恩陽(yáng)河特大橋高墩大跨簡(jiǎn)支梁技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

李燕軍

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

1 概述

恩陽(yáng)河特大橋位于四川省巴中市恩陽(yáng)區(qū)，橋址地處低山丘陵地區(qū)，地勢(shì)起伏較大。線(xiàn)路于DK133+120～DK133+400處跨恩陽(yáng)河，線(xiàn)路與河流右前角為101°。恩陽(yáng)河為巴河一級(jí)支流，為Ⅴ級(jí)航道，通航凈寬×凈高為80m×8m。恩陽(yáng)河流域面積1183.5km2，流量 11900m3/s。

橋梁范圍內(nèi)線(xiàn)路軌面設(shè)計(jì)高程為427～432m，地面高程為334～422m，最大高差97m。恩陽(yáng)河特大橋全長(zhǎng)1204m，墩高大于40m段落長(zhǎng)為1035m，墩高大于70m段落長(zhǎng)為802m。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路等級(jí)：高速鐵路，有砟軌道。

正線(xiàn)數(shù)目：雙線(xiàn)，線(xiàn)間距4.6m。

設(shè)計(jì)行車(chē)速度：250km/h。

牽引種類(lèi)：電力。

設(shè)計(jì)活載：ZK活載。

線(xiàn)路平面：位于直線(xiàn)和R=5000m的曲線(xiàn)上。

縱斷面：橋梁位于-6‰的縱坡上

3 橋式方案

根據(jù)通航要求及交通運(yùn)輸意見(jiàn)，考慮到橋位距離攔洪壩較近，線(xiàn)路與水流斜交角度較大，以及水流橫向流速、灘槽演變趨勢(shì)的影響，采用主跨136m連續(xù)剛構(gòu)跨越恩陽(yáng)河。其余橋跨的孔徑無(wú)要求，本橋墩高差較大，墩高大于40m段落長(zhǎng)1035m，墩高大于70m段落長(zhǎng)802m。

根據(jù)相關(guān)研究，32m簡(jiǎn)支箱梁橋當(dāng)橋墩高＞70m時(shí)，下部結(jié)構(gòu)的造價(jià)費(fèi)用占比較大，高墩林立景觀性差，施工難度增大，工程造價(jià)比大跨簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)更高。綜合考慮建設(shè)周期、施工以及對(duì)行洪、環(huán)境保護(hù)的影響等因素，一般墩高＞70m，大跨度簡(jiǎn)支梁或連續(xù)結(jié)構(gòu)是更合理的選擇，本橋墩高大于70m段落擬采用64m簡(jiǎn)支箱梁。當(dāng)橋高在40～70m時(shí)，需要綜合橋跨形式、地形地貌、地質(zhì)條件、工期和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等幾個(gè)方面確定最優(yōu)方案。

在平均墩高為40m、50m、60m和70m時(shí)，對(duì)64m簡(jiǎn)支箱梁和32m簡(jiǎn)支箱梁分別進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，擬找到64m簡(jiǎn)支箱梁和32m簡(jiǎn)支箱梁的經(jīng)濟(jì)墩高分界線(xiàn)，進(jìn)而確定最優(yōu)的橋跨方案。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

32m簡(jiǎn)支箱梁采用圖號(hào)“通橋（2016）2229”，采用預(yù)制架設(shè)法施工。

64m簡(jiǎn)支箱梁由于梁高較高，采用造橋機(jī)節(jié)段預(yù)制拼裝法施工，接縫采用膠接縫。典型橫斷面如圖1所示。

圖1 64m簡(jiǎn)支箱梁典型橫斷面（單位：厘米）

簡(jiǎn)支梁梁部的主要工程數(shù)量如表1所示。

表1 梁部主要工程數(shù)量

4.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)橋墩高度H≥25m時(shí)，兩個(gè)方案橋墩均采用空心橋墩。依據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002-2017），32m簡(jiǎn)支箱梁橋墩縱向水平線(xiàn)剛度按不小于350kN/cm控制；64m簡(jiǎn)支箱梁橋墩縱向水平線(xiàn)剛度規(guī)范中未規(guī)定，參考相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合本橋橋墩較高的情況，本橋64m簡(jiǎn)支箱梁橋墩縱向水平線(xiàn)剛度按墩高≥70m不小于720kN/cm控制，墩高＜70m不小于800KN/cm控制。本橋主要為剛度控制設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)的橋墩尺寸和樁基布置形式是本線(xiàn)下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。各墩高橋墩尺寸和樁基布置形式如表2所示。

表2 各墩高橋墩尺寸和樁基布置形式

5 施工方法

大跨度簡(jiǎn)支箱梁施工方法有支架現(xiàn)澆、移動(dòng)模架現(xiàn)澆和節(jié)段拼裝等。由于本橋橋墩較高，無(wú)法采用支架現(xiàn)澆法施工，移動(dòng)模架現(xiàn)澆混凝土泵送困難，施工難度大，施工質(zhì)量難以控制，且本橋?yàn)槿€(xiàn)控制性工程，移動(dòng)模架現(xiàn)澆無(wú)法保證工期，所以采用建造技術(shù)成熟、施工速度快的節(jié)段預(yù)制拼裝法施工。

6 經(jīng)濟(jì)性能比較

結(jié)合漢巴南鐵路初步設(shè)計(jì)概算定額標(biāo)準(zhǔn)，4個(gè)墩高方案330m段落內(nèi)的投資估算如表3所示。從表3可以看出，平均墩高小于50m時(shí)，32m簡(jiǎn)支箱梁方案比較經(jīng)濟(jì)；平均墩高大于50m時(shí)，64m簡(jiǎn)支箱梁比較經(jīng)濟(jì)；平均墩高50m為64m簡(jiǎn)支箱梁和32m簡(jiǎn)支箱梁的經(jīng)濟(jì)墩高分界線(xiàn)。

表3 各方案綜合概算匯總表

7 橋梁綜合比選

綜合以上分析，墩高小于50m時(shí)，32m簡(jiǎn)支箱梁比較經(jīng)濟(jì)；墩高大于50m時(shí)，64m簡(jiǎn)支箱梁比較經(jīng)濟(jì)。

本橋墩高大于50m，長(zhǎng)度為900m，扣除恩陽(yáng)河主跨（72+136+72）連續(xù)剛構(gòu)后長(zhǎng)度為620m，需10孔64m簡(jiǎn)支箱梁。

由于本橋地形陡峭，墩高小于50m采用32m簡(jiǎn)支箱梁時(shí)，跨越能力不足，會(huì)造成附屬工程的增加；同時(shí)考慮建設(shè)節(jié)段拼裝梁場(chǎng)的費(fèi)用，本橋均采用節(jié)段拼裝箱梁方案更經(jīng)濟(jì)、景觀效果好。綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能比選，本橋推薦全橋采用節(jié)段拼裝箱梁方案，推薦孔跨為(1-64m+2-51m+2-64m)節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁+(72+136+72)m連續(xù)剛構(gòu)+9-64m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁。

8 橋梁動(dòng)力仿真分析

對(duì)全橋進(jìn)行了精確建模，由動(dòng)力學(xué)勢(shì)能駐值原理及形成矩陣的“對(duì)號(hào)入座”法則，計(jì)算了CRH3通過(guò)橋梁時(shí)的車(chē)橋系統(tǒng)空間動(dòng)力響應(yīng)。

分析結(jié)果表明：當(dāng)CRH3高速列車(chē)以160～300km/h通過(guò)該橋時(shí)，橋梁的動(dòng)力響應(yīng)均在容許值以?xún)?nèi)，列車(chē)豎、橫向振動(dòng)加速度滿(mǎn)足限值要求，列車(chē)行車(chē)安全性滿(mǎn)足要求。

當(dāng)CRH3高速列車(chē)以160～250km/h（橋梁設(shè)計(jì)速度段）通過(guò)該橋時(shí)，列車(chē)的乘坐舒適性達(dá)到“良好”標(biāo)準(zhǔn)以上；以275～300km/h（檢算速度段）通過(guò)該橋時(shí)，列車(chē)的乘坐舒適性也能夠達(dá)到“良好”標(biāo)準(zhǔn)以上。

綜上所述，恩陽(yáng)河特大橋設(shè)計(jì)方案具有非常良好的動(dòng)力特性及列車(chē)走行性，當(dāng)列車(chē)通過(guò)橋梁時(shí)的安全性和乘坐舒適性均滿(mǎn)足要求。

9 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)64m簡(jiǎn)支箱梁和32m簡(jiǎn)支箱梁不同墩高分別進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，本橋64m簡(jiǎn)支箱梁和32m簡(jiǎn)支箱梁的經(jīng)濟(jì)墩高分界線(xiàn)為50m。

（2）綜合考慮概算投資、景觀效果、施工周期及技術(shù)創(chuàng)新等方面因素，推薦采用64m階段拼裝簡(jiǎn)支箱梁方案。

（3）通過(guò)橋梁動(dòng)力仿真分析結(jié)果表明，64m簡(jiǎn)支箱梁縱向水平線(xiàn)剛度按墩高≥70m不小于720 kN/cm，墩高＜70m不小于800kN/cm的設(shè)計(jì)原則可以滿(mǎn)足列車(chē)通過(guò)橋梁時(shí)的安全性和乘坐舒適性要求。