西湖冲特大桥主桥结构设计关键技术

张巨生 宁伯伟 梅曙辉

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司 武汉 430056)

新建黔张常铁路经地质复杂的武陵山区，号称第二条宜万线，按200 km/h车速客、货共线Ⅰ级、双线、有碴设计，设计活载为中活载。

西湖冲特大桥位于湖南省湘西北部龙山县，大里程侧接隧道。为控制隧道规模、降低隧道施工风险、加快工期，全线总体设计采用高线位，本桥桥面距地面高达90 m，两侧边坡陡峭，最大坡脚达70°。

桥址处属亚热带大陆性湿润季风气候区，年平均温度为15.8 ℃。场区覆盖层厚度0.5～5 m，岩性主要为残坡积黏性土混碎石、角砾；基岩

主要为页岩及灰岩；桥址处基岩50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为VI度，主桥按VII度设防。

1 总体设计

黔江至常德方向桥式布置为：引桥3×32.7 m简支T梁+主桥60 m+2×100 m+60 m连续刚构+引桥3×32.7 m简支T梁，桥梁总长526.2 m(含桥台)，见图1。左线平面位于半径4 500 m的圆曲线上，线间距为4.546 m。立面纵向单坡，坡度为1.74%。

图1 桥式立面布置图(单位：m)

主桥采用60 m+2×100 m+60 m的变高度预应力混凝土连续刚构，中墩固接[1]、边墩及次中墩设竖向支座，主梁采用单箱单室截面(见图2)，支点梁高7.85 m、跨中及边跨直线段梁高4.85 m，梁底下缘采用1.65次抛物线。引桥采用32.7 m的标准简支T梁，横向布置4片，梁高2.7 m。桥墩均采用圆端形空心墩[2-3]，墩高30～81 m，基础采用群桩基础。

在0～1号、2～3号、8～9号墩之间边坡倾角高达70°，清除植被后边坡易失稳，两侧桥台及邻近桥墩基础无法开挖，设计中采用桩板墙先进行防护，再行开挖，基础施工完成后，再对坡体用锚索框架梁防护。

图2 主桥断面布置示意图(单位：cm)

2 主桥设计

2.1 结构设计

主梁采用C50单箱单室预应力混凝土变高连续梁。箱梁顶宽12.0 m、底宽6.7 m，顶板厚0.4 m；腹板厚分别为0.6，0.8和1.0 m，按折线变化。底板厚1.2～0.4 m，按曲线变化。底板设60 cm×30 cm梗肋，顶板设90 cm×30 cm梗肋。全联在各支点及中跨合龙段处设横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。中支点及次中支点横隔板分别厚2.4，2.0 m，端支点横隔板厚1.45 m。

4，5，6号中墩墩高分别为60，81，46.2 m，墩顶纵向长6.4 m、横向宽8.4 m，墩身外侧纵、横向均按30∶1的斜率变宽, 墩身内侧纵、横向按50∶1的斜率放坡，上端壁厚80 cm，由上至下不断变厚。为方便主梁施工，桥墩顶帽6 m范围内由圆端形过渡为矩形。

3，7号边墩墩高分别为63.25，59.15 m，墩顶纵向长4 m、横向宽8 m，上端壁厚60 cm，墩身内、外侧放坡斜率与中墩一致。

4，5，6号中墩基础分别采用16，20，12根直径1.8 m钻孔灌注桩，承台厚度均为4.5 m； 3，7号墩基础分别采用14，11根直径1.5 m钻孔灌注桩，承台厚度均为3.5 m。主桥桩基均按行列式布置，除5号墩桩基持力层为微风化灰岩外，其余墩桩基持力层均为微风化页岩。

2.2 结构静、动力主要计算结论

经计算，运营控制组合最大正应力14.3 MPa、最小正应力0.55 MPa、最大主应力14.3 MPa、最小主应力-2.1 MPa、最大剪应力3.38 MPa、最小强度安全系数2.2、最小抗裂安全系数1.3;主墩全截面受压，最大压应力10.6 MPa；梁端最大转角为0.065%,主跨静活载挠跨比为1/3 225。以上结果均满足相关规范要求。

桥址处地震基本烈度为VI度，地震动峰值加速度0.05g，按多遇、设计、罕遇分析并检算主桥桩基、桥墩及主梁各关键截面，均满足抗震性能要求。

车-桥耦合振动分析显示高速客车的乘坐舒适度及货运列车的运行平稳性均达到“良好”以上标准。

3 设计关键技术

3.1 优化结构体系，提高主桥纵向抗推刚度

为满足行车舒适性及安全性，主桥墩身需达到一定刚度以保证轨道的稳定、强度及断缝间距能满足列车运营要求。经轨道分析，如采用连续梁体系即中墩设固定支座，其余设纵向活动支座，主桥中墩纵向水平刚度需达到1 000 kN/cm(双线)，方能满足连续梁纵向抗推刚度的要求。因本桥主墩高达81 m，墩身纵向尺寸虽由墩顶6.4 m放坡至墩底11.4 m，壁厚由0.8 m渐变至1.8 m，但主墩纵向刚度仅有553 kN/cm(双线)，与轨道稳定及安全需求差距较大，如继续加大中墩截面尺寸，工程量增加较多，且对行洪不利。

为提高主桥纵向水平刚度，设计了中墩与主梁固接及中墩、次中墩均与主梁固接两个方案，研究结果表明，两个方案均满足1 000 kN/cm(双线)纵向水平刚度要求，但后者梁、墩在温度作用下受力不利，最终确定采用中墩墩梁固接、其他墩设纵向活动支座的体系。

3.2 适应本桥工程特点的主桥合龙顺序

一般大跨变高连续梁均采用先挂篮双悬臂节段施工，同时搭支架施工边跨现浇段，待双悬臂施工至边跨合龙段，先边跨合龙、后中跨合龙[4-5]。本桥如搭设高达60.4 m的边跨现浇段支架、并预压，工期长、施工安全风险大。如果采用先中跨合龙、后边跨悬浇至边墩顶、最后在墩顶现浇剩余部分的工法，则能避免搭设边跨现浇段支架及预压，可有效规避施工风险。

经研究，先中跨合龙、后边跨悬浇至边墩顶与常规的先边、后中跨合龙工法比较，主梁弯矩在次中墩顶增大、中墩顶及边中跨跨中减小，控制预应力配置工况为运营阶段，运营阶段弯矩变化在3%以内，两种工法的配筋基本一致。控制截面弯矩计算结果见表1。

表1 合龙顺序控制弯矩比较

注：表内弯矩前后顺序：先中跨合龙、后边跨悬浇至墩顶/先边跨、后中跨合龙。

另外，铁路预应力混凝土连续梁竖向挠度要求铺轨后徐变值不大于20 mm，本桥两种工法铺轨后徐变值均在5 mm以下，均满足规范要求。

本桥为四跨连续梁，经对比分析两种工法下主梁受力、铺轨后竖向徐变值及预应力配置基本一致，本桥以规避设置边跨现浇段高支架施工风险为目的，采用了先中跨合龙，后边跨悬浇至边墩顶，最后在墩顶现浇剩余部分的工法。该工法在黔张常铁路得到了全线推广。

4 结语

黔张常铁路西湖冲特大桥地处武陵山区，具有谷深、墩高的特点。设计中通过采用中墩固接提高了主桥的抗推刚度，先中跨合龙、后边跨悬浇至边墩顶、最后在墩顶现浇剩余部分的工法规避了边跨现浇段高支架搭设、预压的施工风险。目前除引桥预制T梁外，线下工程已全部完工，达到了预期的效果。

[1] 张慎清．铁路矮塔斜拉桥塔梁固接段应力分析[J].交通科技，2014(3)：29-31．

[2] 余武军，何振宇．装配式桥梁超高变截面空心薄壁墩设计[J].交通科技，2014(3)：8-11．

[3] 张鲲，王力．山区高速公路桥梁设计关键技术浅析[J].交通科技，2015(2)：42-44．

[4] 唐小兵,贾志伟,黄爱,等.连续刚构桥施工过程中腹板斜裂缝成因分析及试验研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2017,41(2):195-198.

[5] 陶璐．290 m空腹式连续刚构桥梁合龙技术[J].交通科技，2015(2)：48-50．