焦作至济源至洛阳城际铁路黄河特大桥方案研究

2016-12-06郑存笔

铁道勘察 2016年5期

关键词：桁梁斜拉桥大桥

郑存笔

(中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070)

焦作至济源至洛阳城际铁路黄河特大桥方案研究

郑存笔

(中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070)

黄河特大桥是新建铁路焦济洛城际铁路跨越黄河的控制性工点，初步拟定(60+12×100+60) m预应力混凝土连续梁、6×(100+100) m部分斜拉桥、2联(100+2×200+100) m 独塔斜拉连续刚构组合桥、12-108 m连续钢桁梁等方案，并对各个方案的优缺点进行分析比较，最终选择(60+12×100+60) m预应力混凝土连续梁作为跨越黄河的推荐方案。

焦济洛城际铁路黄河特大桥预应力混凝土连续梁方案研究

1 工程概况

黄河特大桥是新建铁路焦济洛城际铁路跨越黄河的控制性工点，位于西霞院反调节水库下游，距西霞院水库大堤2.0 km，并平行位于在建洛吉快速通道黄河大桥下游200 m以外，全长8 500 m。桥梁沿途依次跨越G245、专用线、黄河、焦柳线等工点，包含吉利高架车站。

2 技术标准

铁路为双线城际铁路，设计时速为200 km，设计荷载为ZC活载，设计洪水频率为1/300。

通航等级：根据黄河航务部门意见，黄河按内河Ⅳ级航道考虑，净高8 m，净宽80 m。

最高通航水位：流量3 000 m3/s时的水位，并考虑30年淤积值2.85 m。

设计流量：11 000 m3/s。

设计水位：采用流量11 000 m3/s时的水位，并考虑50年淤积值5.37 m。

地震基本烈度：沿线地震动峰值加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期分区为二区。

3 桥位区气候条件

桥位区气候属暖温带半湿润季风气候区，具有大陆性季风气候特征，具有春季多风、气候干旱，夏季炎热、雨水集中，秋季晴和、日照充足，冬季干冷、雨雪稀少的显著特点。全年四季分明，热量、降水量随时间分布具有显著的季节性特点。全年日照时数为2 141.6 h，四季分布为夏多冬少，春秋居中，主要气象数据见表1。

表1 主要气象要素一览

4 桥位区地形地貌

桥位区属黄河中游尾段，地形绵延起伏，丘、谷相间，多呈条带状、垄台状；塬面开阔较平坦，微向河谷平面倾斜，高级塬与低级塬的高差一般十米或数十米，最大达百米以上；丘陵区地形起伏较大，自然坡度一般10°～15°，局部较陡，海拔高程120～310 m，相对高差150 m；冲沟发育，丘间谷地底部呈"U"形或箱形，侵蚀作用较强，植被较发育。

5 桥位区水文地质条件

桥位区的地层岩性：表层为风积相粉土、粉质黏土，下部为砂类土夹粉质黏土，含钙质结核，底伏第三系黏土岩，局部基岩出露。主要不良地质体为表层的湿陷性黄土。

线路跨越黄河处位于西霞院反调节水库下游，距西霞院水库大堤2.0 km。除西霞院水库外，黄河上游修建有三门峡水库、小浪底水利枢纽。小浪底水利枢纽位于河南省洛阳孟津县与济源市之间，距离三门峡水利枢纽下游130 km、洛阳市以北40 km的黄河主干流上，控制流域面积69.4万km2，占黄河流域面积的92.3%。坝址所在地南岸为孟津县小浪底村，北岸为济源市蓼坞村，是黄河中游最后一段峡谷的出口。小浪底水利枢纽坝高281 m，正常水位275 m，库容126.5亿m3，淤沙库容75.5亿m3，长期有效库容51亿m3，千年一遇设计洪水蓄洪量38.2亿m3，万年一遇设计洪水蓄洪量40.5亿m3。死水位230 m，汛期防洪限制水位254 m，防凌限抽水位266 m。防洪最大泄水量17 000 m3/s，正常死水位泄水量略大于每秒8 000 m3。

西霞院反调节水库是黄河上最后一级能够发电的工程，该工程可对小浪底水库不稳定流进行调节，可以保证下游工农业水并增强下游稀释和纳污能力。西霞院坝顶高程139 m，水库正常蓄水位134 m，汛期限制水位131 m。百年一遇设计滞洪水位132.56 m，五千年一遇校核滞洪水位为134.75 m。

6 方案比选

据《黄建管[2007]48号文》第十二条、第十六条之条文说明、第十七条之规定，“在黄河干流及渭河、沁河、大清河支流下游的河道管理范围内修建桥梁应采用全桥渡跨越方式”、“潼关—桃花峪河段主槽孔跨不小于80 m，滩地孔跨不小于40 m”。

桥位处上游500 m为在建的洛吉快速通道黄河大桥。洛吉快速通道建设标准为一级公路、双向4车道，由洛阳市公路局投资建设。洛吉快速通道黄河大桥已开工，其主桥采用1-(55+12×100+55) m预应力混凝土连续梁。本次研究了100 m及200 m两种主跨方案。

在方案的选择上，本次研究了(60+12×100+60) m预应力混凝土连续梁、6×(100+100) m矮塔斜拉桥、2联(100+2×200+100) m 独塔斜拉连续刚构组合桥、12-108 m连续钢桁梁等方案。

6.1 (60+12×100+60) m预应力混凝土连续梁方案

主梁采用单箱单室变高度箱形截面，跨中及边支点处梁高4.6 m，中支点处梁高7.0 m。主梁除0号梁段、边孔直线段在支架上施工外，其余梁段均采用挂篮悬臂浇筑施工。连续梁桥墩采用圆端形实体桥墩，基础采用钻孔桩基础。

预应力混凝土连续梁桥是一种成熟桥形，其特点为：整体性好，施工方便，材料用量经济，抗扭刚度大，在结构受力和变形特性方面具有较大优势。在城际铁路的运营阶段，连续梁桥所需的维护也较少，更能给乘客带来舒适感。在景观上，本桥与上游500 m处的洛吉快速通黄河公路大桥交相辉映，给人以简洁之美(如图1)。

图1 预应力混凝土连续梁示意

6.2 6×(100+100) m矮塔斜拉桥方案

主梁采用单箱单室变高度箱形截面，索塔采用H形钢筋混凝土结构，梁顶面以上全高20.0 m，桥墩为钢筋混凝土实体结构，中塔墩与主梁固结，边墩墩顶设置支座；斜拉索横向为双索面布置，纵向半扇形布置；索鞍采用粉丝管形式。主梁施工采用挂篮悬臂现浇法，基础采用钻孔桩基础。

矮塔斜拉桥是连续梁与斜拉桥相结合的现代桥形。与连续梁相比，矮塔斜拉桥梁高较低，桥塔可以创造标志性的景观，但其结构受力复杂、施工周期长、难度大、造价及养护费用高，而且在高速列车荷载作用下，结构耐久性较差，远期养护工作量大(如图2)。

6.3 2×(100+2×200+100) m 独塔斜拉连续刚构组合桥方案

(100+2×200+100) m 独塔斜拉连续刚构组合桥主梁采用单箱双室截面，两边腹板为直腹板，斜拉索采用箱外锚固形式；索塔采用曲线钻石形桥塔，桥面以上塔高66 m，桥面以上塔的高跨比为1/3；斜拉索采用空间双索面体系，斜拉索梁上间距 6 m，塔上间距为1.6 m和1.7 m；索塔与中主墩结合，中主墩为箱形截面，两边主墩采用双薄壁墩柱。