路网规划中“四纵四横”快速客运网徐兰客运专线的组成部分，本线建成后与郑西、徐郑客运专线及拟建宝鸡至兰州客运专线相连，形成陇海客运专线，向西继续与兰州至乌鲁木齐第二双线相连，形成贯穿我国东西的高速客运走廊，与既有陇海线、兰新线共同构成高标准、大能力的陆桥通道。

西安至宝鸡客运专线位于陕西省关中平原西部，正线全长约138.107 km。线路东起西安，向西经咸阳市、杨凌示范区至宝鸡，所经之地是陕西省重要的产业经济发展带。

1.1 地形地貌

西宝客运专线走行于渭河断陷盆地中西部的渭河冲积平原区，南倚秦岭，北临黄土台塬，总体地势由南北两侧向渭河河谷呈阶梯状降低，西高东低。总体上呈东西向延伸，南北向交替、条带状展布。

1.2 沿线水系

西宝客运专线沿线主要位于渭河流域，而渭河是黄河上游一级支流。渭河南岸靠近秦岭山脉，支流发育，一般多呈南北流向；渭河北岸支流较少，一般多呈西北-东南流向汇入渭河。线路跨越诸多渭河的两岸支流，沿线由东向西主要河流有漆水河、石头河、麦梨河、通峪沟、高桥沟、伐鱼河、蟠溪河、马尾河、清水河、沙河沟、朱峪沟等，以上河流多有常年流水，主要接受大气降水的补给，水位随季节性涨落，雨季时常有山洪爆发。

1.3 工程地质

沿线所经地区地层均为第四系全新统、上更新统、中更新统地层，厚度大于300 m。全新统(Q4)主要出露在现代河床、沟谷及山前斜坡部位，主要有冲、洪积黏性土、黄土、砂类土、碎石类土，局部有滑体堆积黏质黄土等；上更新统(Q3)主要有风积、冲积黏(砂)质黄土，冲、洪积黏性土、砂类土、碎石类土；中更新统(Q2)主要有风积黏质黄土夹古土壤(黏质黄土)主要分布于渭河二、三级阶地、黄土梁中下部，冲积黏性土、砂类土、碎石类土主要分布于一、二级阶地下部。全线黏质黄土大部分具湿陷性，厚度达10～20 m。

1.4 沿线气象

本区属暖温带半湿润大陆性季风气候。四季分明，春秋适宜，夏热多雨，冬寒干燥。

1.5 地震动参数

根据地震安全评估报告，线路经过地区地震动峰值加速度为0.15～0.167g,地震动反应谱特征周期设计采用0.35 s或0.40 s。

2 主要技术标准

(1)铁路等级：客运专线。

(2)正线数目：双线。

(3)速度目标值：350 km/h。

(4)最小曲线半径：7000 m。

(5)正线线间距：5 m。

(6)最大坡度：20‰。

(7)设计荷载：ZK活载。

3 桥涵工程概况

沿线桥涵主要工程见表1。

4 桥梁设计

4.1 桥梁概况

西宝客运专线沿线村镇密集，农业发达，道路交错，渠道遍布，地貌多为良田，大多数地段均以桥梁通过。沿线跨越的公路主要有西安～咸阳～宝鸡高速公路(双向八车道)、G312、G310、S104等，相邻各县、市、乡均有公路相通；沿线跨越的铁路主要有既有陇海铁路、西安枢纽北环线、西安平凉线；经过的主要河流有渭河、漆水河、石头河、麦梨河、通峪沟、高桥沟、伐鱼河、蟠溪河、马尾河、清水河等；需要跨越的水利设施主要：宝鸡峡塬下总干渠、渭惠渠、板桥退水渠、四支渠、咸阳市石头河输水管道工程等。

4.2 桥梁类型

全线桥梁类型详见表2。

4.3 桥梁设计

(1)上部结构

桥梁优先采用“通桥(2008)2322A”系列部颁标准梁32、24 m跨简支梁；当采用简支结构跨越公路、铁路、河流或灌渠困难时，可采用大跨连续结构或其他组合结构；当结构高度控制时可采用连续刚构或箱形桥。

表2 西宝客运专线桥梁类型统计

(2)下部结构

当桥墩全高H≤20 m时，桥梁24、32 m跨桥墩一般采用“通桥(2009)4301”部颁圆端形实体桥墩；当桥墩全高H>20 m时，采用圆端形空心桥墩；连续梁桥墩采用与标准墩外形相似的圆端形桥墩；桥台均采用矩形空心桥台。

(3)基础设计

本线位于渭河断陷盆地中西部的渭河河谷区及渭河冲积平原区，地质条件相对较差，根据地层条件，墩台基础类型均采用桩基础(以φ1.0 m、φ1.25 m、φ1.5 m钻孔桩为主)。通常情况下，24 m、32 m跨简支箱梁采用φ1.00 m或φ1.25 m桩基；较大跨度时采用φ1.5 m、φ1.8 m桩基。

4.4 特殊岩土地区桥梁基础设计

沿线所经地区地层均为第四系全新统、上更新统、中更新统地层，厚度大于300 m，其中桥梁基础多位于第四系全新统、上更新统地层中，地层主要有冲、洪积黏性土、黄土、砂类土、碎石类土。全线黏质黄土大部分具湿陷性，厚度达10～20 m，部分段落还有膨胀土。西宝客运专线桥梁设计充分参考郑西客运专线《湿陷性黄土桩基试验》的相关成果，形成本线特殊岩土地区桥梁基础设计原则。

(1)湿陷性黄土地区

位于各级湿陷性黄土地区的桥梁，其墩台桩基础应穿透湿陷性黄土层，将桩底置于稳定可靠的非湿陷性土层中；桩基础的负摩阻力按《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025—2004)取值，Ⅰ、Ⅱ级自重湿陷摩阻力取-10 kPa，Ⅲ、Ⅳ级自重湿陷摩阻力取-15 kPa。考虑到土层黄土湿陷性现象同时发生几率较小，负摩阻力计算范围按地质报告提供的湿陷厚度的60%～80%考虑，剩余土层部分不计入桩周摩阻力；桩基础计算时，对于非自重湿陷的土层偏安全不计桩侧摩阻力；湿陷性土层范围地基土比例系数m按饱和状态下湿陷性黄土取值，范围在2 500～6 000 kPa/m2之间，其中一般非自重湿陷性土层取6 000 kPa/m2，Ⅰ、Ⅱ级自重湿陷性土层取4 500 kPa/m2，Ⅲ、Ⅳ级自重湿陷土层取2 500 kPa/m2。

(2)膨胀土区

桥梁基础位于弱膨胀土层，原则上桥梁地基不做处理；桥梁基础位于中等膨胀土，桥梁须用桩基础；当基础穿过膨胀土层置于下部的非膨胀土层时，对于弱膨胀土按常规计算处理；对于中等膨胀土在大气影响深度即2 m范围的m及f值按0.5倍折减，以下均按常规处理；当基底置于膨胀土层时，对于弱膨胀土按常规计算处理；对于中等膨胀土在大气影响深度+2 m范围内的m及f值亦按0.5倍折减。

5 重点桥梁设计

5.1 咸阳西立交特大桥

咸阳西立交特大桥位于咸阳市秦都区、兴平市境内，为西宝客运专线跨越众多道路和铁路而设，全长18.794 km。桥址所经之地交通发达，各种铁路、道路、水利设施纵横交错，是西宝客运专线全线设计难度最大，技术含量最高的桥梁。本桥先后跨越西宝客运专线联络线、货运北环线、西平铁路、陇海线等铁路7处；跨越西宝高速公路、咸平路等城市道路或等级以上公路8处；跨越渭惠渠、咸阳市石头河输水管道等水利工程2处。其中“跨越西宝高速公路”、“小角度跨越咸阳西上行联络线”、“小角度跨越咸阳石头河输水管道”、“西宝客运专线与咸阳西联络线桥上接轨”为本桥设计难点。

(1)采用(63.4+136+63.4)m连续梁-拱组合结构跨越西宝高速公路

西宝高速公路是全国“两纵两横”公路主骨架G30连云港至霍尔果斯国道主干线的重要组成部分，桥址处西安至宝鸡高速公路设计之初为双向4车道，路面宽度28 m，公路与铁路夹角37°。当西宝客运专线建设时，该高速公路正进行改扩建工程，由双向4车道扩建为8车道，且高铁桥位处刚好为兴平至西安匝道接入主线双向八车道变宽段落，公路总宽度约56 m。根据高速管理部门要求，须一跨跨越高速公路的主线和匝道。另外，西宝高速公路地处陕西最为发达的关中地区，铁路桥梁结构跨越西宝高速公路，需考虑其特殊的景观需求。综合以上因素，设计采用(63.4+136+63.4) m连续梁-拱组合结构跨越西宝高速公路。见图1～图2。

图1 跨西安宝鸡高速公路桥梁主跨布置(单位：cm)

图2 136 m连续梁-拱断面(单位：cm)

(63.4+136+63.4) m连续梁-拱组合结构主梁全长264.3 m。其中钢管拱轴线采用二次抛物线，计算跨径L=136 m，计算矢高f=27.2 m，矢跨比1/5。拱轴线方程:Y=-1/170X2+0.8X。横桥向设置两道拱肋，拱肋中心间距12.9 m。梁体采用单箱双室变高度箱形截面，全长264.3 m，边跨及中跨直线段梁高3.5 m，中支点处梁高7.5 m，梁高按1.6次抛物线变化，梁底抛物线方程为：Y=0.006 568 704X1.6。梁顶宽14.1 m，中支点附近局部顶宽16.5 m，边支点处为与邻跨32 m衔接采用12.2 m；箱底宽12.2 m，中支点附近局部底宽14.6 m；箱梁顶板厚0.4 m，底板厚度由0.35 m渐变至1.0 m，腹板采用直腹板，厚度由0.40 m渐变至1.0 m，中支点附近局部加厚至1.20 m，对应拱脚处局部向外加厚1.2 m。箱梁于支点处共设置4道横梁，边支点横梁厚1.5 m，中支点横梁厚4.0 m。箱梁于各吊杆处及中跨跨中共设15道横隔墙，隔墙厚0.35 m。

(63.4+136+63.4) m连续梁-拱组合结构均位于缓和曲线上，梁拱结合部0号梁段长17 m，边、中孔合龙段长2.0 m，边孔直线段长6.15 m，其余梁段长分别为2.5、3.5、4.0、4.5 m 4种。主梁除0号梁段、边孔直线段在支架上现浇外，其余梁段均采用挂篮悬臂浇筑。

本结构拱座及箱梁梁体均采用C55混凝土；拱肋钢管及缀板内灌注C55补偿收缩混凝土；箱梁纵向及端、中横隔梁中预应力钢束采用φs15.20高强度、低松弛钢绞线；竖向预应力采用φ32 mm精轧螺纹钢筋；吊杆采用109丝φ7 mm的低松弛环氧喷涂高强钢丝成品吊杆，吊杆锚具采用配套LZM7-109型冷铸镦头锚具。

本桥主墩采用矩形桥墩，基础采用18根φ180 cm钻孔灌注桩基础；边墩采用流线型实体圆端形桥墩，基础采用8根φ150 cm钻孔灌注桩基础。

咸阳西立交特大桥设计采用的(63.4+136+63.4) m连续梁-拱组合结构跨越高速公路，满足公路主管部门的各项技术要求；“先梁后拱”的施工方案，保证了施工期内西宝高速公路的正常运营；同时，连续梁-拱组合结构梁体结构富于变化，线条流畅，造型美观，景观效果好，与周边环境完美融合，形成了一道靓丽的风景。本桥建成后已成为西宝客运专线标志性工程。

(2)采用钢筋混凝土门形薄壁刚构桥方案小角度上跨咸阳西上行联络线

咸阳西上行联络线为西宝客运专线与陇海铁路跨线联络线工程，正线于DK501+666.6与之立交，夹角仅为10.6°。由于斜交角度小，设计若采用常规连续梁结构，须设置(48+80+48) m连续梁方可满足要求，不仅造价高昂，而且施工困难。经过技术方案比选，设计采用(15.26+22+22+15.26) m钢筋混凝土门形薄壁刚构桥方案，即设置3处门形薄壁刚构桥墩，刚构桥墩根据咸阳西上行联络线限界设置“门形”桥洞，联络线从刚构薄壁墩中间穿过。如图3～图4所示。

图3 (15.26+22+22+15.26) m门形薄壁刚构桥平面示意(单位：cm)

图4 (15.26+22+22+15.26) m门形薄壁刚构桥实景

(15.26+22+22+15.26) m钢筋混凝土门形薄壁刚构桥方案主梁采用等截面实体板梁，梁顶宽12.0 m，梁两侧悬臂宽度为2 m，在两中跨一侧变宽。跨中梁高1.35 m，中间刚臂墩根部梁高2.05 m。主梁全长74.42 m。刚臂墩顺桥向宽2.0 m，与主梁正交，刚臂墩按跨越的咸阳西联络线限界要求开设宽5.8 m、高11 m“门洞”。全桥梁部及门形刚构墩部分均采用C40混凝土。

设计通过这种方式跨越咸阳西上行联络线，桥式结构简洁、美观，可满足客运专线高速铁路桥梁设计各项技术要求，同时可大幅降低工程投资。据测算，门形薄壁刚构桥方案与(48+80+48) m连续梁方案相比，可节省投资约330万元。

(3)采用双腿刚构桥方案小角度跨越咸阳市石头河输水管道

咸阳市石头河供水管道，是解决咸阳市区、兴平市区、武功县城区生活供水的重要管道，全长59.65 km(图5)。西宝客运专线共5次跨越该管道，其中DK514+972.26处线路与管道交角最小，为19°39′28″。桥址处输水管道外径2.1 m，管道基础横宽2.6 m。根据管道管理部门要求，“客运专线设计桩基外沿至供水管线混凝土基础外沿保证3 m安全距离”的技术要求，桥梁需小角度跨越1条8.6 m的“保护带”。

图5 咸阳市石头河输水管道实景及断面(单位：cm)

为跨越“8.6 m”带宽，若采用常规连续梁结构形式，跨水管桥梁须采用(48+80+48) m连续梁结构，不仅造价高昂，且水管为地下设施，地表并无明显构筑物，而客运专线铁路采用大跨连续梁，不仅对周遭景观冲击大，而且客观上显得客运专线桥梁建设特别不合理。

经过技术方案比选，设计采用双腿刚构桥结构跨越水管，即在客运专线与输水管道立交正上方设置双腿桥墩及相互独立的桩基基础，紧邻管道两侧桥梁基础均顺管道走向设置。设计通过这种方式采用(21.38+2×28+17.24) m 4孔一联双腿刚构桥跨越了输水管道。见图6。

图6 (21.38+2×28+17.24) m双腿刚构桥平面及断面示意(单位：cm)

(21.38+2×28+17.24) m刚构桥主梁采用等高度普通钢筋混凝土实体板梁，梁顶宽1 200 cm、梁底宽1 000 cm;跨中梁高150 cm，刚臂墩根部梁高300 cm，主梁全长95.62 m。本结构所有刚臂桥墩顺桥向宽均为200 cm，其中跨水管正上方之“双腿刚臂墩”顶宽10 m、底宽16 m，桥墩墩底3 m处根据输水管道技术要求，设置13.5 m柱距“双腿”；相邻2个边墩采用10 m宽钢筋混凝土板式桥墩。墩梁相接处，设150 cm×400 cm的梗斜。

采用双腿刚构桥梁结构后，不仅桥梁建设规模下降，而且桥式方案便于施工，可大幅节省工程投资，经测算采用(21.38+2×28+17.24) m与采用(48+80+48) m连续梁方案相比(比较桥长均为185.91 m，双腿刚构方案其余部分采用标准简支梁结构)，可节省投资642万；双腿刚构方案大幅降低了桥梁结构高度，桥梁外立面更为简洁明快，与周围环境相协调，减轻了对周边景观环境的冲击，有效降低了社会负面影响。双腿刚构桥实景如图7所示。

图7 (21.38+2×28+17.24) m双腿刚构桥实景

(4)跨越其他重要构筑物时孔跨的选择

咸阳西立交特大桥所经之地交通发达，各种铁路、道路、水利设施纵横交错，是西宝客运专线全线设计难度最大，技术含量最高的桥梁。除上述工点外，其他跨越特殊构筑物采用的特殊设计具体见表3。

表3 咸阳西立交特大桥特殊结构

综上，咸阳西立交特大桥设计采用(63.4+136+63.4) m钢筋混凝土连续梁-拱结构跨越西宝高速公路，连续梁加拱有效降低了主梁建筑高度，优美的拱弧线与周边环境完美融合，成为西宝客运专线标志性工程；设计采用(15.26+22+22+15.26) m门形薄壁刚构桥小角度上跨咸阳西上行联络线，采用(21.38+2×28+17.24) m双腿刚构桥小角度跨越咸阳市石头河输水管道以及其他一些列特殊结构，节省了工程投资，降低了施工难度，提高了施工工效。

5.2 常兴渭河特大桥

常兴渭河特大桥位于陕西省宝鸡市扶风县、眉县，区间多为农田，交通较为便利，全长27.956 km。本桥为排洪、立交而设，先后跨越法汤高速、西宝高速、S209、G310等公路，跨越宝鸡峡塬下总干渠等水利设施，并于DK581+721.40～ DK582+663.89跨越全线最大河流渭河。

(1)采用19-48 m双腿刚构桥方案跨越这两处输水管道

渭河为黄河最大的支流，本桥于陕西省宝鸡市眉县跨越渭河，属于渭河中游段。桥址处渭河河道顺直，河槽明面，砂卵石河槽，土质岸坎。大里程侧岸坎为土质，陡峭，小里程侧为渭河大堤，堤顶设有4 m宽防洪通道。桥址处渭河100年一遇流量8 980 m3/s。桥位处地层主要为第四系全新统冲积黏质黄土、粗砂、砾砂、圆砾土、卵石土等；部分段落地下水水质对混凝土具有硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H1。

设计根据桥址处地形地貌，充分考虑渭河防洪要求，依据陕西省水利厅批复的防洪评价报告，设计采用19孔48 m分段拼装简支箱梁跨越渭河及渭河大堤。19-48 m分段拼装简支箱梁方案桥式简洁明快、便于施工、造价便宜，既满足河道管理部门行洪和防洪要求，又大幅节省了工程造价；由于采用的节段预制拼装工法为空中作业，所以施工期内对河流行洪影响较小，将施工环境污染降至最低，取得了明显的社会效益。

48 m分段拼装简支箱梁采用单箱、单室、等高度预应力混凝土简支箱梁截面，箱梁梁高4.6 m，顶宽12.0 m，底宽5.5 m，顶板厚30 cm(中心处顶板厚38.4 cm)，底板厚30 cm，腹板厚50 cm。全梁计算跨度48 m，梁端设置全长25 cm悬臂段，梁体全长49.5 m。根据梁段最大自重控制在1 500 kN以内及减少梁段种类的原则，全桥共划分3种类型共11个预制梁段和10个湿接梁段，其中预制梁段1号段长2.7 m、2号梁段长4.0 m、其余梁段长4.0 m，湿接段0.6 m。48 m跨中截面详见图8，梁段预制及架设见图9。

图8 48 m节段拼装简支箱梁跨中断面(单位：cm)

图9 48 m节段拼装简支梁梁场、移动造桥机

跨渭河桥梁主墩墩高在20～30 m，故桥墩采用圆端形空心桥墩；桥墩基础采用13根φ150 cm钻孔灌注桩基础。

(2)跨越其他重要构筑物时孔跨的选择

常兴渭河特大桥除跨越渭河外，所经之地沿线道路交错，渠道遍布，其他跨越特殊构筑物采用的特殊设计具体见表4。

表4 常兴渭河特大桥特殊结构

综上，常兴渭河特大桥设计采用48 m节段预制拼装简支梁，是时速350 km客运专线铁路当时采用的同类型最大跨度简支箱梁，为客运专线简支梁结构向更大跨度发展迈出重要一步；常兴渭河特大桥桥梁规模大，跨越构筑物众多，设计因地制宜，选用标准简支梁或连续梁结构以及适宜的施工工法，提高施工工效，降低施工风险。该桥竣工后，桥梁结构简洁明快，与周围环境相协调，成为渭河上一道靓丽的风景线。

6 结语

西安至宝鸡客运专线地处关中平原，沿线土地肥沃、水网纵横、交通发达，其中桥梁设计累计里程达120.89 km，桥梁占全线总里程的87.5%。全线大段落采用桥梁结构，在节省用地的同时，有效减少铁路建设对关中地区长远发展的影响，取得了可观的社会效益。本文对西安至宝鸡客运专线桥梁设计情况进行了系统的归纳和总结，对重点桥梁桥式设计方案进行了全面介绍，为今后我国西北平原地区客运专线桥梁设计提供了有益的借鉴。

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The Design of Bridges on Xi’an-Baoji Dedicated Passenger Railway Line

CHEN Kun

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co. Ltd.， Xi’an 710043)

Xi’an-Baoji dedicated passenger line of 138.107 km in total is located in the Guanzhong plain， with 120.89 km of designed bridges， covering 87.5% of the total mileage. This paper comprehensively introduces the general conditions of the bridge design and design schemes for some key bridges， providing

for design of bridges on dedicated passenger lines in Northwest plain areas.

Xi’an-Baoji passenger dedicated line; Bridges; Design

2014-11-03；

2014-12-18

陈堃(1978—)，男，高级工程师，2000年毕业于兰州铁道学院桥梁工程专业，工学学士，E-mail：qsck@fsdi.com.cn。

1004-2954(2015)07-0089-06

U238； U442.5+3

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.07.020