徐盐高铁盐城特大桥主跨312 m钢桁斜拉桥总体设计

王 冰,李方柯,苏国明

(中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600)

1 工程概况

新建徐盐高铁位于苏北地区，线路西起徐州铁路枢纽徐州东站，经宿迁、淮安地区接入新建盐城高铁站，线路全长314.07 km[1-2]。

盐城特大桥主桥跨越盐城市新洋港与通榆运河交界的喇叭口，桥位紧临既有新长铁路，最近距离仅22 m，是徐盐高铁全线的关键控制性工程。桥址平面布置如图1所示。

图1 桥址平面布置示意

桥址属温带-亚热带季风气候区，夏季受太平洋副热带高压控制，常有台风袭击。历年年平均气温14.7 ℃，桥面处设计基准风速35.14 m/s。桥址范围内地势平坦，地层主要为素填土、粉土、粉质黏土、黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂。表层淤泥质粉质黏土厚5～12 m。不良地质主要为粉砂地震液化。

图2 主桥立面布置(单位：m)

桥址处场地土为软弱土-中硬土，Ⅲ类场地。50年超越概率10%设计地震下地表水平地震动峰值加速度0.156g，特征周期0.8 s。

2 主要技术标准[3]

(1)线路等级：客运专线、有砟轨道。

(2)正线数目：双线，线间距4.6 m。

(3)速度目标值：250 km/h。

(4)平纵断面：主桥立面位于±0.44‰的纵坡上，变坡点位于主跨中心线，平面位于直线上。

(5)设计荷载：ZK活载。

3 总体设计

3.1 桥式方案

新洋港为规划Ⅲ级航道，桥梁跨越点现状河道水面宽240 m左右。桥位上游约50 m为新长铁路半穿式钢桁梁，上游约100 m为主跨216 m的公路矮塔斜拉桥。主桥跨越处位于相交河道喇叭口，根据通航论证要求，水中不宜设墩，需一跨跨过292 m宽的规划通航区域，经综合考虑，确定主跨为312 m。

为适应高速行车的动力性能和保证轨道的平顺性[4]，选择连续钢桁斜拉桥、连续钢桁拱桥、连续钢桁柔拱桥3个方案进行了研究[5]，通过技术经济条件、景观协调性等综合比选[6]，主桥推荐采用主跨312 m双塔双索面连续钢桁梁斜拉桥方案。

结合目前国内大跨度铁路斜拉桥工程设计实践[7-18]，本桥采用0.54倍的边中跨比，既兼顾了工程经济性，又确保了支点压重方案的可实施性；同时为改善成桥状态下结构的静、动力性能，有效地提高结构的刚度，约束梁端转角，两侧边跨位置各设置1处辅助墩，孔跨布置最终确定为(72+96+312+96+72) m，主桥总体布置见图2。

3.2 结构体系及压重形式

斜拉桥结构对地震响应敏感，本桥抗震设防烈度Ⅶ度，为了有效减小结构的地震响应，同时限制梁端纵向位移，满足高速铁路各项动力性能，结构选用了半漂浮体系，塔墩固结、塔梁分离[19]。

本桥每个桥塔位置设置2套纵向阻尼器及2套速度锁定器，速度锁定器最大阻尼力1 500 kN，阻尼器最大阻尼力4 000 kN，阻尼指数0.4。在温度力作用下，主梁纵向变形不受约束；在制动力、脉动风等较小的冲击荷载作用下，主梁纵向变形受速度锁定器约束；在多遇地震力作用下，速度锁定器剪断，地震响应由阻尼器限制。

由于铁路活载比重较大，在合理边中跨比的条件下，钢桁梁斜拉桥的支点负反力问题仍比较突出。为确保在正常运营状态下，辅助墩和交接墩不出现上拔力且具有一定的抵抗上拔力能力，需要在支点范围施加压重。由于钢桁梁结构可用以配置压重的范围有限，设计通过调整辅助墩位置及优化索力，以确定最优的压重方案。本桥利用铁砂混凝土压重以克服支点负反力，每个交接墩设置6 000 kN的压重荷载，分配在相邻两个节间；每个辅助墩设置10 000 kN的压重荷载，分配在相邻两侧4个节间。通过压重，避免支座出现脱空。辅助墩及主塔位置支座吨位17 500 kN，交接墩位置支座吨位6 000 kN。

考虑本桥桁宽较宽，交接墩在两个多向活动支座中间设置了横向限位卡榫，通过改变横向约束方式，有效减小了相邻梁端两侧的钢轨横向相对位移；横向限位卡榫在多遇地震力作用下剪断，水平剪断力1 000 kN，利用防震落梁装置进行横向限位。

4 主桥结构设计[20]

4.1 主梁

主梁采用钢桁结构，两片主桁，三角形桁式，节间长度12 m，全桥共54个节间，主桁高度14 m，两主桁中心距15 m。主桁采用焊接整体节点形式，杆件与节点之间采用高强度螺栓连接。主桁上、下弦内侧节点板为Q370qE+Z25钢板，平联、横联及桥门架为Q345qD钢板；其余部位均为Q370qE钢板。除节点板外，主桁杆件的板厚控制在50 mm以下。

主桁的上弦杆、下弦杆均采用箱形截面，下弦杆内高1 400 mm，内宽800 mm，上弦杆内高800 mm，内宽800 mm。斜腹杆采用箱形截面和工字形截面，箱形腹杆高800 mm，宽800 mm，工字形腹杆高800 mm，宽700 mm。上弦平面内设上平纵联，采用交叉式结构。为提高结构抗扭能力，在每个斜腹杆平面内均设置桁式横联或桥门架，基本截面为H形。

桥面采用有砟轨道正交异性钢桥面。桥面板在宽9.5 m道砟槽范围内采用热轧不锈钢复合钢板，基材为16 mm厚的Q370qE钢板，面板为厚3 mm的不锈钢板。桥面板下设置18道U形肋，板厚8 mm，高260 mm，横桥向间距600 mm，在每条轨道下设1道纵梁，纵梁采用倒T形截面，高500 mm。沿桥纵向每隔3 m设置1道横梁，与下弦杆等高，支点处横梁采用箱形截面，其余横梁采用倒T形截面，压重范围横梁下翼缘板中间范围焊接相连并设纵向加劲板，形成下缘封闭的压重隔舱，压重区段桥面板开灌注孔，压重混凝土灌注完进行封闭。主桥横断面见图3。

图3 主桥横断面(单位：mm)

4.2 斜拉索及锚固形式

斜拉索采用抗拉标准强度1 670 MPa的环氧钢丝拉索，布置为平行的扇形双索面。全桥共48对索，斜拉索在钢桁梁上间距12 m，塔上理论锚点竖向索距2.5 m，斜拉索采用PES(C)7-199、223、313、349四种型号。斜拉索最长约163 m，最短约45 m，为抑制风雨激振和涡激振，斜拉索采用阻尼器、气动措施并用的综合减振设计，HDPE护套表面设螺旋线，拉索两端设内置式减震装置，索长大于100 m的拉索，在梁端另设外置式磁流变阻尼器以抑制风雨振。

斜拉索采用梁端锚固，塔端张拉的方式。索塔锚固方式目前常用的有预应力齿块锚、钢锚梁和钢锚箱三大类，考虑到工程造价、后期维护等因素，本桥拉索采用塔内齿块锚固的形式，锚固构造见图4。结合三角形桁式，拉索在上弦杆采用锚拉板的锚固形式，锚拉板构造见图5。最外侧斜拉索竖向倾角为26.1°，最内侧斜拉索倾角为68.6°，通过改变锚拉板与上弦杆角度来适应拉索索形，与拉索保持水平。

图4 桥塔齿块锚固构造

图5 锚拉板构造

4.3 桥塔构造

结合桥塔造型、受力等因素，主塔采用H形花瓶式混凝土塔[20]。下塔柱横桥向向内倾斜，在保证足够的刚度前提下尽量减少基础尺寸。中塔柱倾角受钢梁建筑限界控制，上塔柱塔肢采用与主桁相同的横向中心距，斜拉索可实现平行索面，大大降低了设计及施工难度，拉索锚固区传力更直接。桥塔构造见图6。

图6 桥塔构造(单位：cm)

塔座高度5.5 m，四周切角，以满足通航限界的要求。塔座以上全高123 m，桥面以上塔高98 m，高跨比为1/3.184。塔柱均采用空心矩形截面，四角设倒角。上塔柱顺桥向6 m等宽，塔柱根部顺桥向9.6 m，上横梁至塔底按45∶1坡比渐变。塔顶设避雷针，塔外侧设航空警示灯。

下塔柱高度25 m，横桥向宽4～6.5 m，壁厚1.2 m，顺桥向宽8.5～9.6 m，壁厚为1.5 m。中塔柱高度54 m，横桥向宽4 m，壁厚1 m，顺桥向宽6～8.5 m，壁厚1.5 m。上塔柱高度44 m，横桥向宽4 m，壁厚1 m，顺桥向宽6 m，壁厚1.5 m。上塔柱为拉索锚固区，内设有拉索锚块。锚固区按预应力混凝土构件设计，塔壁内布置7-φ15.2 mm高强度低松弛钢绞线，呈“井”字形布置，钢束采用单端张拉，配套使用低回缩量锚具，有效减少张拉槽口数量及预应力锚下损失。桥塔索锚区预应力布置见图7。

图7 桥塔索锚区预应力布置(单位：cm)

桥塔横梁为单箱单室截面。下横梁高4.5 m，横桥向宽30 m，顺桥向宽7.5 m，顶、底板及腹板厚为1 m，支点位置设1 m厚横隔墙。上横梁高4 m，横桥向宽19 m，顺桥向宽5 m，顶、底板厚0.75 m，腹板厚1 m。横梁均按预应力混凝土构件设计，分别布置12、48束19-φ15.2 mm钢绞线。

4.4 下部结构

由于桥址地质条件较差，主塔基础均采用40根φ2 m钻孔灌注摩擦桩，行列式布置，桩长分别为107 m和105 m。承台分2层，上层尺寸30.95 m×17.2 m(横桥向×顺桥向)，厚3.5 m；下层尺寸39.95 m×24.2 m(横桥向×顺桥向)，厚4.0 m。

交接墩和辅助墩采用拱形双柱式门式墩，顺桥向宽4 m，基础均布置18根φ1.5 m钻孔灌注桩，承台尺寸22.6 m×10.6 m(横桥向×顺桥向)，厚3.0 m。

4.5 伸缩装置

为使桥面排水系统在桥面接缝处连续，并保证大型养护机械的施工作业，钢梁梁端接缝处设置伸缩缝装置。伸缩缝装置采用D720 mm型大位移伸缩缝。由于交接墩处温度跨度已超过300 m，钢梁梁端伸缩位移量较大，在1029、1034号墩位置各设置一处轨道温度伸缩调节器，以减小轨道附加力和释放位移。

4.6 检修设备

本桥在上弦设检查走道、下弦设置钢梁检查小车。端斜杆设置爬梯，供维修养护员工由桥面至上弦检查走道。各墩塔位置设置墩顶检查竖梯，位于主桁杆件外侧，供员工从桥面下达至墩顶或横梁顶。

桥塔内部分层设置检修平台。挡砟墙外侧设置人行道，人行道结构由型钢焊接而成，分两层结构，上层走道顶面铺镀锌钢格栅板，下层为架空的电缆槽道，走道外侧设栏杆扶手。

4.7 主要工程经济指标

本桥主桥全长650 m，工程造价约3.5亿元，折合每延米经济指标54万元。主梁用钢量约1.1万t，用钢量指标每延米16.78 t。桥塔采用C50混凝土，两塔混凝土用量合计约15 000 m3。全桥斜拉索用量共821 t。

5 施工方案

本桥基础施工控制因素较多，桥址地基承载力差，地下水位高，淤泥层较厚，且临近既有新长铁路，控制基坑变形要求高。为了保证铁路路基边坡稳定并具备良好的止水效果，主塔14 m深基坑采用拉森Ⅵ型钢板桩围堰及高压旋喷桩止水帷幕防护施工，其余桥墩基础采用钢板桩防护施工。H形桥塔各塔肢设内部劲性骨架，采用爬模法分节段施工。横梁采用钢管支架现浇施工，塔柱与横梁异步施工。

钢桁梁整体架设采用散拼法。本桥边跨及副跨均在新洋港两岸的陆地上，钢桁梁架设方案采用双向对称悬拼法(图8)和支架单向悬拼法(图9)从技术角度上均可行，工期及成本相差不大。考虑施工期间台风影响周期较长，且强度较大，钢桁梁双向悬拼施工阶段抗风稳定性差，最终采用支架单向悬拼的施工方案，即边跨和次边跨钢梁在承重支架上，利用提升设备进行安装(北岸采用履带吊、南岸采用龙门吊)，中跨钢桁梁利用2台70 t全回转架梁吊机单向悬拼架设，并挂设斜拉索，斜拉索采用不对称张拉，主梁在中跨跨中实现强制合龙。

图8 双向对称悬拼法架设示意

图9 支架单向悬拼法架设示意

为提高结构整体抗风稳定性，根据钢梁最大悬臂状态受力状况设置抗风措施。利用阻尼器安装铰座设置带长圆孔的刚性限位杆约束梁体纵向位移；在上弦杆与中塔柱之间设横向垫块，与下弦杆防落梁挡块共同约束梁体横向位移。纵、横向抗风措施协同工作，安全可靠。

6 主要技术特点

(1)利用本桥边跨位于岸上的特点，斜拉桥钢梁采用不对称悬拼施工，配合钢桁梁抗风措施，有效提高了施工过程中的结构抗风稳定性，施工过程中成功经受了九级台风的考验，边跨支架拼装能够利用支点高程有效地控制成桥的拱度和线形；结合该工法，对斜拉索不对称张拉进行专项设计，大大降低了上塔柱斜拉索的施工干扰。

(2)主塔位于河道喇叭口位置，主塔基础埋深及塔座平面尺寸均受规划通航限界控制，通过三维空间分析对塔座进行切角优化，使得跨度布置更加经济合理，避免一味加大跨径带来的投资浪费。

(3)H形桥塔上塔柱塔肢采用与主桁相同的横向中心距，斜拉索可实现索面平行，避免了空间索面锚拉板需要横向弯折情况，锚拉板整体性好，受力更为直接，索锚点定位精度容易控制，大大降低了施工难度。

(4)拉索在上塔柱采用预应力齿块锚固，工程经济，后期维护量小。索塔锚固区预应力采用单端张拉，配套使用低回缩量锚具，有效减少了预应力损失。

(5)在国内铁路斜拉桥中首次采用了热轧不锈钢复合钢桥面板，解决了道砟下钢桥面板腐蚀难题，降低了后期运营维护的难度。

(6)由于引桥方案变化，需要在大桥合龙后满足900 t运梁车通行条件，以满足全线建设工期要求。通过分析研究，采用在正交异性钢桥面板上铺设钢筋混凝土板的临时局部加强方案，既经济又可靠，成为国内铁路钢桁梁斜拉桥通行900 t运梁车的先例，保证了建设工期。

7 结语

作为徐盐高铁全线控制性工程，盐城特大桥横跨新洋港，位于高烈度、台风频发区，且临近铁路营业线、超大深基坑作业，其设计和施工控制因素众多。主桥于2016年3月开工建设，2018年8月顺利完成钢桁梁精确合龙，主桥合龙照片见图10，2019年年底建成通车，建成后将成为目前国内跨度最大的时速250 km双线高铁钢桁斜拉桥。

图10 主桥合龙