新港高速公路工程跨武九铁路桥梁总体设计

王晶

（中铁上海设计院集团有限公司，上海 200000）

1 概述

新港高速公路工程起点与汉新公路（S111）相交，终点接黄鄂高速，全长约34.7km。其中跨线桥位于线路与黄鄂高速衔接的华容互通改建范围，为减少对黄鄂高速的改造长度及现状交通的影响，采用在黄鄂高速两侧新建A、C 匝道方式来实现交通转换，跨线桥平面位于直线上，其中A 匝道与铁路交叉点位于华容咽喉区，采用（35+65）m 连续钢箱梁，由北往南依次跨越华容站停车线、武九铁路下行线、武九铁路上行线。武九铁路设计时速为200km/h，结合铁路部门及文件相关要求，应采用“转体法”施工，尽可能减少对铁路运营安全的影响。

图1 项目位置平面示意图

1.1 设计标准

（1）道路等级及设计时速：高速公路、80km/h；

（2）设计荷载：公路-I 级，跨铁路部分考虑1.3倍的增大系数。

（3）桥面宽度及车道数：桥宽12.75m、单向3 车道；

（4）净空要求：桥下铁路净空不小于8.2m；

（5）地震烈度：6 度；

1.2 场地水文地质

拟建场地属于长江三级阶地地貌，地形稍有起伏，属亚热带季风气候过渡区，年平均气温17℃，无霜期268 至272 天，平均降水量1200 ～1500 毫米，年日照时数为2038 ～2083 小时。自上而下主要地层为素填土、粉质黏土、淤泥质土、圆砂、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。

2 桥梁方案设计

2.1 桥跨选择

本工程位于武冈城际铁路和黄鄂高速的夹心地带，根据实测资料，现状黄鄂高速公路与武冈城际铁路间净距仅98m，建设条件受限，方案拟定时需要考虑以下四个因素，①道路不得降低技术标准，路线平面宜尽量靠近既有黄鄂高速，减少对黄鄂高速的改造长度，减低工程造价；②上跨桥梁与铁路的交叉净空应满足桥梁转体施工和成桥运营时的净空要求；③顺铁路施工桥梁基础和梁体时，支架或结构轮廓边缘距离铁路带电体的安全距离应满足邻近铁路营业性施工的安全技术要求；④桥梁施工时对黄鄂高速、武冈城际和五九铁路运营的影响较小。综合以上因素结合总体线位布设方案，确定跨武九铁路桥梁采用对铁路和高速公路运营影响较小的转体桥梁方案。

武九铁路北侧场地较南侧场地开阔，施工进场条件更为便利，故跨线桥转体主墩设置在铁路北侧。结合涉铁布跨原则及不影响现状黄鄂高速交通的情况下，采用（35+65）m 桥跨形式跨越铁路，平转法施工，转体段长度为（27+61）m。

2.2 结构形式选择

方案设计过程中采用了三种不同结构形式进行了研究：①混凝土T 构方案；②钢-混组合梁方案；③连续钢箱梁方案。经研究①混凝土T 构方案结构尺寸较大，箱梁两侧不平衡重差大，配重较大，转体总重量较大；②钢-混组合梁方案钢混结合施工难度较大，转体施工周期较长，对既有线影响较大且投资较高；经综合比选为减少对铁路运营的安全的影响，尽可能降低施工难度、转体重量，最终确定采用（35+65）m 连续钢箱梁，平转法施工，转体长度（27+61）m。

3 结构设计

3.1 总体设计

该桥采用跨径（35+65）m 连续钢箱梁，转体法施工，转体长度（27+61）m。上跨铁路桥梁平面位于R=2150m 的圆曲线段上，钢箱梁顶宽17.96 米,设2%的单向横坡。上跨铁路桥面布置为1.0m（预留侵限基础+检修道）+0.565m（HA 级防撞墙）+1.0m（缓冲带）+0.565m（HA级防撞墙）+11.70m（机动车道）+0.565m（HA级防撞墙）+1.0m（缓冲带）+0.565m（HA 级防撞墙）+1.0m（异物侵限基础+检修道）=17.96m。

图2 桥型立面图

3.2 主梁设计

钢箱梁全长100m，平面位于R=2150m 的圆曲线上，钢箱梁顶宽17.96m，设置2%单向横坡，钢箱梁中支点处梁高6 米，小跨端支点梁高4m，大跨端支点梁高2.5m。采用单箱双室闭合截面。梁体沿横桥向分三段，中段宽10.2 米，两边各挑臂3.88m。

钢箱梁为等截面箱式结构，采用正交异性板，顶板、底板位于支点处厚24mm，其余位置均厚16mm，腹板厚16mm，顶板U 形加劲肋厚8mm；闭口肋顶宽300mm,高280mm， 底宽170mm,闭口肋的间距为 600mm，底板U 形加劲肋厚6mm，闭口肋顶宽400mm，高220mm,底宽250mm，闭口肋的基本间距为 600mm，中支座支承位置处的横梁厚为46mm，小跨端支点横梁厚度为32mm、大跨端支点横梁厚度为28mm，其余横隔板板厚为20、16mm。

3.3 墩梁临时锁定

为保证在转体过程中桥梁的稳定与平衡，控制桥梁的变形，施工期间墩顶设置六组Ⅰ63 型工字钢组件与主梁底板进行焊接，钢组件下部设置锚筋提前预埋在墩身顶面，将主梁与桥墩间进行临时锁定，保证施工期间墩梁的固结。

图3 补充临时锁定示意图

3.4 转体系统

桥梁转体重量约6200t（含配重约1800t），转体半径61m，受周边地形及周边构筑物的影响，转体方向为逆时针，转体角度73°。采用平转法跨越铁路。转体系统采用以球铰中心支撑为主，滑道支撑为辅的方式，转体系统由转盘、球铰、撑脚、环形滑道、牵引系统及助推系统组成。

球铰球体半径为8m，平面半径为，牵引盘下方设置6 组撑脚，每组撑脚采用2 个Φ800x24mm 钢管，管内灌注C55 微膨胀混凝土。牵引系统由预埋在下转盘上的2 个反力座和上转盘内预埋的2 束12-7Φ5mm 钢绞线组成。此外上、下转盘内设置19-7Φ5mm 钢绞线改善转盘受力状态。

3.5 转体配重

本工程转体梁两侧极不对称，为减少配重，27m 梁侧采用增加梁高加强短悬臂侧自重，为确保转体平衡及确保成桥阶段支座处于受压状态，经初步计算在箱式底板铺设钢砂，箱梁顶板铺设预制混凝土块进行压重，钢砂作为永久配重，其中桥面27m 范围内临时配重约1300t，箱内永久压重约500t，后浇段永久压重不少于30t，两侧不平衡配重约为1800t。

图4 配重示意图

3.6 下构及基础

下部结构主桥主墩采用钢筋混凝土板墩，墩身顺桥向厚4.0m，横桥向宽度10m。墩底接转体承台。

转体承台分为上承台和下承台，中间安装球铰及转动系统。上承台厚2.5m，顺桥向宽12m，其中转体施工宽度为10m，两侧各设置1m 后浇段；横桥向宽11m，封铰段两侧各加宽0.5m。球铰及转盘总安装高度为2.2m，球铰转盘直径9.0m。下承台厚4.5m，纵横向尺寸均为13.2m，在横桥向两侧各凸出一部分作为千斤顶反力座基础，尺寸采用2.5x3x2m（长x 宽x 厚）。上下承台均采用预应力混凝土构件。每个主墩转体承台下设置3×3=9 根直径2.0m 钻孔灌注桩，桩间距5.0m。

4 结语

该桥在设计过程中结合地形及周边环境，在有限工程建设条件内，在保证铁路及现状高速运营安全的前提条件下提出极不平衡转体方案，尽量减少对铁路及高速铁路运营的影响，降低施工难度及风险，节约了工程投资。为类似项目提供一定的参考价值，目前该方案施工图已通过审查。