青盐铁路淮河入海水道特大桥主桥桥式方案研究

2022-08-02温贵生

铁道建筑技术 2022年7期

关键词：简支桁梁入海

温贵生

(中铁第五勘察设计院集团有限公司北京 102600)

1 工程背景

青盐铁路连接山东省与江苏省，是国铁Ⅰ级客货共线铁路，呈南北走向，为中国“八纵八横”高速铁路沿海铁路通道的重要组成部分。青盐铁路北起青岛北站、南至盐城站，线路全长428 km，共设车站19座。

1.1 工程概况

青盐铁路淮河入海水道特大桥位于江苏省盐城市滨海县站南约8 km，是盐城段控制性工程，桥梁全长12.593 km；桥址上游距2002年建成的国道G204淮河入海水道大桥8.8 km，公路桥桥长720 m，采用多跨20 m及35 m先简支后连续梁桥；桥址下游距2006年建成的沿海高速公路(沈海高速公路)淮河入海水道大桥1.1 km，公路桥长1 300 m，采用多跨35 m及50 m连续梁桥；桥址下游距黄海入海口约41.9 km，桥址平面见图1。

图1 青盐铁路跨淮河入海水道及苏北灌溉总渠桥址平面图

淮河入海水道是淮河下游江苏省北部东西向的一条大型人工河道，平行于苏北灌溉总渠北侧，与线路右前角为86°。河道起于淮河下游洪泽湖东二河闸，流经淮安市和盐城市，与京杭大运河及通榆河立体交叉，于滨海县扁担港入黄海，全长163.5 km。根据《淮河流域防洪规划》和《淮河入海水道工程项目建议书》，淮河入海水道远景工程通过扩挖泓道，形成单一河槽。桥址处河宽585 m，深约8.5 m，流量Q1%＝7 000 m3/s，水位H1%＝7.464 m；淮河入海水道现状为Ⅶ级航道，规划为Ⅳ级，单孔双向通航。

苏北灌溉总渠是淮河下游江苏省北部东西向的一条大型人工河道，平行于淮河入海水道南侧，西起洪泽湖高良涧，流经淮安市及盐城市，于滨海县扁担港入黄海，全长168 km。桥址处河宽180 m，深约8 m，流量Q1%＝800 m3/s，水位H1%＝4.894 m；苏北灌溉总渠现状为Ⅴ级航道，规划为Ⅴ级，单孔双向通航。

省道S328起于盐城市滨海县，途经淮安市，终于洪泽县，全长176.7 km。省道S328为沥青路面，路基全宽12 m，设计速度80 km/h，与线路右前角为86°。

桥址范围内地势较为平坦，地层为地表种植土、第四系人工填筑土、全新统冲积、海积和第四系上更新统冲洪积粉质黏土、黏土、淤泥质粉质黏土、粉土、粉砂、细砂等。表层淤泥质粉质黏土厚0～11 m。

1.2 主要技术标准

(1)铁路等级:客货共线，国铁Ⅰ级[1]；

(2)线路情况:双线，线间距4.4～4.6 m，部分位于圆曲线及缓和曲线上；主桥位于平坡上；

(3)设计时速:200 km；

(4)设计活载:中－活载；

(5)设计洪水频率:1/100；

(6)地震烈度:地震烈度6度，地震动峰值加速度Ag＝0.05 g，Tg＝0.75 s。

1.3 主要控制因素

江苏省水利厅、交通厅对青盐铁路跨淮河入海水道及苏北灌溉总渠的桥梁防洪、通航及立交要求如下:

(1)桥梁孔跨布置需考虑现状淮河入海水道河道、航道并结合淮河入海水道规划的二期断面，尽量减少水中墩数量、减小阻水率，主河槽中桥梁跨径不应小于70 m，铁路承台顶需置于规划断面以下至少1 m。苏北灌溉总渠按现状断面，一跨过河。

(2)淮河入海水道二期规划通过扩挖泓道，形成单一河槽，规划向北侧拓宽150 m，河道局部下挖7 m以上，规划河底高程为－3.0 m。

(3)桥梁高程须满足防洪及通航要求；桥梁跨堤防处立交净空不应小于4.5 m；桥梁基础距河堤坡脚10 m以上。淮河入海水道通航净宽×净高为60 m×7.5 m，苏北灌溉总渠通航净宽×净高为50 m×5.5 m。

(4)江苏省交通运输厅《关于明确连盐铁路跨越公路方案的复函》(苏交计〔2010]208号)中要求跨越省道S328立交净宽×净高为30 m×5.5 m。

2 桥式方案研究

线路经过地区毗邻黄海，受台风、海侵、海退作用显著，沿线软土分布范围广、覆盖层厚、持力层深、强风多、水侵蚀性强，立交及通航尺度大、环保要求高等特点。在满足防洪、通航及立交运营维护要求的基础上，桥式方案的选择应遵循合理、实用、经济、美观的原则。淮河入海水道特大桥主桥跨越淮河入海水道及苏北灌溉总渠、省道S328，受淮河入海水道二期工程河道规划、行洪、通航及立交要求的控制，考虑与周围景观的协调性，主桥研究了3个桥式方案:

方案一:(73＋2×128＋73)m连续梁＋(73＋4×128＋73)m连续梁[2]，悬灌法施工。

方案二:2－64 m简支钢桁梁＋6－128 m简支钢桁梁＋1－64 m简支钢桁梁[3－5]，悬臂架设法施工。

方案三:2－56 m简支箱梁＋1－96 m简支钢管拱[6]＋2－56 m简支箱梁＋(73＋4×128＋73)m连续梁，少支架现浇＋悬灌法施工。

2.1 方案一:(73＋2×128＋73)m连续梁＋(73＋4×128＋73)m连续梁

连续梁技术成熟、刚度大、整体性好，本方案跨越淮河入海水道二期、苏北灌溉总渠及省道S328采用(73＋2×128＋73)m连续梁＋(73＋4×128＋73)m连续梁(见图2)，采用悬灌法施工，固定支座设于269号、274号墩。

图2 (73＋2×128＋73)m连续梁＋(73＋4×128＋73)m连续梁方案立面布置(单位:m)

(1)主梁

128 m连续梁采用单箱单室变高度直腹板箱形截面(见图3)，端支座处及边跨直线段和跨中处梁高5.6 m，中支点处梁高9.6 m，梁高按圆曲线变化，圆曲线半径R＝401.03 m。箱梁顶宽12.3 m，底宽7.0 m，在中支座局部加宽为9 m。顶板厚0.5 m，底板厚0.5～1.2 m，支点处加厚到1.697 m，腹板厚0.6～0.9 m，0.9～1.1 m，按折线变化。主梁分别于中支点、端支点和跨中处设横隔梁。

图3 4×128 m连续梁断面(单位:cm)

4×128 m连续梁共193个梁段，桥长659.6 m。2×128 m连续梁共117个梁段，桥长403.6 m。

(2)下部结构

连续梁主墩及边墩墩身均采用双线圆端形实体桥墩，由于规划河道开挖深、地质差、桥跨大，所需桩数多及承台厚度大，承台设计采用“撑杆—系杆体系”[7－8]理念，通过优化承台配筋减小了承台厚度，有效解决了超大承台引起的基坑开挖风险大、防护工程规模大、厚大体积混凝土易开裂等问题；基础采用钻孔桩，均按摩擦桩设计。

(3)施工方法

水中墩采用栈桥及施工平台施工，承台采用钢板桩围堰防护施工；其余采用筑岛法及平整场地法施工。为确保水源安全，连续梁采用全封闭挂篮悬臂灌注法施工；边跨直线段采用支架法施工，先合龙边跨合龙段，再合龙两次中跨合龙段，最后中跨合龙[9]。

2.2 方案二:2－64 m简支钢桁梁＋6－128 m简支钢桁梁＋1－64 m简支钢桁梁

钢桁梁具有跨越能力大、施工周期短、梁高低、便于工厂化建造等优点，本方案跨越淮河入海水道二期、苏北灌溉总渠及省道S328采用2－64 m简支钢桁梁＋6－128 m简支钢桁梁＋1－64 m简支钢桁梁(见图4)，采用悬臂架设法施工，固定墩设于盐城方向。

图4 2－64 m简支钢桁梁＋6－128 m简支钢桁梁＋1－64 m简支钢桁梁方案立面布置(单位:m)

(1)主梁

①128 m下承式简支钢桁梁桁高16.5 m(见图5)，节间长度12.8 m，共10个节间，两片主桁中心距为13.8 m，梁全长130.0 m。

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图5 128 m简支钢桁梁断面(单位:cm)

主桁上、下弦杆均采用箱形截面，竖板高1 300 mm，内宽1 000 mm，板厚28～46 mm。腹杆采用箱形及H形截面，箱形截面高1 000 mm，外宽998 mm，板厚24～36 mm；H形截面高798～1 000 mm，外宽998 mm，板厚20～36 mm。主桁采用高强度螺栓拼接。

桥面系采用密布横梁结构，下弦节点处主横梁采用箱形截面，次横梁采用工字型截面。主横梁、次横梁与主桁均采用栓焊连接[10－11]。

上平纵联采用交叉式，斜杆及撑杆截面均为工形断面。杆件与平联节点板连接采用对拼式。为加强刚度，除在支承节点设斜桥门外，在中间各大节点处均设横向联结系。

②64 m下承式简支钢桁梁桁高12.3 m(见图6)，节间长度 12.8 m，共5个节间，两片主桁中心距为13.8 m，梁全长66.6 m。

图6 64 m简支钢桁梁断面(单位:cm)

主桁上、下弦杆均采用箱形截面，竖板高1 000～1 800 mm，内宽800 mm，板厚16～32 mm。腹杆采用箱形及H形截面，箱形截面高780～900 mm，外宽800 mm，板厚24～32 mm；H形截面高700 mm，外宽798 mm，板厚24～28 mm。主桁采用高强度螺栓拼接。

钢桁梁端斜杆上设斜向桥门架，在上弦A5节点设中间横联，桥门架及横联均采用板式结构。

(2)下部结构

主墩及边墩墩身均采用门形圆端实体桥墩，基础采用钻孔桩，均按摩擦桩设计。

(3)施工方法

水中墩采用栈桥及施工平台施工，承台采用钢板桩围堰防护施工；其余采用筑岛法及平整场地法施工。主桥钢梁采用上弦架梁吊机架梁并在每跨跨中设临时墩的方法进行半悬臂架设施工[12－13]，最后进行桥面铺装工作。

2.3 方案三:2－56 m简支箱梁＋1－96 m简支钢管拱＋2－56 m简支箱梁＋(73＋4×128＋73)m连续梁

下承式钢管混凝土拱桥具有跨越能力强、建筑高度低、动力性能好、景观效果好的特点，在高铁桥梁中应用逐渐增多。跨淮河入海水道北大堤采用96 m简支钢管拱桥，跨淮河入海水道河道、南大堤、苏北灌溉总渠及省道S328采用4×128 m连续梁，其余采用56 m简支箱梁调跨，简支梁固定支座设于盐城端，连续梁固定支座设于277号墩，孔跨布置见图7。

图7 2－56 m简支箱梁＋1－96 m简支钢管拱＋2－56 m简支箱梁＋4×128 m连续梁立面布置(单位:m)

(1)主梁

①128 m连续梁采用单箱单室变高度直腹板箱形截面，端支座处及边跨直线段和跨中处梁高5.6 m，中支点处梁高9.6 m，梁高按圆曲线变化，圆曲线半径R＝401.03 m。箱梁顶宽12.3 m，底宽7.0 m在中支座局部加宽为9 m。顶板厚0.5 m，底板厚为0.5～1.2 m，支点处加厚到1.697 m，腹板厚0.6～0.9 m，0.9～1.1 m，按折线变化。主梁分别于中支点、端支点和跨中处设横隔梁。

4×128 m连续梁共193个梁段，桥长659.6 m。

②96 m简支拱桥采用单箱双室预应力混凝土箱形截面(见图8)，梁全长99.2 m。

图8 96 m简支拱桥断面(单位:cm)

箱梁顶宽15.9 m，系梁梁高2.5 m，梁端梁高3 m，底宽13.3 m(梁端过渡到15.9 m)。底板厚0.35 m，顶板厚0.4 m，边腹板厚0.55 m(梁端附近为1.85 m)，中腹板厚0.4 m。吊点处设厚0.4 m横梁。拱肋采用圆端形钢管混凝土结构，拱肋为高3.0 m，宽1.0 m的等截面。拱管矢高18.2 m，矢跨比1/5。拱管内灌注C50补偿收缩混凝土。拱轴线采用二次抛物线，两拱肋中心距14.1 m，两拱肋间设5道横撑，拱顶处设米字型撑，拱顶至两拱脚间设4道K形横撑；梁上吊点间距6.0 m，共设吊杆13对。

③56 m简支箱梁采用单箱单室、等高度、等截面、直腹板箱梁，梁全长57.1 m。

箱梁顶板宽9.36 m，箱底宽6.0 m，梁高5 m。顶板厚0.435～0.735 m；底板厚0.35～1.0 m；腹板厚0.5～1.1 m，按折线变化(见图9)。梁体在端支点、跨中处设横隔板。

图9 56 m简支箱梁断面(单位:cm)

(2)下部结构

连续梁、简支箱梁主墩及边墩墩身均采用双线圆端形实体桥墩，简支拱桥采用门形圆端实体墩，基础采用钻孔桩，均按摩擦桩设计。

(3)施工方法

水中墩采用栈桥及施工平台施工，承台采用钢板桩围堰防护施工；其余采用筑岛法及平整场地法施工。为确保水源安全，4×128 m连续梁采用全封闭挂篮悬臂灌注法施工；边跨直线段采用支架法施工，先合龙边跨合龙段，再合龙两次中跨合龙段，最后中跨合龙。96 m简支拱桥上部采取先梁后拱的方法施工，梁部采用钢管桩和贝雷梁组成的少支架法施工，然后在梁上完成拱的施工。拱肋、横撑均采取工厂制造，现场拼装施工。56 m简支箱梁采用钢管桩和贝雷梁组成的少支架法施工。

3 桥式方案比选

3个桥式方案中，连续梁高度最高，简支钢桁梁高度最低，简支钢管拱＋连续梁方案梁高介于两者之间，跨越控制点多，3个方案均能满足防洪、通航及立交的要求；方案二中钢桁梁结构高度低，可局部降低桥梁高度，但经综合比较其投资最高，后期钢结构运营维护多、维护费用高、对环保影响最大；方案三中简支钢管拱虽然景观效果好、整体性好、投资较省，但施工期间须在大堤及河滩中打桩，对大堤安全及稳定性、河道防洪影响最大，运营期间维护多且环保影响较大；方案一虽连续梁桥梁高度最高，工期最长，但其施工技术成熟，整体性最好，施工期间干扰最少，运营期维护最少，且投资最低，能够满足全线工期的要求。结合投资、工期、后期运营维护及环境保护的要求，方案一技术成熟，施工方便，施工期间对航道、立交及防洪影响均最小，后期维护工作量最少、经济性最好，环保影响最小，故主桥推荐采用(73＋2×128＋73)m连续梁＋(73＋4×128＋73)m连续梁方案。桥式方案综合比较见表1。