兰渝铁路渔家咀渠江特大桥设计比选

雷敏

摘要 文章比选了连续梁、刚构-连续组合梁、连续刚构的桥式方案，比选了不同顶推力的合龙顶推方案，选择了经济合理、受力合理、外观协调的（48+4×80+48）m刚构-连续组合梁方案，此方案集高墩、长联于一桥。研究结果表明：通过选取刚构墩数量及尺寸、合龙顶推力，可优化、平衡施工过程及成桥后的桥墩受力状态，充分利用桥墩混凝土性能且保证全桥纵向线刚度足够大。研究过程及结论可为高墩、长联铁路预应力混凝土桥梁的设计提供有益的经验。

关键词 刚构-连续组合梁;高墩;长联;比选

中图分类号 U448.35 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0128-04

0 引言

连续梁结构体系通常分为连续梁桥、连续刚构桥和刚构-连续组合梁桥。刚构-连续组合梁桥是连续梁桥与连续刚构桥的结合体，兼顾了两者的优点而扬弃两者的缺点，在结构受力、使用性能等方面均具有一定的优越性。刚构墩墩身内力与其顺桥向抗推刚度、距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离密切相关。抗推刚度小的墩身能有效地降低其内力，但随联长的加大，墩身距主梁顺桥向水平位移变形零点的距离亦将加大，在温度、混凝土收缩徐变等荷载的作用下，墩顶与主梁产生很大的顺桥向水平和转角位移，墩身剪力和弯矩将迅速增大，致使部分刚构墩难以满足受力要求，为此，解除受力困难的刚构墩，采用顺桥向水平和转角位移自由的支座形式，墩身受力问题得以解决。

该文以兰渝铁路渔家咀渠江特大桥为例，通过连续梁桥、刚构-连续组合梁桥、连续刚构桥的比较分析，进一步研究各体系的受力特点。

1 工程概述

渔家咀渠江特大桥位于重庆广安市化龙寺渔家咀，属川东丘陵地貌，地形起伏较大。桥位河段内地层平缓，构造单一，未见断裂构造。年日平均气温17.1°，年平均降雨量1 200 mm。地震动峰值加速度值为0.05 g，地震动反应谱特征周期值为0.35 s。

渠江为通航河流，航道等级为Ⅳ级。

该桥为客货共线单线铁路桥梁，位于兰渝铁路广安支线上，线路等级为国铁I级，设计旅客列车行车速度为160 km/h。桥梁几近垂直横跨渠江，桥梁主要受地形、水文和通航控制。线路平面位于半径为R=2 500 m、R=2 000 m 的两反向曲线上，纵坡为−5.7‰、−5.4‰，变坡点设置在ID1K847+400处。主跨立面布置图如图1。

根据地形、水文和通航情况，对主桥作了方案比选[1]。

2 主跨跨度、主跨孔数比选

桥址处，河槽深度大，墩高普遍较大。当墩体及基础工程量占总体工程量比重较大时，适当增加跨长，减少高墩数量可以起到节约工程量的作用。

主桥横跨水面宽度340 m并需满足双孔单向通航Ⅳ级航道净空要求，单孔通航需要68 m净宽，故考虑桥墩尺寸后主跨至少大于72 m且至少布置两个主跨。

综合考虑航道宽度富余量、主跨与墩高比例关系、上下部总工程量规模，对（48+2×80+48）m、（48+3×80+48）m、（48+4×80+48）m、（48+5×80+48）m四种方案进行比选，（48+4×80+48）m方案符合各项要求且总工程量最为节约。故主桥孔跨选择（48+4×80+48）m，后文比选均在此孔跨方案下进行。

3 桥式方案比选

一般来说，刚构、刚构-连续组合梁的刚构主墩采用无纵坡形式，连续梁、刚构-连续组合梁的连续梁主墩采用纵向放坡形式，为达到形式统一、外观协调的美学效果，渠江桥多跨结构全部采用无纵坡形式，连续墩纵向壁厚1.0 m，刚构墩纵向壁厚0.9 m。故该桥在主墩无纵坡的条件下比较不同方案墩身混凝土方量。5个主墩（29～33号）墩高分别为64.5 m、67.4 m、69 m、68.5 m和66.0 m[2-4]。

在结构满足受力要求条件下，连续梁主墩混凝土方量较大，刚构、刚构-连续组合梁主墩混凝土方量差别不大，故刚构、刚构-连续组合梁方案经济性更佳。

由于桥址处渠江水位常年较深，只能采用高桩承台桩基础形式，而且墩高较大，下部结构（墩体及桩基础）整体刚度相对较小。由表1比较可知：在主+纵向组合下，连续刚构、刚构-连续组合梁纵向刚度较大，纵向位移较小。

由表2、表3可知：恒载状态下，各方案跨中、墩顶弯矩相对趨势明显，其中连续刚构各跨跨中弯矩普遍大于其他方案，连续梁边主墩墩顶弯矩显著大于其他方案;连续刚构方案29、33号墩墩底弯矩远大于其他方案。由表4可知：恒载+活载+温度力+制动力+墩体纵向风力组合下，连续梁跨中弯矩普遍偏大，三个方案的各主墩墩顶弯矩差异不大。在混凝土收缩、徐变、温度力作用下，连续刚构方案的29、33号墩成为设计难点。由表5可知：29、33号主墩墩顶、墩底弯矩极大，需要采用较大结构尺寸才能满足规范要求，而连续梁、刚构-连续组合梁方案正好避免了该困难。三个方案在31号墩墩顶、墩底弯矩上有一定差异，连续梁最大，连续刚构最小，刚构-连续组合梁居中。连续梁墩顶、墩底弯矩巨大，需要采用较大的结构尺寸才能控制全桥的纵向刚度、纵向位移。对于长联结构，从墩体设计角度看，刚构-连续组合梁方案较连续梁、连续刚构方案更合理[7-8]。

经过多方面的比较，发现刚构-连续组合梁方案在经济、受力上更具合理性、平衡性。故主桥采用（48+4×80+48）m刚构-连续组合梁，最大墩高69 m。

4 合龙顶推方案比选

经进一步比选，确定梁体尺寸、施工顺序，该文对此两部分比选不作展开。

梁体为单箱单室变高度箱梁。梁体全长417.2 m，桥面宽7.0 m，箱宽4.0 m，中跨中部和边跨端部梁高3.3 m，中墩处梁高6.0 m。30～32号刚构主墩为墩梁固结形式，29、33号主墩墩顶设支座。29～33号墩均采用16根桩径2.5 m钻孔桩。

由于该桥为高墩、长联结构，由混凝土收缩、徐变、温度荷载导致的梁体纵向水平位移，引起主墩附加弯矩及变形，同时影响主梁相关部位的应力。为此，该桥决定进行合龙顶推方案比选，可顶推的位置有29～30号墩之间、30～31号墩之间、31～32号墩之间、32～33号墩之间，考虑到全桥其他客观因素决定的合龙顺序为：先2、5跨合龙，再1、6合龙，最后3、4跨合龙。

最终采用顶推位置為3、4跨跨中（即30～31号墩之间、31～32号墩之间）。若2、5跨也顶推施工，对30、32号墩的弯矩及墩顶纵向位移不利，对30、32号墩靠内侧的支承处下缘应力没有改善。故拟对该桥3、4跨进行合龙顶推方案比选。选取主+附荷载组合：恒载+活载+温度力+制动力+墩体纵向风力;墩体纵向风力、制动力均向大里程方向加载;模型中未考虑28、29、33、34号墩支座摩阻力;考虑基础沉降影响;顶推力每级50 t，最大计算顶推力400 t。

经分析，随顶推力增大，由顶推力引起的各主墩墩顶位移相应增大;当顶推力为300 t时，各主墩墩顶位移达到约50 mm，位移在施工受控范围。

由表6可知：在主+附组合下，施加合龙顶推力对30、32号墩墩顶弯矩影响不大，对30、32号墩墩底弯矩影响明显，当顶推力达到一定时，墩底弯矩的最大值、最小值的绝对值更为接近且绝对最大值较合理，此时，30、32号桥墩在相同结构尺寸、钢筋配置下，能更充分发挥材料性能，提高经济性;施加顶推力对31号墩墩顶、墩底影响较小。

由表7可知：施加顶推力减小了D点下缘压应力，由1.86 MPa减小到0.5 MPa;增加了A、B、C点上、下缘及D点上缘的压应力，特别是对主梁设计较为控制的B点，下缘压应力由0.59 MPa增加到0.9 MPa;当顶推力为300 t时，B、D下缘压应力接近，两点对设计的控制程度接近，对主梁正应力控制点来说，300 t顶推力为最优顶推力。

综上所述：300 t顶推力使主梁正应力控制点的压应力得到最有利调整;顶推力引起的位移在施工受控范围;有利地调整了大部分主墩的弯矩，改善了受力情况[5-6]。

5 结语

该文比选了连续梁、刚构-连续组合梁、连续刚构的桥式方案，并且比选了不同顶推力的合龙顶推方案，选择了经济合理、受力合理、外观协调的（48+4×80+48）m刚构-连续组合梁方案，此方案集高墩、长联于一桥。

研究结果表明：通过选取刚构墩数量及尺寸、合龙顶推力，可优化、平衡施工过程及成桥后的桥墩受力状态，充分利用桥墩混凝土性能且保证全桥纵向线刚度足够大。刚构-连续组合梁桥兼顾了连续梁桥、连续刚构桥的优点而扬弃两者的缺点，可作为山区铁路的优选桥式方案。

研究过程及结论可为高墩、长联铁路预应力混凝土桥梁的设计提供有益的经验。

参考文献

[1]刘学谦， 陈玉龙， 潘诚. 大跨径预应力混凝土连续梁桥设计浅析[J]. 智城建设， 2019（7）： 22-23.

[2]刘彬. 四线铁路连续梁空心薄壁刚架主墩设计[J]. 高速铁路技术， 2019（1）： 97-100.

[3]武松. 连续梁桥悬臂现浇施工技术研究[J]. 技术与市场， 2019（2）： 62-63.

[4]曹爱虎. 连续梁桥设计与结构计算分析[J]. 安徽建筑， 2019（9）： 161-162.

[5]江山. 高速铁路桥梁连续梁工程技术要求及施工后果控制[J]. 建筑技术开发， 2019（9）： 136-137.

[6]蔡忠亮. 预应力混凝土连续梁桥施工控制及线形分析[J]. 低碳世界， 2019（5）： 244-246.

[7]铁路桥涵设计基本规范： TB10002. 1—2005[S]. 北京：中国铁道出版社， 2005.

[8]铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范：TB10002. 3—2005[S]. 北京：中国铁道出版社， 2005.