兰渝铁路广元嘉陵江大桥设计

刘忠平，鲁 昭

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

1 工程概况

兰渝铁路广元嘉陵江大桥位于四川盆地北部的广元市南端梁家营村附近，桥址属于丘陵河谷地貌，桥址两端地势较陡，自然横坡为25°～45°，相对高差约80 m。广元嘉陵江大桥于线路里程DK588+405—DK588+553处横跨嘉陵江。嘉陵江在此处较为弯曲，河槽甚宽，但嘉陵江内有沙滩凸起淤积，滩地较宽，占了河槽的3/4左右。桥址处水面坡度较缓，线路与水流方向近似正交，轨底距江面最大高度约39.7 m。

根据《兰渝铁路重点工程场地安全性评价和沿线地震动参数区划》得知，桥址处抗震设防烈度为Ⅶ度，设计地震动峰值加速度为0.15g，反应谱特征参数为0.50 s。

2 方案设计比选

大桥设计主要控制因素是地形、水文和通航要求。桥址处通航等级为Ⅳ—（3）级，且水流紊流混乱，横向流速超过0.8 m/s。根据《内河通航标准》（GB 50139—2004）第5.2.2条要求，应一跨过河或在通航水域中不得设置墩柱。本桥最低通航水位水域宽度为356 m，桥位处规划航迹线两侧宽度为153 m，考虑一跨过江十分不经济，本桥设计采用在通航水域中不设桥墩方案。初步设计进行了如下两个方案比选。

（1）方案一。主桥采用V形刚构—拱结构，桥长834.14 m，主跨所需最小跨度为14 m（墩宽）＋153 m＋11 m（紊流宽度）=178 m，取180 m。孔跨布置为24 m＋4×32 m＋（80＋180＋80）m预应力混凝土V形刚构—钢管混凝土拱组合结构＋10×32 m，概算投资为1.16亿元。

（2）方案二。主桥采用连续梁—拱结构，桥长828.74 m，主跨所需最小跨度为6.5 m（墩宽）＋153 m＋11 m（紊流宽度）=170.5 m，取172 m。孔跨布置为24 m＋4×32 m＋（82＋172＋82）m预应力混凝土连续梁—钢管混凝土拱组合结构＋10×32 m，概算投资1.18亿元[1]。

从安全性来看，两方案均采用了钢管混凝土拱肋辅助主梁受力，梁上拱肋的施工难易程度相当，但方案一采用了V形刚构桥墩，施工难度较大、技术要求较高。从适用性来看，两方案均能满足桥下通航净空高度要求，同时也都能很好地满足行车平顺和舒适性的要求。从经济性来看，方案二投资较方案一节省0.02亿元，但两者相差不是很大。从美观性来看，两方案景观相当，与桥址处地形和环境较好地融合。从结构设计来看，方案一的主要优点是主墩采用V形刚构桥墩，无须设置大吨位支座，但V形刚构—拱结构超静力次数高，同时主墩还会产生水平推力，全桥受力复杂，设计难度更大；方案二的优缺点与方案一正好相反。通过综合分析两方案的优劣性，最终采用方案二作为本桥的设计方案。

3 大桥结构设计

主桥采用（82＋172＋82）m预应力混凝土连续梁—钢管混凝土拱组合结构，主桥设计总体布置如图1所示。

图1 广元嘉陵江大桥主桥总布置（单位：m）

广元嘉陵江大桥主桥上部结构由（82+172+82）m预应力混凝土连续梁和172 m钢管混凝土拱组合而成，梁拱组成整体共同承受结构自重及列车活载，主桥上部结构构造如图2所示。

图2 1/2主桥上部结构构造（单位：m）

3.1 主梁

主梁采用单箱单室、变高度、变截面箱梁，主桥梁长337.8 m；中跨中段20 m和边跨端部6.9 m为等高梁段，梁高4.5 m，支点梁高为10 m，其余梁段梁底下缘按二次抛物线Y=5.5×X2/712+4.5（m）变化。箱梁顶板宽13 m，拱脚处顶板局部加宽至15 m，箱宽9.8 m；跨中顶板厚45 cm，因钢束布置需要距中支点每侧27 m范围顶板加厚至63 cm；底板厚47～100 cm，按二次抛物线变化；腹板厚60～105 cm，按折线变化。主梁主要截面构造如图3所示。

3.2 拱肋

拱肋计算跨度L=172 m，设计矢高f=34.4 m，矢跨比为1:5，设计拱轴线方程：Y=-X2/215+0.8X。两榀拱肋之间横向中心距为11.2 m。拱肋采用哑铃形钢管混凝土截面，截面高3.1 m。拱肋弦管直径1.1 m，由20 mm、24 mm厚的钢板卷制而成，弦管之间用16 mm厚钢板连接。拱肋弦管及腹板内均填充C50微膨胀混凝土。考虑到加工及运输条件限制，将每榀拱肋划分为15节段（不含预埋段、合拢段、嵌补段），最大节段长度为13.062 m。

3.3 横撑

两榀拱肋之间共设9道横撑，拱顶横撑为“一”字型，其余8道为“K”字型。横撑直钢管和斜钢管截面尺寸分别为φ1000×20 mm和φ800×16 mm，钢管内均不填充混凝土，如图4所示。

图4 1/2主桥横撑布置（单位：m）

3.4 吊杆

全桥共设19组吊杆，顺桥向间距8.0 m。吊杆采用OVM.GJ15-31钢绞线整束挤压拉索，上端穿过拱肋锚于拱肋上缘张拉底座；下端锚于吊点横梁下缘固定底座，设计在拱肋端进行张拉端。

3.5 下部

主墩、边墩均采用圆端型实体墩、矩形承台和群桩基础，如图5所示。为减小地震荷载作用下固定主墩墩身及基础受力，在活动主墩顶设置了4个TJGZ-LUD3300-e200型速度锁定装置。

图5 支座和速度锁定装置布置（单位：m）

3.6 施工工序

主桥采用“先梁后拱”施工方法。先利用挂篮悬臂浇筑主梁，合龙主梁边孔，悬浇中跨不平衡段，合龙主梁中孔，拆除临时支座。再以桥面为工作面，矮支架拼装钢管拱肋；利用桥面塔架及其他设备，使钢管拱肋竖向转体就位，合龙拱顶、固结拱脚；依次灌图3主梁主要截面构造（单位：cm）注拱肋上弦管、下弦管、腹板内混凝土；按指定次序张拉吊杆，调整吊杆力；施工桥面系；调整吊杆力到成桥设计索力。

图3主梁主要截面构造（单位：cm）

4 主要技术指标

4.1 主梁计算

运营阶段最不利组合下，主梁顶板最大压应力为14.46 MPa，最小压应力为2.13 MPa。底板最大压应力为14.12 MPa，最小压应力为1.97 MPa，梁体各截面均不出现拉应力。本设计二期恒载上桥时间按吊杆初张拉后80 d计算，梁体徐变上拱度在二恒铺设后为21.6 mm。静活载下主梁跨中位移最大为-36.5 mm，梁端转角最大为-0.83‰。

4.2 拱肋计算

运营阶段拱肋钢管及混凝土应力计算结果如表1所示，其中应力以受压为正，受拉为负[2]。

表1 拱肋钢管及混凝土应力计算结果

主力组合下拱肋强度安全系数K=2.37，主+附组合下拱肋强度安全系数K=2.04。拱肋一阶失稳系数为4.761，失稳模态为拱肋反向横弯[3]。

5 结语

兰渝铁路广元嘉陵江大桥主桥采用连续梁—拱组合体系，有效地降低了梁体结构高度[4]，充分满足了通航净空高度要求。相对于已建的铁路连续梁拱组合桥，该桥主梁首次采用了单箱单室截面，充分发挥钢管混凝土拱肋对主梁的加劲作用。通过在活动主墩设置4个速度锁定装置，可使固定主墩墩底及墩顶（支座）地震力减小20%以上，且不影响桥梁正常使用。大桥整体性好、结构刚度大，列车在桥上运行时安全舒适、噪声低、环境条件优越，后期养护工作量小。该桥设计技术可为同类桥梁建造提供借鉴和参考。