洛泽河特大桥桥式方案研究

黄 毅，何庭国，谢海清

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

1 工程概况

新建渝昆高铁是京昆快速铁路通道的组成部分，也是云南与川西、西北地区客运通道的重要组成部分。线路在云南省彝良县境内跨越洛泽河河谷，设洛泽河特大桥。两岸地形陡峻，两侧岸坡约45 °，局部达59 °。铁路桥桥面至谷底高约200 m，桥位处百年洪水位828 m，水文条件不控制设计。 主要技术标准见表1。

表1 主要技术标准

2 建设条件

桥址区无明显构造形迹，但受区域构造影响，节理裂隙发育～极发育，岩体破碎。桥址覆盖层岩性主要为卵石土、膨胀土(黏土)、角砾土等；下伏基岩为弱风化玄武岩，基本承载力1 200 kPa。

桥位处水路不通航，陆路交通条件较差。不具备钢结构大节段整体运输及吊装的条件，桥梁构件需采用小单元进行运输、拼装，或采用现场浇筑构件。

桥位两侧地形陡峭，均无布置大型施工场地的条件；施工中需距离桥位较远的位置设置大型施工场地，并修建施工便道到达桥位处，或考虑设置覆盖江面的施工平台，施工条件较差。

桥位处地震动峰值加速度为0.15g，位于7度地震区，设计采用8度设防。

3 桥式方案初选

本桥为典型山区桥梁，桥高约200 m，对梁桥、悬索桥、斜拉桥和拱桥这四大桥型，悬索桥刚度相对较弱，与运行高速列车、刚度要求高的使用条件显然不符，不适合采用[1]。斜拉桥在山区地形无法避免高墩，再架设桥塔和斜拉索，明显不具备经济性，而且后期养护维修工作量大，因此不考虑采用斜拉桥。

梁桥跨越能力有限，采用梁桥必定伴随着超高桥墩，而且联长较长需要采用多跨结构。但施工工艺成熟，对施工场地需求低，工程造价低。

从地形条件看，最适宜的桥型为上承式拱桥。根据拱圈所采用的材料，可采用钢桁拱桥、钢管混凝土拱桥和钢筋混凝土拱桥。钢桁拱桥由于全部采用钢材，造价昂贵，且结构刚度相对较小，温度变形大，同样与本桥刚度要求高的使用条件不符，因此不采用。钢管混凝土拱桥与钢筋混凝土拱桥方案均可行，本次研究选用工程造价更经济、运营期更易养护的钢筋混凝土拱桥，与混凝土梁桥进行方案比选。

4 混凝土刚构-连续梁方案

4.1 总体布置

目前高速铁路350 km/h标准已建成的最大跨度连续梁(刚构)桥为主跨168 m[2]，本方案主桥采用(52+114+180+114+52) m预应力混凝土刚构-连续梁组合结构体系，桥梁全长524.9 m(图1)。

图1 混凝土梁桥总体布置(单位：m)

4.2 主梁构造

主梁采用单箱单室截面，截面顶宽12.6 m，底宽9.2 m，材料采用C55混凝土。箱梁2#、3#主墩顶梁高12.7 m，墩梁固结；1#、4#次主墩顶梁高8 m，墩顶设支座；梁端及跨中直线段梁高6.4 m。各跨梁高变化采用二次抛物线过渡。顶板厚68 cm，腹板厚度60～120 cm；底板厚度51～120 cm。

4.3 墩台构造

2#、3#刚构主墩采用四柱式矩形空心型墩，材料采用C45混凝土。墩高分别为135 m、147 m。主墩纵向为双柱墩，柱中心间距9 m，柱身纵向宽4 m；横向为A型双柱墩，墩顶50 m范围内为直坡，50 m以下采用圆曲线放坡过渡，柱身宽度由 5 m渐变至墩底10 m。四柱式桥墩之间采用矩形空心截面的横撑连接。

4.4 施工方案及造价

基础采用常规钻孔桩施工工艺，刚构主墩采用爬模法施工，梁部采用挂篮悬臂浇筑施工，1#～4#墩四个T构同步施工，依次合龙180 m主跨、114 m次主跨，再利用挂篮浇筑边跨不平衡段，然后利用支架浇筑边跨现浇段及合龙段。最后完成桥面附属工程施工。全桥主体工程施工工期预计35个月，工程造价约2.7亿元。

静力计算指标见表2。

表2 位移计算结果汇总

5 上承式钢筋混凝土拱桥方案

5.1 总体布置

桥梁中心里程为D1K348+310，桥梁全长540.0 m。主桥采用356 m上承式钢筋混凝土拱桥。引桥及拱上孔跨布置为：(2×76+5×45+2×76)m预应力混凝土T构连续梁组合结构体系(图2)。

图2 钢筋混凝土拱桥总体布置(单位：m)

5.2 拱圈构造

拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.8m。拱圈跨度356 m，矢高79 m，矢跨比1/4.506。拱圈采用分叉式肋拱，拱肋为5 m宽单箱单室截面，拱脚处两肋中心距20 m，在距拱脚97 m处两肋合并为单箱三室箱型截面，拱顶箱宽11 m，拱圈高度7.5 m等高。拱圈截面如图3所示。

图3 钢筋混凝土拱桥总体布置(单位：cm)

5.3 拱上结构

拱桥交界墩处采用76 m的大跨度混凝土T构，避免两岸边坡上设墩，同时降低拱上1#墩高。为了改善桥面行车平顺性，拱上梁部不设梁缝，将交界墩T构与拱上梁联结成为一联(2×76+5×45+2×76) m T构-连续梁组合结构[3]。主梁采用单箱单室截面，顶宽13.4 m，底宽7.5 m，材料采用C55混凝土。T构梁高9.5～4.5 m，拱上梁4.5 m等高。

5.4 墩台构造

交界墩和拱上墩采用矩形空心墩，四周切角，墩身坡度随拱肋宽度变化。交界墩墩高76 m，墩顶截面尺寸9.5 m×8 m，纵向坡率76∶1，横向坡率22∶1。材料采用C40混凝土。

拱座基础采用明挖基础，高度22 m，纵向宽度23 m，横向宽度32 m，基础底部采用台阶状过渡，基础前端布置6根直径2.5 m钻孔桩，桩间距5.6 m，保证基础整体稳定。

5.5 施工方案及造价

拱圈采用钢管混凝土劲性骨架法施工。先悬臂拼装劲性骨架，组成钢管桁架拱，再向弦杆钢管内泵送混凝土形成钢管混凝土骨架，随后在钢骨架上分多工作面平衡加载外包拱圈底板、腹板、顶板混凝土，形成混凝土拱圈[4-5]。

交界墩采用爬模法施工，T构梁部采用挂篮悬臂浇筑施工，拱上梁在拱圈上搭设支架现浇，最后完成桥面附属工程施工。全桥主体工程施工工期预计50个月，工程造价约4.2亿元。

静力计算指标见表3、表4。

表3 梁部位移计算结果汇总

表4 拱圈位移计算结果汇总

6 车桥耦合动力分析

对上述两个桥式方案，在正常运营工况及考虑温度、徐变变形后运营工况分别进行车桥耦合动力分析，结果表明两种方案车辆的脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等计算结果均满足规范要求，列车行车安全性得到保障；车辆的车体横向与竖向加速度、Sperling运行舒适性指标均满足规范要求，在CRH3动车组以速度350 km/h通过桥梁时，车辆的Sperling指标均为优秀[6]。

7 方案比选结论

(1)地形适应性方面，上承式拱桥与V型峡谷地形景观效果更匹配，但高陡边坡上大体积拱座开挖、边坡防护必将对山体带来巨大破坏；连续刚构方案桥墩采用钻孔桩基础，边坡开挖及防护工程量相对较小，环境友好度更高。

(2)抗震性能方面，连续刚构方案结构重心高，上部结构质量较大，高墩抗震控制设计，需考虑设置阻尼器等耗能装置。拱桥方案结构重心低，地质条件好，其抗震性能优于梁桥方案。

(3)施工组织方面，连续刚构方案钻孔桩基础、爬模法施工墩身、梁部挂篮悬浇均为成熟工艺，施工措施相对简单，施工工期短。拱桥方案拱座开挖体量巨大，拱圈劲性骨架法施工工序复杂，需要缆索吊、斜拉扣背索及锚锭、拱上现浇支架、挂篮等众多施工辅助措施，施工工期长。梁桥方案优于拱桥方案。

(4)经济性方面，本项目连续刚构方案工程造价约2.7亿，拱桥方案施工措施费用高，工程总造价约4.2亿，梁桥方案明显优于拱桥方案。

综上所述，在场地受限、交通闭塞的山区峡谷环境修建拱桥，需面临一系列设计施工难题。而混凝土梁桥虽然跨越能力有限，不可避免的面临超高墩的设计施工难题，但在竖直方向修建高墩的施工难度明显小于在水平方向修建拱圈，传统的梁式桥仍不失为一种极具竞争力的桥式方案，因此本工程推荐采用(52+114+180+114+52) m预应力混凝土刚构-连续梁桥型。