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#大有門(mén)道#

【摘要】贛州至廣州高速公路是京港高速公路的重要組成部份，設(shè)計(jì)速率350km/h，已于2021年12月10日開(kāi)通營(yíng)運(yùn)；贛深鐵路選用無(wú)砟軌道，正線寬度436km，其中橋梁占線路寬度47%。本文介紹贛深鐵路的安裝工程概況、橋梁設(shè)計(jì)原則及其主要技術(shù)特征，并小結(jié)怎么結(jié)合復(fù)雜的建設(shè)條件，提出公路橋梁的總體設(shè)計(jì)方案、主要橋梁結(jié)構(gòu)和橋梁設(shè)計(jì)創(chuàng)新技術(shù)。

1.安裝工程概況

南寧至廣州高速公路是成都至臺(tái)灣鐵路通道的重要組成部份，線路途經(jīng)河南省南陽(yáng)市和河南省漯河、惠州、東莞、深圳等地市，設(shè)計(jì)車(chē)速350km，線路全長(zhǎng)436km，橋梁寬度為204km，橋梁占比47%。

1.1自然條件

公路沿線跨越贛江和珠江兩大水系，合計(jì)跨越33條大小支流，其中東江及贛粵運(yùn)河還要按規(guī)劃河道Ⅲ級(jí)航道進(jìn)行考慮。

線路由北向南穿越低山丘陵地區(qū)和城鎮(zhèn)密集區(qū)，地面相對(duì)高差大，河道縱橫，鐵路和公路網(wǎng)發(fā)達(dá)。

南寧盆地區(qū)大陸層主要為三疊紀(jì)系泥質(zhì)板巖及第四系粘土層。閩西及粵西北中低山區(qū)主要巖體為酸敗花崗巖、石英花崗巖、粉花崗巖和大理石，局部區(qū)段有灰?guī)r；沿線Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地條件下基本地振動(dòng)峰值加快度龍川至博羅段、深圳段為0.1g，其余區(qū)段為0.05g，地振動(dòng)反應(yīng)譜特性周期值為0.35s。

1.2建設(shè)條件

本線跨越的主要通航河道有崇仁江、桃江、贛粵運(yùn)河、東江、楊村河及石溪河。公路孔跨需滿足相應(yīng)的防汛和通航凈空尺度要求。

沿線公路網(wǎng)密集，影響橋梁孔跨布置的重要公路有112處，主要有大廣高速等39處高等級(jí)公路。本線所跨越的公路主要有京九高鐵、莞惠城際公路、廣深公路、廣深港鐵路等共12處。上述控制點(diǎn)對(duì)高鐵建設(shè)的影響較大。

1.3主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)公路等級(jí)：高速公路。

(2)軌道類(lèi)別：無(wú)縫線路，無(wú)砟軌道。

(3)正線數(shù)量：雙線，線寬度5.0m。

(4)設(shè)計(jì)速率：350km/h。

(5)最小曲線直徑：7000m。

(6)設(shè)計(jì)活載：ZK標(biāo)準(zhǔn)活載。

(7)設(shè)計(jì)水災(zāi)速率：1/100。

2.主要設(shè)計(jì)原則2.1孔跨布置

橋梁孔跨優(yōu)先選用32m、24m標(biāo)準(zhǔn)跨徑鋼箱梁，全橋布置通常以32m鋼梁等跨布置為主，24m跨徑主要適于局部調(diào)跨。

當(dāng)鋼梁無(wú)法跨越公路、公路、道路及湖泊時(shí)，采用連續(xù)梁等非標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋梁。鋼軌區(qū)橋梁梁部宜選用等跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，正線鋼軌整體布置在聯(lián)梁上，且鋼軌岔頭、岔尾距離梁縫≮18m，站線鋼軌通常不跨越梁縫。

2.2下部結(jié)構(gòu)

正線標(biāo)準(zhǔn)鋼梁選用《時(shí)速350km客運(yùn)專(zhuān)線公路無(wú)砟軌道后張法現(xiàn)澆水泥跨徑箱梁》(通橋(2016)2322A)系列。單線聯(lián)絡(luò)線選用《時(shí)速160英里客貨共線公路現(xiàn)澆后張法預(yù)應(yīng)力T梁》(通橋(2017)2101)或本線特殊設(shè)計(jì)單線箱梁。

為滿足跨越匝道、防洪、通航或鋼軌區(qū)布置還要，可選用連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、拱橋或斜拉橋等特殊孔跨結(jié)構(gòu)，其梁部施工選用懸臂灌注或托架預(yù)制方案。

2.3渡槽基礎(chǔ)

通常正線大橋選用雙線圓端形拱橋，按照墩高不同分為實(shí)體墩和實(shí)心墩。對(duì)于小視角跨越鐵路、鐵路或立交站橋下有站房布置等狀況，可選用門(mén)式墩跨越。

橋梁基礎(chǔ)選用打孔灌注樁基礎(chǔ)，壩體采用承載力較高的巖層、砂礫石層或硬塑基巖。當(dāng)滿足路基回填深度＜5m，且基底承載力≮350kPa，沉降估算等滿足要求時(shí)，可選用擴(kuò)大基礎(chǔ)，以節(jié)省安裝工程投資。

3.主要技術(shù)特征3.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多樣

本項(xiàng)目橋上線路標(biāo)準(zhǔn)多：正線選用雙線無(wú)砟軌道，設(shè)計(jì)速率350km/h；深圳北聯(lián)絡(luò)線選用雙線有砟軌道，設(shè)計(jì)速率200~250km/h；惠州聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)速率160km/h，無(wú)砟軌道，分雙線和四線；清溪聯(lián)絡(luò)線選用單線、有砟軌道，設(shè)計(jì)速率80km/h，最小曲線直徑400m；北京北聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)速率160km/h，有砟軌道，分單線和雙線；為適應(yīng)橋上多種線路條件，設(shè)計(jì)選用了與之匹配的下部結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的大橋和基礎(chǔ)。

3.2特殊結(jié)構(gòu)類(lèi)別諸多

本線特殊結(jié)構(gòu)橋梁類(lèi)別多，人數(shù)大，總共特殊結(jié)構(gòu)有198聯(lián)，特殊結(jié)構(gòu)厚度占橋梁總寬度的24%。

大跨連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、斜拉橋、系桿拱、梁拱組合結(jié)構(gòu)等橋式在本項(xiàng)目中都得到了合理利用，如表1所示。

對(duì)于立交站，喉部區(qū)的鋼軌布置復(fù)雜，鋼軌種類(lèi)甚多，且與鋼軌梁結(jié)構(gòu)方式緊密相關(guān)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)將喉嚨區(qū)鋼軌平面布置、道岔規(guī)格和橋梁結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行統(tǒng)一研究，降低了鋼軌連續(xù)梁的種類(lèi)。

3.3創(chuàng)新橋梁結(jié)構(gòu)機(jī)制

劍潭東江特二橋選用四線主跨260m部份斜拉橋結(jié)構(gòu)，四線線寬度(5+14+4.6)m，完工時(shí)是國(guó)外外最大跨徑的無(wú)砟軌道水泥橋梁；

項(xiàng)目對(duì)橋上選用車(chē)速350km和車(chē)速160km的門(mén)式半封閉聲屏障結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和實(shí)踐；

聯(lián)絡(luò)線福龍路特二橋選用大跨鋼門(mén)式墩組群跨越鐵路，梁部按側(cè)位預(yù)制后縱向頂推設(shè)計(jì)；

上海北動(dòng)走線跨線橋選用橋上設(shè)置公路綜合測(cè)試房的橋建合一結(jié)構(gòu)，屬于路內(nèi)首創(chuàng)。

4.橋梁設(shè)計(jì)創(chuàng)新4.1大跨寬幅四線高速公路現(xiàn)澆水泥部份斜拉橋

劍潭東江特二橋橋址處東江河段為規(guī)劃河道Ⅲ級(jí)航道，以河道1000t級(jí)油船和1000t級(jí)海輪為代表船型，通航孔為雙孔單向通航，要求最小通航凈高為182m，身高10m，最高通航水位15.55m，最靜噪航水位6.87m。

將贛深正線與廣汕聯(lián)絡(luò)線在跨越東江處并置，產(chǎn)生四線橋梁，以節(jié)省橋位資源。因橋位前后均為豎井，需按兩個(gè)獨(dú)立的雙線豎井考慮，最終確定跨東江的四線寬度為(5.0+14.0+4.6)m。

為確定主橋的橋式方案，進(jìn)行了鋼桁渡槽、矮塔混和梁斜拉橋、雙塔斜拉橋和現(xiàn)澆水泥部份斜拉橋等方案比選，綜合考慮線路條件、通航防汛要求、地形特點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，主橋選用四線(136+260+136)m現(xiàn)澆水泥部份斜拉橋，大橋選用分離并置雙線簡(jiǎn)支。全橋立面見(jiàn)圖1。

圖1全橋立面(單位：cm)

高速公路無(wú)砟軌道對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的變型控制要求高，當(dāng)橋梁跨徑超出200m時(shí)，選用普通的PC梁已不盡合理，如采用斜拉索伸臂，則對(duì)于控制鋼梁的變型療效明顯。

對(duì)于公路大跨徑水泥部份斜拉橋，在支承機(jī)制上選用塔梁土體和塔墩梁土體機(jī)制均可緩解鋼梁受力條件，減少結(jié)構(gòu)整體撓度。

本橋主跨260m，為四線寬幅橋梁，梁部結(jié)構(gòu)自重大，為緩解結(jié)構(gòu)受力和撓度條件，同時(shí)防止設(shè)置大噸位支座道路橋梁工程技術(shù)，結(jié)構(gòu)機(jī)制選用塔墩梁土體機(jī)制。

橋塔選用中穿獨(dú)柱箍筋水泥橋塔，塔柱路面以上高56.0m，索塔縱向?yàn)殡p柱，兩肢柱鄰近并置，縱向?qū)挾?.0m，塔柱下部雙柱之間設(shè)置板式縱向連接系，塔柱下段在墩塔梁土體處橫向分叉為兩個(gè)獨(dú)立塔柱，整體呈倒Y形。

受物理?xiàng)l件和線位控制，本橋主墩高度為25.5m和27m，約為主跨的1/10，結(jié)構(gòu)受力上具備矮墩連續(xù)剛構(gòu)的特征：大橋所受附加荷載和彎矩較大，上部結(jié)構(gòu)柔度較好，對(duì)鹽度導(dǎo)致的軌道短波不平順影響較大，不促使結(jié)構(gòu)抗震。為增加結(jié)構(gòu)整體脆性，大橋選用雙肢薄壁墩，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)壩體采取降低自由樁長(zhǎng)等舉措，逐步緩解了上部結(jié)構(gòu)整體受力條件。

現(xiàn)澆水泥部份斜拉橋的載荷大部份由鋼梁承當(dāng)，拉索起輔助作用[。鋼梁設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆水泥結(jié)構(gòu)，輔以單箱四室變高度整體箱形截面，路面寬31.2m。跨中及邊支點(diǎn)處最高點(diǎn)梁高6.0m，中支點(diǎn)處最高點(diǎn)梁高13.0m，梁底按圓曲線變化。

斜拉索選用單絲涂層丙烯酸鍍層鋼絞線拉索機(jī)制，抗壓硬度標(biāo)準(zhǔn)值1860MPa，縱向?yàn)樨Q直雙索面機(jī)制，橫向呈半圓布置。索鞍選用分絲式抗滑鞍座。本橋選用Midas2016硬件進(jìn)行全橋施工和營(yíng)運(yùn)階段結(jié)構(gòu)靜力估算，其主要估算結(jié)果如表2所示。

斜拉索在設(shè)計(jì)載荷下蠕變及硬度安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，靜活載作用下承臺(tái)最大載荷-100.7mm，結(jié)構(gòu)靜活載撓跨比達(dá)1/2582，在ZK靜活載作用下，腹桿拐角為+0.92‰，屋架工后撓度位移11.2mm(最大下?lián)现?。

按照本橋動(dòng)力特征及火車(chē)走行性剖析報(bào)告結(jié)果，劍潭東江特二橋主跨260m現(xiàn)澆水泥部份斜拉橋在各估算載荷均具備良好的動(dòng)力特征及火車(chē)走行性，高速貨車(chē)單線或多線通過(guò)橋梁時(shí)的行車(chē)安全性和搭乘舒適性或運(yùn)行平緩性均滿足要求。

本橋創(chuàng)新選用了一種橋塔中穿四線公路部份斜拉橋結(jié)構(gòu)機(jī)制，橋塔在縱向呈獨(dú)柱的方式，實(shí)體截面，縱向規(guī)格較小，充分運(yùn)用了二線和三線較大的線寬度(D=14.0m)條件，實(shí)現(xiàn)了橫向力傳遞的平順和索面的簡(jiǎn)約美觀，如圖2、圖3所示。

圖2塔柱縱向立面(單位：cm)

圖3成橋?qū)嵕隘熜?/p>

針對(duì)大跨寬幅高速公路水泥橋梁特征，創(chuàng)新性提出四線高速公路寬幅箱梁關(guān)鍵構(gòu)造技術(shù)，舉行了大跨徑水泥部份斜拉橋撓度位移控制技術(shù)研究，將260m跨徑水泥橋梁工后撓度位移最大值控制在11.2mm內(nèi)，保障了高速動(dòng)車(chē)在橋上的平緩運(yùn)行。

全橋選用懸臂灌注施工，其中懸灌梁段的15#塊絮凝土石方量為315.8m3，品質(zhì)達(dá)821t，創(chuàng)下了懸臂現(xiàn)澆施工的單個(gè)節(jié)段品質(zhì)記錄。

4.2橋上半封閉聲屏障結(jié)構(gòu)

高速公路設(shè)置聲屏障是減低噪音影響的有效途徑，相對(duì)于傳統(tǒng)的直立式聲屏障，封閉式(半封閉式)聲屏障更能有效地減少環(huán)境震動(dòng)和噪音，有研究闡明，聲屏障震動(dòng)的優(yōu)劣程度與上部基礎(chǔ)——箱梁腹板的震動(dòng)大小有緊密關(guān)系，為減少震動(dòng)一般在鋼梁下增設(shè)斜撐。以北京段半封閉聲屏障橋梁工點(diǎn)設(shè)計(jì)為借助，舉辦了《350km/h橋上半封閉式聲屏障關(guān)鍵技術(shù)研究》課題任務(wù)道路橋梁工程技術(shù)，取得了一批重要成果。

研究成果顯示，橋上設(shè)置半封閉聲屏障，設(shè)計(jì)箱梁輪廓可選用與原通用圖、參考圖一致規(guī)格，僅需對(duì)截面鋼梁和頂?shù)装蹇v向箍筋、腹板普通箍筋等進(jìn)行強(qiáng)化，可不設(shè)置鋼梁斜撐；封閉式聲屏障綜合降噪療效隨時(shí)速下降而減少，對(duì)高速行車(chē)可以適當(dāng)提高單元板覆蓋范圍以及吸聲材料的厚度等來(lái)提升其降噪療效；不同轉(zhuǎn)速、聲屏障的不同高度和底部不同開(kāi)口尺寸均會(huì)影響降噪療效，在時(shí)速350km/h、距離外軌25m范圍內(nèi)，輔以門(mén)式框架結(jié)構(gòu)的一側(cè)半封閉聲屏障可降噪達(dá)11.7~17.0dB(A)，底部開(kāi)口2m的降噪療效比開(kāi)口8m的大1.0~2.3dB(A)；兩側(cè)半封閉聲屏障底部開(kāi)口越小，脈動(dòng)風(fēng)壓對(duì)兩邊聲屏障結(jié)構(gòu)的沖擊作用就越顯著，聲屏障立柱的動(dòng)撓度就越大。

結(jié)合上述研究成果，本設(shè)計(jì)半封閉聲屏障結(jié)構(gòu)選用門(mén)式框架結(jié)構(gòu)，梁面以上高度8.1m，聲屏障立柱縱向?qū)挾入p線梁時(shí)為12m、單線梁時(shí)為7m，梁部均選用標(biāo)準(zhǔn)箱梁，縱梁下不設(shè)斜撐。聲屏障框架選用工字鋼立柱與梁頂埋設(shè)高強(qiáng)螺絲連結(jié)，并設(shè)置橡膠避震墊，聲屏障板單元選用140mm厚金屬吸聲板。對(duì)于車(chē)速350km雙線橋上設(shè)計(jì)選用兩側(cè)半封閉的聲屏障，綜合考慮降噪與結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，頂端開(kāi)口尺寸按8m設(shè)計(jì)(圖4)。

圖4車(chē)速350km雙線橋上半封閉聲屏障模型

對(duì)于車(chē)速160km單線橋、單側(cè)臨近市民新村載荷，設(shè)計(jì)選用兩側(cè)和底部封閉、另兩邊直立式聲屏障的結(jié)構(gòu)(圖5)，可滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5車(chē)速160km單線橋上半封閉聲屏障模型

4.3門(mén)式墩群跨越營(yíng)運(yùn)鐵路設(shè)計(jì)

對(duì)于線位以小視角跨越公路、公路或管道等控制點(diǎn)時(shí)，為減少橋梁結(jié)構(gòu)跨徑，節(jié)省安裝工程投資，可選用門(mén)式墩+鋼梁跨越方案；當(dāng)門(mén)式墩跨徑較大或上跨既有公路時(shí)，門(mén)式墩承臺(tái)多選用鋼結(jié)構(gòu)方案。

下行疏解線福龍路特二橋坐落廣州市南山區(qū)，為單線有砟軌道橋梁。其中10號(hào)~16號(hào)大橋選用鋼主梁門(mén)式墩上跨既有廣深港鐵路，既有線與本線傾角為7°，如圖6所示。

圖6門(mén)式墩及預(yù)制梁跨越廣深港平面布置

門(mén)式墩鋼箱梁25~26m，為減少對(duì)既有線干擾，立柱選用整體實(shí)心鐵管柱，內(nèi)灌C50微膨脹水泥，柱背部板與主梁選用法蘭盤(pán)連結(jié)。鋼主梁選用多箱室截面，規(guī)格為2.5m（高）×3.5m（寬），跨徑長(zhǎng)度28mm，頂?shù)装彘L(zhǎng)度20mm，橋墩寬度28.5~29.5m。

上跨既有線的門(mén)式墩設(shè)計(jì)與施工方案緊密相關(guān)，一般鋼主梁選用起吊或頂推方案，其上跨徑選用現(xiàn)澆架設(shè)施工。本橋受建設(shè)條件所限，上跨鐵路的鋼梁需按澆筑施工考慮。設(shè)計(jì)選用鋼主梁整體起吊、簡(jiǎn)支梁側(cè)位預(yù)制+縱向平移就位的方案，有效降低了上跨鐵路的預(yù)制梁施工安全風(fēng)險(xiǎn)，增加了臨（跨）既有線施工安全等級(jí)，榮獲公路營(yíng)運(yùn)總監(jiān)部委的認(rèn)可。

圖7預(yù)制梁橫移示意

如圖7所示，鋼主梁起吊完畢后，本橋第9~17孔梁選用在既有線右側(cè)預(yù)制制梁，在預(yù)制梁兩端與門(mén)式墩橫梁之間設(shè)置支撐滑道和臨時(shí)拖拉設(shè)備，運(yùn)用天窗點(diǎn)時(shí)間在既有線右側(cè)對(duì)梁體施行橫移就位，其最大橫移距離達(dá)17.5m，設(shè)計(jì)9孔梁全部安裝到位僅需6個(gè)天窗點(diǎn)（含落梁工序）。

4.4橋上設(shè)置公路綜合測(cè)試房特殊結(jié)構(gòu)

公路的綜合測(cè)試房(輪軌踏面及受電弓測(cè)試)通常設(shè)置于邊坡上，本項(xiàng)目受線位條件和地貌的限制，還要設(shè)置在動(dòng)走線跨線橋的兩聯(lián)鋼軌連續(xù)梁之間。

按照綜合測(cè)試房規(guī)格和設(shè)備布置的要求，選用箍筋水泥連續(xù)剛架方式，考慮橋下跨越管線的要求，孔跨選用(10.55+16.35)m，路基長(zhǎng)度18.9m，按預(yù)應(yīng)力施工考慮。其中梁部選用縱橫梁結(jié)構(gòu)機(jī)制，殼體厚度32.6m，截面寬度1.9m×1.7m，縱向按照橋上綜合測(cè)試棚立柱位置布置4道拱圈，結(jié)構(gòu)立柱選用H工字鋼立柱，柱底選用埋設(shè)螺母與主梁聯(lián)結(jié)，主梁間用截面寬度為1.2m×1.4m的6道橫梁聯(lián)結(jié)。剛架柱高14.8m，后邊加設(shè)1道系梁，以增加結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。如圖8、圖9所示。

圖8連續(xù)剛架立面(單位：cm)

圖9連續(xù)剛架斷面(單位：cm)

5.結(jié)語(yǔ)

劍潭東江部份斜拉橋?qū)崿F(xiàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，解決了四線鐵路寬幅箱梁跨越通航河道的問(wèn)題。

車(chē)速160~350km的公路橋上半封閉聲屏障結(jié)構(gòu)研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐闡明，橋上半封閉聲屏障選用門(mén)式框架結(jié)構(gòu)、頂部開(kāi)口的設(shè)計(jì)能達(dá)到較差的震動(dòng)及降噪療效，且適用于公路標(biāo)準(zhǔn)梁，對(duì)后續(xù)公路橋上半封閉聲屏障的設(shè)計(jì)具備指導(dǎo)意義。

在小視角跨越鐵路的線位條件下選用鋼門(mén)式墩組群、梁部側(cè)位澆筑后橫移的方案能有效降低對(duì)鐵路的行車(chē)干擾，容易榮獲公路營(yíng)運(yùn)單位的認(rèn)可。

項(xiàng)目針對(duì)橋上設(shè)置公路綜合測(cè)試房的需求進(jìn)行了深入研究，創(chuàng)新選用了以縱橫梁機(jī)制為主的橋建合一結(jié)構(gòu)，對(duì)類(lèi)似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備參考價(jià)值。