郑万高铁桂花村双线特大桥设计

任俭飞

中铁二院重庆公司 重庆 400023

正文：

1、工程概述

桂花村双线特大桥郑州端通过路基接巫山车站，万州端通过陡坡路基接桂花村双线大桥，全长726.450m，最大桥高118.6m，最大墩高110.56m。桥址处属剥蚀丘陵地貌，地形起伏大，整体地势南高北低。地面高程为135～420m，最大高差达290m，自然坡度25～50°，部分为陡坎地形。地面多为旱地、灌木及树林，无公路通达，交通不便。上覆第四系全新统溶洞充填物、滑坡堆积碎块石土、崩坡积层碎石土、坡残积）粉质黏土等，下伏三叠系中统巴东组二段（T2b2）泥岩夹砂岩，巴东组一段（T2b1）泥灰岩、白云岩夹泥岩，以及三叠系下统嘉陵江组四段（T1j4）盐溶角砾岩夹白云岩、泥灰岩。褶曲构造发育，主要发育有区域性的巫山向斜，在其北翼发育桃子坪背斜、东坪坝向斜等次级褶曲。地震动峰值加速度值为，地震动反应谱特征周期值为0.35s。

桥址范围地表水系为大宁河，为长江支流，常年流水，地形陡峻，地表水不发育。根据桥梁范围的地层岩性和地下水赋存特征，地下水有基岩裂隙水、第四系孔隙水、喀斯特裂隙水。各类型地下水均接受大气降雨补给，向大宁河排泄。通航水域。不良地质为喀斯特、顺层、滑坡、岩堆，未见特殊岩土。年日平均气温18.3°，年平均降雨量1041mm。

2、桥式方案

该桥设计最高运行速度350km/h，ZK活载，双线，正线线间距为5.0m，CRISⅠ型双块式，重型轨(60kg/m)，线路平面位于直线上，纵坡为0。桥址处地形起伏大，为山区典型U形谷地。为降低桥梁总造价、施工难度，经综合比选，采用32简支梁+2×39T构+(44+6×80+44)刚构-连续组合梁+32简支梁桥式方案，桥梁中心里程是D1K663+913，桥梁长度为726.450m，最大墩高达85m。除1号桥墩采用矩形实体墩外，该桥其余桥墩采用矩形空心墩；桥台采用空心台，桥梁基础采用桩基础。

山区典型U形谷地，墩高普遍较大，墩体及基础工程量所占比重较大。这种情况下，适当增加跨度、联长，减少高墩个数可起到节约工程量的作用。经综合经济比选，采用6孔主跨80m的多孔布置桥式方案，主桥梁长达到569.55m。为控制纵向荷载引起的主梁纵向位移，需提高下部结构纵向刚度。墩梁固结的连续刚构形式与采用连续梁桥的方案相比，前者更合理、经济，固该桥方案采用多个刚构主墩形式。7个主墩(4号～10号)墩高分别为70 m、85 m、84m、62m、38m、76m、48m，主桥墩高不对称，为优化主梁、桥墩受力，刚构墩设置于偏向墩高更大区域，5、6、7号墩采用刚构墩形式。大里程温度跨长达到325m，小里程温度跨长达到284m，大里程设置轨道伸缩调节器。

由于本桥为高墩、大跨、长联刚构，在长期荷载作用下由混凝土收缩、徐变和设计合龙温度与实际合龙温度温差引起的水平位移，引起主墩附加弯矩，影响主墩变形，影响主梁相关部位的应力。为此，本桥决定在5～7号墩之间进行顶推合龙。主桥总体布置见图一。

图一 桂花村双线特大桥立面布置图

全桥体量协调，美观大方，梁部线形流畅，与环境协调；结构刚度大，梁部变形和缓，满足高速旅客列车舒适性要求；设计理论和施工技术均成熟，后期养护简便，工程造价较低。

3、主梁结构设计

3.1、主梁构造

梁体截面为单箱单室、变高度、变截面箱梁，底板、腹板、顶板局部向内侧加厚，都按折线变化。全联在端支点、中墩顶处设置横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。桥面宽度：防护墙内侧净宽9.0m，桥梁宽度12.6m，桥梁建筑总宽度为12.9m。梁体全长569.5m，计算跨度为（44+6×80+44）m，主墩截面中心线处梁高度6.635m，跨中10m直线段及边跨9.75m直线段截面中心线处梁高度为3.835m；梁底下缘按二次抛物线变化。箱底宽度为6.7m，顶板厚度为40cm，底板厚度为42～80cm，腹板厚度为40～80cm，腹板按折线变化，底板厚度按二次抛物线变化。梁端支座横向中心距为5.6m，中支座横向中心距为5.9m。

3.2、预应力体系

主梁按纵向全预应力设计。顶板纵向预应力钢束采用13-15.2钢绞线，腹板纵向预应力钢束采用12-15.2钢绞线，底板纵向预应力钢束采用15/17-15.2钢绞线，纵向预应力金属波纹管成孔，波纹管内径90mm。高强度低松弛钢绞线，fpk=1860MPa。

4、下部结构设计

4.1、主墩构造

5～7号刚构主墩采用C40钢筋混凝土矩形空心墩。墩身顶部顺桥向长度为7.0m，横向宽度为7.3 m（含墩顶两侧局部加宽0.3m），纵向壁厚为1.0m、横向壁厚为1.1m；纵向内、外坡度是1:0，为满足全桥结构横向刚度和主桥上下部结构的传力要求，主墩采用横向内坡度60:1，横向外坡30:1。墩顶为墩梁固结的联结形式，墩梁结合部设计为2个矩形箱体的正交：纵向两墩壁上延至箱体内成为两横隔板，横向两墩壁与腹板联结。梁体的各种力通过横隔板和腹板传递至空心墩柱的四壁。

其余主墩墩顶采用纵向活动支座和多向活动支座，放松纵向位移，控制横向和竖向位移。既保证在纵向荷载作用下主梁自由伸缩，也保证主梁横向和竖向稳定。梁体在此处为连续结构，与支座中心对应处设横隔板，将传递至此的梁体竖向力通过横向2个支座向下部结构传递。采用C40钢筋混凝土矩形空心墩。4、9号墩墩颈纵向长7.0m，横向宽10.0 m，纵向壁厚1.2m、横向壁厚0.8m；8、10号墩墩颈纵向长度为6.0m，横向宽度为10.0 m，纵向壁厚为1.0m、横向壁厚度为0.8m。墩身纵向内、外坡度是1:0，横向内坡度是60:1，横向外坡是30:1。在墩身内部及外面设置检查设备（检查梯，检查洞，检查平台等）。

4.2、基础设计

主桥桥址处基岩是泥岩夹砂岩、泥灰岩、白云岩夹泥岩、盐溶角砾岩夹白云岩、泥灰岩。覆盖土层为碎石土、碎块石土，层厚度为0.5～8m，中风化层厚度范围为4～39m。根据岩土参数、地质情况，主墩分别采用端承桩、摩擦桩基础。最大桩基采用20根直径1.8m桩基。

5、结构计算

5.1 荷载组合

恒载组合 恒载+沉降

主力组合 恒载组合+活载+摇摆力

主力+横向附加力1 主力+整体升温(降温)+梁体横风+列车横风+日照

主力+横向附加力2 主力+整体升温(降温)+梁体横风+列车横风+寒潮

主力+纵向附加力1 主力+整体升温(降温)+制动力+日照

主力+纵向附加力2 主力+整体升温(降温)+制动力+寒潮

5.2 主要计算结果

1）计算程序：MIDAS/civil

2）刚构-连续组合梁进行有限元分析计算，分别按各施工阶段和运营阶段进行内力分析和应力计算，并进行了截面强度检算。计算结果如下。

主梁检算汇总表

主梁跨中竖向位移L/2675，满足规范不大于L/1727的要求。梁体横向位移为L/6837，满足规范不大于L/4000的要求。在列车竖向静活载作用下，梁端竖向转角0.4，满足规范不大于1的要求；在列车荷载、摇摆力、风荷载、温度作用下，梁端水平转角0.16，满足规范不大于1的要求。跨中竖向残余变形8.4mm，满足规范不大于16mm的要求。桥墩钢筋最大压应力69.2MPa，最大拉应力184.4MPa，桥墩混凝土最大压应力8.7MPa，最大裂缝宽度为0.14mm，均满足要求。

6、梁部施工顺序

连续梁采用轻型挂篮分段悬臂灌筑施工，分别在4～10号墩墩顶立模灌筑0号梁段，待混凝土强度达到设计值的95%、弹性模量达到设计值的100%且不少于5天的龄期后方可张拉0号梁段预应力。在0号梁段安装挂篮，分别在挂篮上对称向两侧顺序灌筑各梁段，移动挂篮，灌筑下一个梁段，直到形成7个T构。利用挂篮做主跨二、主跨三的合龙支架，安装合龙段体外支撑并焊接好合龙段内的劲型骨架，在一天温度最低时段灌筑主跨二、主跨三合龙段10b、10c号梁块；然后利用挂篮做主跨一、主跨四、主跨六的合龙支架，安装合龙段体外支撑并焊接好合龙段内的劲型骨架，在一天温度最低时段灌筑主跨一合龙段10a号梁块、主跨四10d梁块、主跨六10f梁块；再在3号、11号墩台旁设置托架并进行预压，利用托架，立模灌筑端块10a、10g号节段混凝土；最后利用挂篮做主跨五的合龙支架，安装合龙段体外支撑并焊接好合龙段内的劲型骨架，在一天温度最低时段灌筑主跨五合龙段10e号梁块，实现全桥合龙。施工桥面附属设施，进行变形观察，满足无砟轨道铺设要求时，方可进行桥面安装和轨道铺设，完成全桥施工。

7、结语

桂花村双线特大桥为郑万高铁的重点控制工程，本桥设计集高墩、长联、大型集群桩基础设计于一身。本桥的设计是已有铁路科技成果的成功应用和推广，通过本桥的设计，为今后高铁高墩、大跨度桥梁的设计提供了有益的经验。