安九铁路跨九江城市快速路大桥设计

沈耀海

(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600)

1 项目概况

根据安九铁路引入九江枢纽方案[1]，安九铁路在九江站北京端配套增建动车存车场等客运设施，需新增1条动车走行线并改建既有衢九铁路下行线。九江动车走行线为单线铁路，有砟轨道，设计行车速度80 km/h，于D1DK0＋464跨越九江城市快速路，与道路交叉角90°；改建既有衢九线为单线铁路，有砟轨道，设计行车速度160 km/h，于GTJDK249＋066跨越九江城市快速路，与道路交叉角89°。

九江城市快速路为4－30 m简支变连续T梁桥，采用矩形双柱式桥墩，道路全宽20 m，双向4车道。九江动车走行线左侧约17 m为既有衢九下行线、既有京九线跨九江城市快速路殷家垄中桥，孔跨布置为3－24 m简支T梁桥。城市快速路北侧地下埋设有九江市第三水厂两根DN1400不锈钢水管，埋深0.5～1.0 m，其中靠近城市快速路侧为出厂管，远离侧为原水管。两处水管穿过既有铁路桥后，在桥址处斜向沿改建衢九线约38 m后折向外侧引入自来水厂。

由于此处自来水管道为九江市供水主管道，迁改周期长，对城乡居民生产生活影响大、迁改费用高，且部分管道位于既有铁路桥下，迁改影响既有线安全，故设计采用桥梁跨越管道。桥址处线路交叉情况见图1。

图1 桥址线路交叉平面(单位:m)

2 方案研究及比选

2.1 方案研究

根据现场条件，九江动车走行线、改衢九线跨越城市快速路桥梁方案要同时满足以下要求:

(1)满足城市快速路立交净空5.5×20 m(高×宽)要求。九江动车走行线、改衢九线跨越城市快速路处梁面标高36.49 m，城市快速路路面标高28.11 m，跨越桥梁梁厚不大于2.88 m。

(2)避开自来水厂原水管和出厂管。桥位处水管布置极为不规则且不能迁改，跨越难度大。

(3)满足现场施工条件。桥梁墩台基础要预留既有铁路、城市快速路及自来水管的施工安全距离，便于实施安全防护措施；梁部应具备预制架设、支架现浇或悬臂灌注等常规措施的施工条件。

(4)符合安全可靠、先进成熟、经济适用、保护环境的要求，满足运营、检查、维护和应急抢修要求，并具有良好的耐久性，结构简洁美观，力求标准化，便于制造和机械化施工[2]。

经初步分析，预制简支T梁、现浇简支箱梁、悬臂灌注连续梁[3－4]及48 m简支钢－混组合桁架梁等四种常见桥式方案基本满足跨越条件，需进行进一步方案比选以确定最优方案。

2.2 方案比选分析

2.2.1 桥梁方案比选

根据方案研究结果，结合现场条件分析，四种方案各有优缺点。

(1)预制简支T梁方案成熟可靠、经济环保，是最常见铁路桥梁方案之一。但受现场交通条件限制，周边无公路运梁通道，从既有线接轨运梁工程线难度非常大，T梁架设可实施性不强。

(2)现浇简支箱梁方案解决了T梁运架困难的问题，但在九江城市快速路上方搭设现浇支架不但侵占道路净空影响道路运营，而且在公路桥梁上支设现浇支架钢管柱难度大、风险高。

(3)预应力混凝土连续梁桥在铁路非常规跨度梁中应用非常广泛[5－6]，跨度布置灵活，采用悬臂灌注法施工避免了在道路上方搭设现浇支架。但桥下净空有限导致连续梁梁高受限，且梁段挂篮施工影响道路净空，需临时导行。

(4)48 m简支钢桁梁跨度大、建筑高度低，采用顶推或拖拉施工基本不影响道路交通，非常适用于立交净空受限条件。常规的纵横梁混凝土桥面系、密横梁混凝土桥面系、密横梁钢桥面系[7－8]等结构形式需在梁底设置检查小车，影响道路净空，故采用不设检查小车的钢－混组合桁架梁[9－10]方案更为合理。该方案需要单独设置钢桁梁现浇及拼装场地。

2.2.2 门式墩方案比选

为避开桥址处布置极为不规则的自来水管道，设计创造性提出将动车走行线与改衢九线共用1个钢筋混凝土门式墩跨越自来水管道方案。门式墩可设于自来水管原水管和出厂管之间(方案一)或原水管外侧(方案二)，如图2所示。两方案间距约为12 m，适用于不同孔跨的桥梁方案。

图2 门式墩平面布置(单位:m)

方案一适用于32 m简支梁跨越方案。门式墩跨度20 m，基础与既有铁路、自来水管道及城市快速路距离较近，施工空间有限、施工风险较大。

方案二适用于连续梁、简支钢桁等跨度较大梁跨越方案。门式墩跨度16.5 m，基础与城市快速路及自来水管道距离较大，施工空间较富余，但靠近既有铁路需增加防护措施。

四种桥式方案及门式墩方案对比分析结果见表1。

表1 方案对比

经综合比较，悬臂灌注连续梁具有技术成熟、制约因素少、工期较短、工程造价较低、后期维修养护工作量小等优点。其制约因素可通过优化连续梁截面高度、对九江城市快速路临时导行[11－12]、加强门式墩中墩临时固结等措施予以解决，被选为最终实施方案。该方案桥梁布置如图3所示。

图3 悬臂灌注连续梁方案(改衢九线)

3 结构设计

3.1 设计参数

根据方案比选结果，九江动车走行线跨九江快速路大桥孔跨布置为(28＋44＋28)m，改衢九线跨九江快速路大桥孔跨布置为(35＋44＋28)m。

3.2 梁部设计

(1)梁部构造

为降低梁高，减少施工难度，充分利用梁部模板，两联连续梁均采用低高度等高截面且外形尽可能对称。为满足低高度连续梁预应力钢筋布设，中支点梁高可适当加大。

经计算分析，连续梁设计为单箱单室等高度变截面结构，梁高2.7 m，并在中支点两侧各4.05 m范围梁高加高至3.2 m。箱梁顶宽7.1 m、底宽3.8 m。梁体典型横断面布置见4。

图4 连续梁典型横断面(单位:cm)

连续梁均分为27个梁段，其中44 m中跨分为11个梁段，最中间为中跨合龙段。一般梁段长度为3.5 m或3.0 m，合龙段长度为2.0 m；28 m边跨和35 m边跨现浇段长度分别为5.6 m和12.6 m。

(2)预应力钢束布置

连续梁均为单向预应力体系，预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线，标准强度fpk＝1 860 MPa，Ep＝1.95×105 MPa，锚固体系采用 OVM系列锚具。其中(35＋44＋28)m连续梁跨度不对称，35 m边跨受力大于28 m边跨，根据计算对其预应力钢束布置进行适当加强。

(3)计算结果

连续梁纵向结构静力计算分析采用西南交通大学“BSAS Pro 2017”程序。全联连续梁按照施工顺序划分为38个单元，建立平面杆系单元模型，见图5。根据铁路荷载及荷载组合要求，分别考虑主力、主力＋附加力工况，对施工、运营各阶段进行计算，得出最不利组合计算结果。

图5 (28＋44＋28)m连续梁计算模型

强度、抗裂性计算结果见表2，静活载与温度荷载组合作用下最大挠度、静活载作用下梁端竖向转角计算结果见表3。

表2 连续梁强度及抗裂性计算结果

表3 连续梁最大挠度及梁端竖向转角计算结果

由表2、表3可知，连续梁各截面应力、最大挠度及梁端竖向转角均满足设计规范要求。

3.3 门式墩设计

(1)结构设计

门式墩由横梁、墩柱及基础三部分组成。横梁横桥向长16.5 m，顺桥向宽度为3.3 m，横梁高2.8 m，与墩柱相连接的部分加厚至3.3 m；墩柱高(不含横梁)4.2 m，墩截面为3.0×2.5 m(顺桥向 ×横桥向)；桩基承台尺寸为6.4×6.4 m(顺桥向×横桥向)，厚3.0 m，基础采用4根直径1.5 m的钻孔灌注桩。门式墩结构尺寸如图6所示。

图6 门式墩结构布置(单位:cm)

(2)结构计算

门式墩横梁采用“BSAS Pro 2017”程序计算，墩柱及基础采用“Midas Civil”程序计算。限于篇幅，门式墩横梁与墩柱基础计算结果不再列出。

两联连续梁共用一个门式墩作为连续梁主墩的情况非常少见，且门式墩与线路斜交，中墩临时固结如仅采用墩顶固结方式，会存在锚固钢筋与门式墩横梁预应力钢筋冲突、墩顶临时固结尺寸和钢筋数量受限的问题，不能满足受力要求。经计算分析，门式墩中墩临时固结采用墩顶临时锚固和墩旁钢管混凝土柱支撑相结合的方式，解决了中墩临时固结受力问题。

4 施工方案

根据工程特点和地形条件，连续梁采用悬臂灌注法施工，其中九江城市快速路上方梁段悬臂灌注施工为本工程的重点和难点。

4.1 施工步骤

(1)场地平整，完成防护工程后，施工墩台桩基、承台及普通墩台身。

(2)采用钢管柱支架现浇法施工门式墩横梁。

(3)施工连续梁梁体，其中现浇段采用钢管柱支架现浇，悬臂灌注段采用全封闭挂篮。

(4)拆除梁体和门式墩现浇支架。

(5)施工桥面系和桥梁附属工程。

4.2 道路导行措施

九江城市快速路车流量非常大，为保证道路畅通，确保桥梁施工及车辆运行安全，九江城市快速路金三角互通至九江长江大桥公路管理局区间100 m范围采取交通导行措施，由双车道交汇单车道通行。

连续梁中跨梁段与道路的相对位置关系见图7。交通导行及连续梁中跨悬臂施工步骤:

图7 连续梁与城市快速路位置关系(单位:m)

(1)两联连续梁同步实施，在完成连续梁0号块后，拆除导行段高速公路桥梁中间隔离带并做好交通导行准备工作。

(2)道路左右幅均保留内侧车道、封闭外侧车道，改为单行道通行，连续梁九江侧实施1号段、衢州侧实施1～4号段。

(3)九江侧道路全封闭，连续梁实施2、3号段；衢州侧道路双车道改为双向单车道运行，连续梁挂篮退回0号块位置。

(4)道路左右幅均保留外侧车道、封闭内侧车道，改为单行道通行。九江侧连续梁实施4号段，衢州侧连续梁挂篮仍留存于0号块。

(5)九江侧道路双车道改为双向单车道运行，衢州侧道路全封闭；两侧连续梁5号段实施完毕后，完成6号合龙段。

(6)拆除挂篮，复原道路中间隔离带、恢复交通。

通过以上导行措施，保证了九江城市快速路在本工程实施期间的正常运营。连续梁施工及成桥现场照片如图8所示。

图8 连续梁施工及成桥现场照片

5 结束语

随着我国城市发展和基础建设突飞猛进，城区桥梁建设制约和控制因素越来越多，如何因地制宜确定合理的桥式方案是工程勘察设计的重中之重。

九江动车走行线、改衢九线跨越九江城市快速路大桥采用等截面低高度悬臂灌注法施工连续梁，方案简单易行、较为经济、后期维修养护工作量小，不但满足了跨越九江城市快速路的立交要求，还创造性地将两联并置连续梁的中墩合并为1个跨度16.5 m的钢筋混凝土门式墩，采用最经济有效的措施避开了不规则布置的自来水管道。

九江动车走行线、改衢九线跨越九江城市快速路大桥连续梁于2021年8月顺利合龙。该桥的成功实施，为将来类似工程勘察设计及施工提供了新的思路。