贵开铁路南江特大桥连续刚构设计

贵开铁路南江特大桥连续刚构设计

廖尚茂;马杰;杜新;罗刚

【摘要】南江特大桥跨越被誉为“喀斯特生态博物馆”的南江大峡谷，架设在地质构造复杂的危岩体上。本桥以其结构复杂，设计、施工难度大成为全线的重点控制工程。主桥采用（92＋176＋92）m连续刚构，针对本桥安全防护的特殊性及重要性进行了专门的主桥施工安全防护设计。文章着重介绍了主桥的结构设计、整体结构计算、横向环框分析、车桥耦合动力分析、施工安全防护等关键环节，使峡谷景区的桥梁施工安全得到了充分的保证。%Nanjiang Bridge, straddling the grand Nanjiang valley that is honored as karst eco-museum, is built on dangerous rocks. The bridge is regarded as the controlled key project on the line for its complicated formation and puzzlement in design and construction. The main bridge adopts (92 + 176 + 92)m continuous rigid framework and has special safety protection in consideration of its specific characteristics. In this paper, primary focus is laid on the key links such as maim bridge design, calculation for the bridge structure, analysis of lateral frame and coupling dynamics of vehicle and bridge and construction safety protection, which provides sufficient guarantee for the safety construction in the valley areas.

【期刊名称】《高速铁路技术》

【年(卷),期】2012(000)003

【总页数】5页(P42-45,73)

【关键词】铁路桥;连续刚构;结构分析;安全防护

【作者】廖尚茂;马杰;杜新;罗刚

【作者单位】中铁二院工程集团有限责任公司,贵阳550002;中铁二院工程集团有限责任公司,贵阳550002;中铁二院工程集团有限责任公司,贵阳550002;中铁二院工程集团有限责任公司,贵阳550002

【正文语种】中文

【中图分类】U442.53

1 概述

南江特大桥位于贵阳市开阳县境内，为贵阳至开阳铁路跨越著名风景区南江大峡谷而设。大峡谷呈“V”型，为龙广河深割而形成。谷槽两壁陡峭，谷深达200 m。峡谷陡倾呈喇叭型，下部狭窄，最底部宽超过8 m，峡谷底部两岸倾角达70°～80°，局部见倒悬岩腔，深2～4 m，谷底向上纵坡渐缓(45°～55°)并变得宽阔，宽度变为150～300 m，局部为高20～30 m的悬崖，岩体竖向裂隙发育，形成危岩体。峡谷中龙广河常年流水，水量较大，雨季水流较急，已开发为漂流及旅游观光地。桥址上覆第四系全新统坡残积(Qdl+el4 )红黏土、碎石土，下伏基岩为寒武系中统石冷水组和高台组(∈2g+s)白云岩、角砾状白云岩夹砂页岩，寒武系下统清虚洞组(∈1q)白云岩、泥质灰岩。

由于本桥线位较高，桥梁工程不受水文影响。

本桥主要技术标准如下:

线路平纵面:直线;纵坡:3‰;

线路等级:Ⅰ级;

正线数目:双线，线间距4.4 m;

设计荷载:“中～活载”;

设计速度:旅客列车160 km/h，预留进一步提速条件。

桥跨布置为(1×24+7×32)m简支梁+(92+176+92)m连续刚构+1×24 m简支梁，全长649.5 m，从谷底至桥面高超过230 m，9号、10号主墩高分别为81 m、

83 m。本桥以其结构复杂，设计、施工难度大成为全线的重点控制工程。其主桥

立面布置如图1所示。

图1 主桥立面布置图(单位:cm)

2 结构设计

2.1 梁部设计

主桥(92+176+92)m连续刚构上部结构为变截面悬浇预应力混凝土箱梁，梁体采

用C55混凝土，箱梁截面为单箱单室，梁顶宽10.96 m，底板宽8.5 m;主墩处梁高为12.8 m，边墩顶及跨中梁高为6.6 m，梁底曲线采用2次抛物线过渡为直线;箱梁顶板厚62 cm，底板厚51～120 cm，腹板厚55～120 cm，梁端设一道厚140 cm的横隔板，纵向墩壁顶各设一道与墩壁等厚的横隔板，横隔板中部设置人孔，以利检修人员通过。箱梁横截面构造如图2所示。

图2 箱梁构造图(单位:cm)

主梁采用三向预应力体系，顶板、腹板和底板均采用19－φ15.2 mm高强度低松弛钢绞线(fpk=1 860 MPa)，顶板设横向预应力，采用同种4－φj15.2钢绞线，

扁型金属波纹管(内宽70 mm、高19 mm)成孔，单端张拉。腹板内设置竖向预应力，采用φ32 mm(PSB830)螺纹钢筋，内径45 mm的铁皮管成孔，YC60A型千斤顶张拉，JLM-32型锚具锚固，采用单端张拉方式，张拉端设在梁顶。

2.2 下部结构设计

连续刚构墩梁共同受力，墩与梁的相对刚度决定两者的弯矩分配，且梁体的收缩、

徐变及温度应力也与刚构墩柱抗推刚度直接相关。为了既满足全桥的纵、横向刚度要求，又尽可能地改善梁体内力分布，选择合理的墩柱纵、横向刚度是连续刚构设计的一个重要内容。

对于高墩连续刚构，主桥纵、横向刚度对于主墩的刚度变化十分敏感。因此，主墩结构尺寸由梁的纵、横向刚度控制设计。

墩梁连接部采用两空间箱体正交连接，墩顶不设实体段，传力线路直接明确，构造简洁，施工方便。主墩采用C40混凝土，矩形空心截面。墩身纵向内外壁均采用

直坡，外壁宽9 m，壁厚1.2 m;横向墩身外坡采用18∶1，横向内壁采用35∶1，墩身在基顶上有3 m的实体段。表1显示了不同横向墩身外坡对主桥横向刚度的

影响，为满足主桥横向刚度的要求，本桥最终采用横向墩身外坡为18∶1。

表1 不同横向墩身外坡自振频率计算结果表横向墩身外坡横向墩身内坡横向一阶自振周期18∶1 35∶1 1.587 s 19∶1 35∶1 1.602 s 20∶1 35∶1 1.629 s

连续刚构主桥墩底竖向力及弯矩均较大，本桥若采用扩大基础，基底的应力较大，地基容许应力不够。故两主墩选择了承载力大又便于施工的嵌岩基础，基础深11 m。墩身及基础构造如图3所示。

图3 主墩墩身构造图(单位:cm)

2.3 整体结构计算

整体结构计算考虑了岩石对嵌岩基础和墩身的约束影响，进行了等效刚度模拟。换算过程中，根据等刚度原则，要求换算前后2种结构在单位水平力作用下的水平

位移及转角、单位弯矩作用下的位移及转角确保一致。整体结构计算采用《钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁计算程序》进行，并采用结构分析软件MIDAS进行复核，分别进行了施工和运营阶段计算。施工过程考虑了挂篮荷载、悬臂不平衡重，合龙段操作、体系转换、风力等工况;运营阶段分别考虑了支点沉降、整体升降温和活

载等作用。