铁路桥梁设计经验探讨

1正线自然特征概述

本线从重庆出经綦江、桐梓、遵义、息烽至贵阳，呈北南走向，区域由海拔200～800m的四川盆地过渡到海拔800～1600m的贵州高原，总体为北低南高;沿线地层除石炭系、泥盆系、白垩系外，自第四系至震旦系地层均有出露，尤其以古生界、中生界地层广泛分布;沿线各种不良地质发育齐全，其中岩溶、人为坑洞、顺层和岩堆分布范围广，是本线最为复杂、对工程影响最大的不良地质，其次为重力不良地质及有害气体;沿线山高坡陡、沟谷深切，当斜坡坡度大、岩层受多组节理切割并倾向线路时，易产生危岩落石。

2正线桥梁设计特点

2.1陡坡地段墩台基础、边坡防护设计1)渝黔铁路沿线群峰高耸、地势陡峻、沟谷深切，地面高差大，出露地层古老、受多次构造运动影响，岩体构造节理发育、较为破碎，岩堆、陡崖、崩塌、危岩落石、顺层滑坡较多，因此有部份桥梁基础需设置在陡坡上。对设于陡坡上的桥梁，因纵横地面高差较大，单纯依靠桥址纵断面及墩台横断面不足以反应实际地面情况，应加测辅助纵断面及墩台横断面，综合所测断面情况后，对所采用基础形式、埋深以及边坡防护作出合理的设计，必要时，应请地质专业提供岸坡稳定线。对地质情况较好的陡坡墩台，为保护环境，减少开挖量，避免在开挖过程中对自然边坡扰动过大，一般采用桩基础设计，且最外侧桩底外缘离稳定边坡的水平距离不小于10m，对于柱桩嵌入微风化层W2层的应保证W2层面桩外侧离W2层基岩边缘距离不小于5m。必要情况下，可将承台提出坡面，以承台底不出露为原则进行基础设计，此时对桩基检算应考虑一定的自由桩长。当出露基岩较为完整，受风化程度较小(W2)或轻微(W1)，基岩的基本容许承载力σ0≥500kPa，桥墩承全置于完整基岩上时，可在地势较低一侧采用半边桩基础进行设计。半边桩基础受力比较复杂，检算时扩大基础一侧应检算基底应力，并同时按桩基础检查桩的受力及配筋(见图1)。2)陡坡基坑开挖时，会对自然边坡稳定性造成较大破坏。为防止开挖时发生边坡坍塌现象，在设计中还应充分考虑边坡防护设计。设计时，应充分结合地形、地质情况，参考路基专业防护措施，采用混凝土挡墙、钢筋混凝土桩防护、挂网喷锚、锚杆框架梁、人字型截水沟骨架内灌草护坡、土钉防土墙等措施进行防护。2.2岩溶地区桥梁基础设计岩溶地区桥梁基础主要采用明挖扩大基础设计和桩基础设计两种设计形式。1)明挖扩大基础。对于部分墩台下的溶洞、溶槽、裂隙小且较少时，其下方无较大溶洞或串珠状溶洞，基岩基本承载力较好，无强水流冲刷时，一般可采用明挖扩大基础。对于埋深较浅的局部小溶洞，当采用明挖基础时，应先将溶洞、溶槽等内的充填物清除，采用C20混凝土回填密实，基础底层加设20钢筋网，间距10cm。对于基底下方的小溶洞，可视溶洞顶板至基底厚度及基岩情况采用压浆处理或者不予处理。2)桩基础设计。对于溶洞强烈发育地段，一般采用桩基础设计。当基底下伏溶洞，溶洞埋深较深，柱底以下至溶洞顶板厚度不小于8m时，桩基可不穿越溶洞。当基底下伏溶洞顶板至基底厚度不足8m时，桩基础应穿过溶洞，并应根据实际情况，采用等长桩或者不等长桩设计，且应根据计算结果与经验值相结合，根据持力层的承载力等级确定桩底至溶洞底板的嵌固深度。采用不等长桩设计时，为避免相邻各桩产生不均匀沉降或丧失稳定性，相邻各桩长度不宜相差过大。对填充溶洞或者半填充溶洞，应采用抛填黏土夹片石处理;对空溶洞，宜采用钢护筒跟进处理(见图2)。2.3大跨桥梁设计渝黔铁路自重庆西站引出后，沿途三跨綦江、马渡河、两合江、乌江等峡谷，采用了多种特殊结构桥型。全线共27座特殊桥梁，下面介绍具有代表性的4座。1)连续刚构。(1)豹子岩綦江双线特大桥。本桥位于重庆市綦江县三江镇雷神殿，地面高程220～390m，相对高差约170m，属丘陵地貌区。本桥控制因素为上跨改移后的省道303、綦江及既有渝黔铁路。经过方案论证，本桥采用(68+128+68)m连续刚构上跨既有渝黔线、綦江河，主墩高91.0m，基础采用1.25m、1.5m和2.0m的钻(挖)孔灌注桩。本桥连续梁采用悬臂灌注法施工，简支梁采用预制架设的施工方法，墩台采用整体模板现浇施工。基础采用钻孔桩基础，跨越既有线、道路的地方在梁部两侧设置刚性防护网，施工时采用防护棚架保护。(2)朝门乌江双线大桥。本桥桥址区为黔北中低山溶蚀地貌，地面相对高差221m，乌江河床呈“V”字型，岸坡陡峭，局部达70°。两侧坡体基岩大量出露，坡体表面植被较发育。北岸属贵州省遵义县乌江镇所辖;南岸属贵阳市息烽县养龙司乡所辖。乌江北岸线路右侧的岸坡中发育有2条较大的贯通性裂隙，距线路50m左右;线路左侧发育有1条较大的贯通性裂隙，距线路50～60m，裂隙带内见较多的松散岩体，其下方有大量的块碎石堆积，在坡顶处形成相应的沟槽地貌。拟建大桥的墩台即位于这几条贯通性裂隙之间，对其桥体稳定性有较大的影响。在乌江两岸灰岩层位均发现有干溶洞，但离桥位较远。右岸下游发育水流较大的地下暗河，距桥址近百米。通过几方面因素的综合研究，采用(92+168+92)m连续刚构跨越峡谷，桥梁全长429.60m。刚构梁体采用单箱单室截面，桥面宽10.96m，箱宽8.5m，梁高6.2～12.5m，主墩采用矩形空心墩，墩高分别为112m和110m。为保证主桥横向刚度，横向采用二次放坡。主墩基础均为钻孔群桩基础，桩径2.5m，共28根成行列式不等长布置，2号主墩桩长从33m～40m，3号主墩桩长从37m～40m。主墩采用爬模法施工，材料通过塔吊运输，刚构梁部采用对称悬臂灌注法施工(见图3)。2)刚构－连续组合梁。观音桥双线特大桥:本桥位于重庆市綦江县安稳镇观音桥村境内，地形起伏较大，相对高差约120m，坡度约25°～35°，局部较陡，坡面植被较发育。斜坡基岩大部分。桥区内地层较复杂，存在煤层及采空区、岩溶、危岩等不良地质现象，地下水发育。桥址上跨210国道及渝黔高速公路，交通及运营安全对工程施工影响较大。本桥控制因素为DK108+262上跨国道G210、+608上跨渝黔高速公路。经研究后决定，本桥采用(48+3×80+48)m连续刚构+(56+96+56)m连续梁跨越。(48+3×80+48)m连续刚构上跨G210、深沟，桥墩均采用矩形型墩，主墩高84.0m;(56+96+56)m连续梁上跨渝黔高速公路，桥墩均采用矩形型墩，主墩高47.5m。本桥连续刚构、连续梁采用悬臂灌注法施工，简支梁采用预制架设的施工方法，跨越道路的地方在梁部两侧设置刚性防护网，施工时采用防护棚架保护。3)连续梁。坪上双线特大桥:本桥位于云贵高原黔中东部息烽县养龙司乡幸福村。本桥桥址范围内两次跨越既有川黔铁路，两次跨越G210国道，跨越城市道路，受以上因素及地形、高差的影响，本桥采用(40+2×64+40)m连续梁分别第一次跨越既有川黔铁路及G210国道，采用主跨(48+2×80+48)m连续梁第二次跨越G210国道，采用(36+56+36)m连续梁跨越城市道路，于第二次跨越既有川黔铁路得前后采用3个门式刚架墩跨越通过。桥梁全长为1796.32m，最大墩高69m。本桥共设三联连续梁，梁体均为单箱单室、变高度、变截面箱梁。采用轻型挂篮分段悬臂对称灌注施工，先合拢中跨，再合拢边跨。

3重点桥渡介绍

在全线27座特殊桥渡中，最主要的有2座桥:新白沙沱长江特大桥，采用双索面钢桁梁斜拉桥;夜郎河双线特大桥，采用上承式钢筋混凝土X形(提篮形)拱桥。其中新白沙沱长江特大桥建成后将是世界上跨度最大的六线铁路专用斜拉桥。3.1新白沙沱长江特大桥新白沙沱长江特大桥是渝黔线的关键控制性工程，全长5.3km。主桥位于重庆市长江白沙沱河段，一端位于江津区珞璜镇，另一端则坐落于大渡口区跳磴镇。大桥上距既有渝黔铁路白沙沱长江大桥约100m，下距拟建的长江小南海水利枢纽约2.4km。新白沙沱长江大桥是渝黔客车线、渝黔货车线引入重庆枢纽的重要过江通道，同时又是远期预留渝湘客车线的过江通道。正桥采用(81+162+432+162+81)m双索面钢桁梁斜拉桥跨越长江，设计活载为双线中—活载+四线ZK活载，建成后将是世界上跨度最大的六线铁路专用斜拉桥，包括两线渝黔客车线、两线渝黔货车线，以及两线预留渝湘客车线。新白沙沱长江特大桥上层为四线铁路客运专线，设计时速200km;下层是双线货车线，设计时速120km。主塔采用H形桥塔，2号塔高174.45m(含塔座)，3号塔高192.45m(含塔座)，主塔基础均采用灌注桩基础，全桥钢梁总重4.1万t。斜位索布置为平行的扇形双索面。主墩基础采用套箱围堰施工，采用1台80t跨线龙门吊和1台浮吊辅助基础施工。主塔塔柱采用爬模施工，塔柱分节按6m考虑。新白沙沱长江大桥主桥将创下三个世界第一:世界上首座六线铁路钢桁梁斜拉桥，世界上首座跨度最大、荷载最重的六线铁路钢桁梁斜拉桥，同时也是世界上首座双层铁路钢桁梁斜拉桥。3.2夜郎河双线特大桥夜郎河双线特大桥位于贵州省桐梓县夜郎镇凉水村与新站镇交界一带，横跨夜郎河沟谷地形，相对高差约328m，属低山构造剥蚀沟谷地貌。坡面基岩多出露，植被一般，以旱地、灌木为主。沟谷底有新级公路，同时兰海高速公路、既有渝黔铁路位于桥址谷底附近，交通方便。经综合研究，主桥采用1～370m上承式钢筋混凝土X形(提篮形)拱桥。引桥及拱上孔跨布置为:5×32m预应力混凝土简支T梁+4×38m钢混连续结合梁+3×38m钢混连续结合梁+4×38m钢混连续结合梁+16×32m预应力混凝土简支T梁。主桥竖直平面内矢高83.5m，矢跨比为1/4.43114，拱轴线采用m=3.5的悬链线。拱顶桥面至谷底高度约218m，拱上最高墩柱高达60.7m。拱圈由劲性钢管混凝土骨架外包C60混凝土构成。拱圈平面为X形(提篮形)，从拱脚到拱圈分叉处由两肢单箱单室拱肋组成，中间合并段为单箱双室截面。主拱基础采用贯入式大体积嵌岩基础(基础断面:16.38m×25.5m;斜向长42m)、隧道法开挖，使4个拱脚基础置入较深的岩层带，确保主拱基础稳定性(见图4)。

4结语

渝黔铁路是川渝、西北地区通达贵州、广西、广东、海南的便捷、快速、大能力通道的重要组成部分。本线地形起伏大，地质条件复杂，集高墩，大跨，深水基础于一体，全线汇集了斜拉、拱桥、连续刚构、连续刚构—连续梁、连续梁、门式墩、刚架墩、空心高墩等众多形式。在桥梁跨度、结构形式、施工方法实现新破突的同时，还借鉴了渝利铁路、贵广铁路等多条在建或已建成的山区铁路的宝贵经验。

作者：王光燕 单位：中铁二院贵阳公司