蜻蛉河特大桥桥式方案比选

何海滨

（中国中铁二院 昆明勘察设计研究院有限责任公司，云南 昆明 650200）

0 概述

某客货共线铁路穿越峡谷地形，线路较高；本文在已选定的桥位处进行桥式方案的比选，综合分析，采用连续刚构桥较为合适，本例比较了主跨128、144、168三种跨度方案，从而确定主跨144m方案为最优方案；由于主墩较高，最大墩高达到117m，综合国内外工程实例，本桥采用墩矩空心单墩。

桥区属低中山侵蚀构造地貌，绝对高程1103～1400m，相对高差297m，地形起伏较大，蜻蛉河河谷呈“V”型谷，桥区地层为：上覆第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）粉质黏土、卵石土，第四系全新统破残积层（Q4dl+el）粉质黏土，第四系更新统（QP）粉质黏土、卵石土；下伏白垩系赵家店组（K2j3）粉砂质泥岩、钙质泥岩。

1 蜻蛉河桥式方案综述

结合地形、地质情况，本桥位主要桥型选择为连续刚构。主要原因为：

①由于本桥主跨100～200，较有竞争力的桥型主要是连续梁与连续刚构，本桥墩高大于100米，连续梁纵横向位移难以满足规范。

②墩梁固结的特点省去了大跨连续梁的支座，无需进行巨型支座的设计、制造、养护和更换，节省昂贵的支座费用。

③抗震性能好，水平地震力可均摊给各个墩来承受。

④墩梁固结便于采用悬臂施工方法，省去了连续梁施工在体系转换进采用的临时固结措施。

本例比较了主跨128、144、168三种跨度方案，比较如表1所示。

1.1 方案概述

1）144m主跨方案

主跨为 （84+144+84）m预应力混凝土连续刚构桥，梁体全长313.8m，中跨中部和边跨端部梁高为6.0m；中支点处梁高为11.0m，墩高分别为77m、117m、108m、64.5m。主跨布置如图1所示。

表1 晴蛉河桥式方案比较表

图1 （84+144+84）m连续刚构布置图

2）128m主跨方案

主跨为（68+128+128+68）m预应力混凝土连续刚构桥，梁体全长393.6m，中跨中部和边跨端部梁高为4.8m；中支点处梁高为9.2m，墩高分别为 67.5m、75m、118m、88m、58m。主跨布置如图2所示。

3）168m主跨方案

主跨为（88+168+88）m 预应力混凝土连续刚构桥，梁体全长346.2m，中跨中部和边跨端部梁高为6m；中支点处梁高为12m，墩高分别为73m、112m、106m、61m。主跨布置如图3所示。

1.2 方案比选及推荐意见

1）从基础设计分析

主跨128m方案最高墩距晴蛉河较近，易受河流冲刷影响。且该方案第4号墩基础位于岸坡较徒处，开挖量较大。

图2 （68+128+128+68）m连续刚构布置图

图3 （88+168+88）m连续刚构布置图

主跨168m方案基础条件与推荐方案相当。

2）从主跨长度及投资分析

主跨128m方案梁体全长393.6m，主跨144m方案梁体全长313.8m，长了79.8m；虽少一个大于100米高墩，但多一个主墩。且增加一组挂蓝。

主跨168m方案梁体全长346.2m，主跨144m方案梁体全长313.8m，长了 32.4m;而四个桥墩高度分别只矮了 4m、5m、2m、3.5m;上部结构增加投资较多而下部结构减少投资较少。

综上所述，主跨144m方案梁体全长较短，投资较省，施工较方便工故初步设计采用主跨144m方案。

2 蜻蛉河特大桥主墩结构设计

2.1 主墩墩型选择

由于线路较高，且受峡谷两岸陡壁稳定性的控制，连续刚构两主墩墩身高度分别为117m和108m，墩与梁的相对刚度决定两者的弯矩分配，且梁体的收缩、徐变及温度应力也与刚构墩柱抗推刚度直接相关，既要满足全桥的纵向刚度，又要尽可能地改善梁体内力分布，因此，选择合适的墩柱纵向刚度是连续刚构设计的一个重要内容。

在确定主墩柱形式时，曾考虑采用双壁墩，但由于墩柱较高，其纵向刚度较小，在纵向水平力作用下，纵向位移将增大。若加大墩柱尺寸将使圬工增大，且百米高的双壁墩施工的线形控制也较难。经计算分析发现：象本桥这样高的桥墩，为达到规范限制的纵向位移，双壁墩柱截面尺寸较大，桥墩外形欠佳，基础也难做。参照国外桥梁相关资料，本桥采用单墩方案与双壁墩方案相比，优点在于：

①墩顶偏心矩远小于双壁墩，改善了墩身控制截面的受力条件，避免了墩顶密集的钢筋；

②提高了桥墩的纵向刚度，增加了悬臂灌注施工时的安全度；③节约工程量；

④单墩施工模板用量小，无需临时支撑，施工简便；

⑤单墩矩形空心截面抗扭能力强，有利于抵抗风力，确保悬臂施工，尤其是最大悬臂时的施工安全。

本桥单墩不利之处在于墩底弯矩较大，对基础地质要求较高，综合以上因素，决定采用单墩，即矩形空心墩。

2.2 主墩设计

控制墩身设计的要素除结构本身的强度、稳定性需要外，横向刚度控制值的选取，在一定程度上决定了墩身设计的经济性，根据铁道部有有关文件规定：本桥横向刚度用横向自振周期控制，横向自振周期 T≤0.011L（s），L 为一联长，以 m 计，且 T≤1.7s，本桥横向自振周期为1.533s，满足这一要求。横向自振振型如图5所示。横向刚度用什么指标控制，国内尚无统一标准，已建成的桥梁控制指标也各不相同。横向刚度问题的实质是车桥共同作用的动力问题，它与结构尺寸、约束条件、质量分布、行车条件等多种因素密切相关。保证横向刚度指标的目的是保证行车平稳、舒适，仅仅依靠线下结构来解决横向刚度问题，可能是不经济的；能否在行车条件方面有所突破，可能是合理选择横向刚度控制指标，促使墩身设计更经济的一个思路。

图4 第二阶振型（主墩墩间梁部横弯）（周期1.533s，频率0.652Hz）

3 结语

结合地形、地质情况，本桥位主要桥型选择为连续刚构桥，本文比较了主跨128、144、168三种跨度方案，其中主跨144m方案梁体全长较短，投资较省，施工较方便工故初步设计采用主跨144m方案。本桥采用单墩方案相比与其他墩型方案具有纵向刚度较大、节约工程量等诸多优点，本桥主墩决定采用矩形空心墩。控制墩身设计的要素除结构本身的强度、稳定性需要外，横向刚度控制值的选取，在一定程度上决定了墩身设计的经济性，本桥横向自振周期为1.533s，小于据铁道部有有关文件规定，满足设计要求。

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［2］高冬光，主编.公路桥涵设计手册：桥位设计[M].人民交通出版社，1991.

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