航道桥结构型式的综合比选

姜天华，龚 杰，杨 壮

（武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065）

1 工程概况

长江上某公铁两用大桥正桥全长4 657.1m，北岸公路桥、铁路桥分建。南汊主桥为98m＋196m＋504m＋196m＋98m双塔三索面公铁两用斜拉桥，上层为6车道公路，不同区段分别采用砼结合板和正交异性板，沥青桥面；下层为4线铁路，道碴桥面。主塔为钻石型，塔墩基础采用直径3.4m钻孔灌注桩基础；主桁为钢桁梁，桁高14.5m，节间长度14m。斜拉索采用ø7mm平行镀锌高强钢丝，双层PE，表面PE设有螺旋线或压花。跨北汊河道采用54.2＋2×80＋54.2m四跨连续结构型式桥梁，公路、铁路桥分建；其余桥跨均为40.7m跨混凝土箱梁。为了更好地满足特殊荷载作用下上下部结构受力和下部结构抗推刚度的要求，在设计过程中有必要对北汊航道桥结构型式进行综合比选，使得上下部结构得到了最大程度的优化。

2 上部结构综合比选

2.1 铁路桥上部结构比选

根据北汊河道通航要求、跨越大堤墩位需要及结构布置合理性，设计了2孔80m跨度的通航孔和54.2m跨度的边孔，因此北汊航道桥桥跨布置为54.2＋2×80＋54.2m。

为了满足铁路特别是客运专线的要求，通过比较上部结构型式以连续梁或连续刚构最为合理［1］。因此，有必要对这两种桥型进行比选。

首先按54.2＋2×80＋54.2m四跨一联的连续刚构方案进行设计。因该区段墩身较低，加之对铁路桥固定墩纵向水平抗推刚度要求较高，桥墩厚度分别采用2.5m与4m尺寸进行计算比较。若采用厚度2.5m的板式墩身，主梁及墩身虽能满足强度要求，但墩身无法满足纵向水平抗推刚度的要求。按4m厚度的板式墩身进行设计，若墩身不剖缝，结构不能成立，若两边固定墩采用剖缝处理，方案虽能成立，但边固定墩无法满足纵向水平抗推刚度的要求。显然连续刚构方案难以满足在特定条件下的设计要求，采用54.2＋2×80＋54.2m四跨一联的预应力混凝土连续梁方案更合理。

铁路桥桥面宽度按正线双线设置，客运专线与Ⅰ级铁路线分别独立成桥［2］。其中客运专线桥桥面总宽为12.8m，Ⅰ级铁路线桥面宽度11.5m，梁的全断面型式为直腹板式单箱单室截面，箱宽底部为6.0m，在梁端部加宽至8.0m，梁高由跨中3.5m到根部6m。跨中范围有10m直线段，曲线段梁下弦按圆曲线设置。

梁体采用C50号混凝土，三向预应力，纵向采用19øj15.24高强度低松弛钢绞线，横向采用3øj15.24扁形锚具。钢绞线标准强度RbY＝1 860MPa。竖向采用直径32mm精轧螺纹粗钢筋。

梁体采用挂篮对称悬臂现浇，两箱单独施工［3］，挂篮浇注最长节段为4m。两边跨各13.15m直线段采用墩旁施工膺架上现浇，与悬臂施工梁端之间设2m合拢段，合拢顺序按先边跨、后中跨合拢施工。梁部施工过程中需采用临时支座，合拢后需进行体系转换。

2.2 公路桥上部结构比选

公路桥布置保持与铁路桥一致，采用相同的结构体系，以便全桥协调，因此亦采用同等布置的连续梁结构型式。

公路桥按汽车六车道设计，不设人行道，行车道全宽24.5m，行车道中间设0.5m宽双黄线，两侧各设0.75m宽检修道，桥面全宽27.0m。梁的全断面形式为两幅分离的直腹式单箱单室箱梁，按桥梁中心线左右对称布置，两箱上翼缘间隙为2cm。路面横坡采用结构找坡形式，即箱梁按2%坡度斜置。各箱顶宽为13.49m，底板宽度为7m，为了与邻跨40.7m梁高协调一致，端部梁高2.4m，根部梁高4.6m，跨中范围设10m直线段，曲线段梁下弦按圆曲线设置。梁体采用C50号砼，三向预应力，纵向采用19－7ø5OVM锚固体系，横向采用OVM15B－3扁形锚具，7ø5钢绞线，标准强度Ry＝1 860MPa，锚下控制应力σk＝1 394MPa，竖向采用Ⅳ级ø25轧丝锚体系，采用冷拉Ⅳ级钢筋（50SizMnV），钢筋抗拉设计强度为Ry＝750MPa，E＝200 000MPa，锚下控制应力为σk＝637.5MPa。

公路桥梁体施工与铁路桥梁体施工方法一样。但两箱单独施工时，为减少两箱之间的挠度差，两箱之间应尽量同步，相同节段的时间差应控制在20d之内或两箱之间挂篮移动前后差两节段。

3 下部结构比选

3.1 铁路桥下部结构比选

为满足铁路桥下部结构纵向抗推刚度的要求，对斜向钢管桩基础、钻孔桩基础和沉井基础三种基础形式进行了比较［4］。由于该区段冲刷较深，若采用沉井基础，沉井需下沉至局部冲刷线以下30余米方能满足设计要求，在施工条件下将下沉50m左右。需穿过疏松砂岩、砂岩等较硬土层，下沉非常困难，不仅工程数量大，且难以实施。为满足纵向抗推刚度要求，采用斜向大直径钢管桩基础是最有效的方案，但大直径钢管桩基础在内河施工缺乏大型水上打桩船设备，因此以大直径钻孔桩基础最具可实施性。T064号墩为中间制动墩，T063、T065号为活动墩。客运专线与Ⅰ级铁路线共基础，而墩身分离。基础采用12ø2.5m钻孔桩，行列式布置，桩长72～80m，摩檫桩。承台23.10×16.80×5.0m，吊箱围堰施工，墩身为空心矩形截面，7.8×4.5m，壁厚1.0m。

T062及066号墩为连续梁边墩，亦为40.7m梁交接墩，其中T066号墩置于汉口边滩地。两墩均采用12ø2.5m钻孔桩，行列式布置，桩长60～65m，承台与T063～T065号墩相同。同样采用共基础、墩身分离形式。墩身为空心矩形截面，7.10×4.50m，壁厚1.0m。第062号桥墩承台采用吊箱围堰施工。

3.2 公路桥下部结构比选

因公路桥与铁路桥中心相距仅40m，工程地质条件基本相同，由前述比较可知，连续梁固定墩不宜采用沉井基础，又因公路桥连续梁固定墩对墩身纵向水平刚度无特殊要求，因此，适宜采用钻孔桩基础形式。为与上部结构采用的两幅分离的箱梁相对应，基础也分左右两幅分开布置，左右两幅基础完全相同。

经计算比较，连续梁固定墩G064号及中墩G063、G065号每单幅桥采用4ø1.8m钻孔桩，横桥向桩中心距为5.5m，桩长为66m，单幅桥承台尺寸为8.6×7.6×3.5m。单幅桥墩身采用板式墩身，墩身平面尺寸为7.5×2.0m。

连续梁边活动墩G062号墩也设计为两幅完全相同的分离式基础，经计算单幅桥基础采用4ø1.2m钻孔桩，桩长为63m，单幅桥承台尺寸为7.8×5.4×2.5m。每单幅桥采用双柱式墩身，墩柱平面尺寸为1.7×2.0m（横桥向×顺桥向），墩柱间距为5.6m。

连续梁边活动墩G066号墩因受市政院设计范围内匝道上桥的要求，梁部结构上游侧需加宽3.75m；为与梁部结构相适应，左右两幅桥基础按不同要求设计，靠上游侧的基础采用4ø1.2m钻孔桩，桩的横向中心距与墩柱的中心距相同而采用9.25m，桩长为65m，承台尺寸为11.75×5.4×2m，墩身采用双柱式墩身，墩柱的平面尺寸为1.7×2.0m，墩柱顶端采用系梁相连，墩柱的间距为9.25m，靠下游侧的单幅基础与G062号墩单幅桥的基础完全相同。

4 结 语

北汊航道桥包括公路桥和铁路桥两种桥梁形式，是整个工程的一个重要组成部分。通过对公路桥和铁路桥上、下部结构型式的综合比选，最后确定上部结构采用四跨一联的连续梁结构型式，下部结构采用左右两幅分离式钻孔灌注桩基础，既满足了特殊荷载作用下上下部结构受力的要求，又保证了下部结构抗推刚度的要求，使得上下部结构得到了完美地结合和优化，这也充分说明了对大跨度桥梁结构型式进行综合比选是非常必要的，值得广大设计人员学习和借鉴。

［1］ 范立础.桥梁工程（桥梁工程专业用）［M］.北京：人民交通出版社，1985.

［2］ 周远棣，徐君兰.钢桥［M］.北京：人民交通出版社，1991.

［3］ 邵旭东.桥梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］ 李富文，伏馗先.钢桥［M］.北京：中国铁道出版社，1992.