黄河特大桥0#块托架设计计算书

第一章编制依据及编制说明一、编制依据1、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041—20002、《公路路基施工技术规程》JTG F10-20063、《公路工程土工合成材料试验规程》JTG E50—20064、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30—20055、《公路工程岩石试验规程》JTG E41-20056、《建筑桩基技术规范》JG J94—947、《墩粗直螺纹钢筋接头》JG /T30578、《钢筋焊接及验收规范》JGJ 59—999、《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-200410、《公路工程竣（交)工验收办法》（交通部令2004年第3号)11、《内蒙古自治区公路工程质量控制标准》(NMGG F80—2006)12、...。

.。

....。

.高速公路工程两阶段施工图设计图纸及会议纪要、招标答疑书等13、国家及地方现行的法律法规14、.。

.。

.。

.。

.。

.有限公司《管理体系文件》（2006A/0）二、编制原则及编制说明(一）、编制原则1、针对本工程的地方性及环境特点、质量及工期要求，提出合理可行的施工措施加以重点阐述。

2、合理安排施工顺序和施工计划，加强参与单位及人员管理,组织连续均衡的工作链.3、采用先进的施工技术、最大限度实施机械化施工。

4、贯彻施工技术规范、操作规程、实施全面质量管理，保证工程质量和安全生产。

5、充分利用当地资源，减少物资运输，降低工程成本.(二)、编制说明本工程施工方案内容包括:。

.。

.。

.高速公路工程K5+920—K8+000中引桥下部结构桩基、承台、墩柱、垫石等，上部结构支座、主梁等，桥面及附属工程，路基工程等.本施工方案以施工图为依据，将着重阐述施工总体部署，施工进度总体安排，流水段划分,各阶段工期、质量、安全控制、主要项目的施工方法、指导施工的具体质量、安全措施。

并重点针对工程进度、质量、安全、文明施工和成本控制提出可操作的一系列保证体系。

第二章工程概况一、工程概况黄河大桥是..。

山西龙门黄河公路大桥施工技术浅谈周明星龙门黄河大桥是国道主干线北京至昆明公路山西省内侯马至禹门口段高速公路的重点控制性工程，该桥全长4566m，横跨山西和陕西两省，处在晋陕大峡谷出口下游6km，该段黄河水流散乱，沙洲密布，主流摆动不定，为典型的游荡型河道，冲刷主要为“揭河底”冲刷。

该桥主桥为两种结构形式的斜拉桥，其一为一座双塔双索面预应力砼斜拉桥，主跨为352m（是黄河上已建和在建桥梁最大跨度），两边跨为174m；其二为两座三塔单索面预应力砼部分斜拉桥，也称矮塔斜拉桥，两主跨为125m，两边跨为75m；副主桥为42孔50m预应力砼T 梁,先简支后刚构体系；两岸引桥为32孔30m预应力砼T梁,先简支后刚构体系。

主桥宽30.6m，其它桥宽28m。

大桥基础均为钻孔灌注摩擦桩，共712根，设计最长桩为90m。

其主要工程数量为Φ2.0m钻孔桩236根/18298延米，Φ1.5m钻孔桩420根/21760延米，Φ1.2m钻孔桩56根/1948延米，共计42006延米；30mT梁384片，50mT梁504片，桥梁墩台85座，混凝土方量26.6万m3，钢材3.75万吨。

该桥分为E6、E7两合同段，合同额5.31亿元，工期33.5个月，分别由三公司和一公司施工。

该项目于2004年4月10日进场，E6、E7两合同段分别于04年5月15日和7月25日开工。

通过一年半的努力，我们先后克服了长大直经钻孔桩施工如何安全快速通过粉沙层、厚的卵石层、漂石层、两公里长栈桥施工、河道内35个墩下部结构施工，主墩承台大体积混凝土施工（一次浇注约5000 m3混凝土）、主塔施工、峡谷口长年大风、沙尘暴、冬季气温低、春季冰凌和桃花汛、夏季伏汛以及工期紧等一系列困难，截至目前，全桥控制工程双塔斜拉桥两主塔已于己于11月封顶，主梁已浇注0#和1#块，两岸引桥和两座部分斜拉桥均已完工，50MT梁已预制96片架设60片，完成产值3.3亿元，占合同额的65%，工期满足业主要求，未发生任何安全质量事故。

黄河上主要桥梁介绍黄河上的第一座正式桥梁是由比利时工程公司承包修建的郑州黄河铁路桥。

该桥１９０３年开工，１９０６年竣工。

到１９４９年中华人民共和国成立时，在黄河上只有郑州黄河铁桥、泺口黄河大桥和兰州的公路桥等３座由外国人设计、施工的桥梁。

新中国成立后，陆续在黄河上建成几十座大桥，使黄河天堑变成了通途。

☆兰新铁路黄河大桥兰新铁路黄河大桥位于甘肃省兰州市西固区河上镇，是新中国成立后在黄河上建造的第一座大铁桥。

大桥全长２７８．４米。

该桥于１９５４年４月动工修建，１９５５年７月１日建成通车。

☆郑州黄河大桥郑州黄河大桥位于原黄河铁桥的下游５００米处，是京广线上的复线铁路桥，全长２８８９．８米，有７１孔、７２个桥墩，每孔跨度为４０．７米。

该桥于１９５８年５月动工修建，１９６０年４月建成通车。

☆潼关黄河铁路大桥潼关黄河铁路大桥地处陕西潼关，位于潼关联络线上，全长１１８０米。

该桥于１９７０年６月建成。

☆连地黄河铁路大桥连地黄河铁路大桥地处河南孟津，位于焦枝线上，全长９１７米。

该桥于１９７０年６月建成。

☆叶盛黄河公路桥叶盛黄河公路桥位于宁夏回族自治区吴忠市与灵武县之间，是宁夏回族自治区自己设计施工的第一座黄河公路大桥。

大桥全长４５２．７米，两座引道桥共长２１７米，引道全长６．５公里。

该桥于１９７０年１２月建成通车。

☆北镇黄河大桥北镇黄河大桥位于山东省北镇。

大桥由钢桁架主桥和预应力引桥两部分组成，全长１３９４米，桥面可并排通过３辆卡车，两侧各有１．５米宽的人行道。

该桥于１９７２年１０月建成通车。

☆洛阳黄河公路大桥洛阳黄河公路大桥位于河南省黄河中下游交界处的孟津县和孟县之间，全长３４２８．９米，宽１１米。

该桥于１９７７年１月建成通车。

☆济南黄河铁路新桥济南黄河铁路新桥地处山东省济南附近，位于津浦铁路复线上。

大桥全长５７００米，是建国后在黄河上建设的第１３座铁路桥。

该桥于１９８１年６月建成通车。

☆济南黄河公路大桥济南黄河公路大桥位于山东省济南北郊，是一座预应力混凝土斜拉桥。

本刊特稿准朔铁路黄河特大桥设计建造技术苏伟，周岳武，张亚丽，宋顺忱，李凤芹（中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院，天津300308）摘要：新建准朔铁路黄河特大桥主桥采用1-380m钢管混凝土提篮拱，桥面标高受到线路纵断面控制，极端最高温度与最低温度温差达到65.6℃。

对大跨度上承式钢管混凝土拱桥拱肋结构、拱上建筑、拱脚及基础型式、钢管混凝土温度影响、超大构件钢管拱架设等设计建造技术问题进行研究。

主要研究结论：通过小矢跨比和拱顶刚架与梁式结构相结合的结构型式可适应线路纵断面标高受限难题；利用临时扣索能优化调整大跨度铁路钢管混凝土拱桥拱肋应力，节省用钢量；采用单、双榀相结合的吊装工艺可大幅减小缆索吊临时工程的规模；研制了抗拉强度达到7MPa且适应顶升法施工工艺的钢纤维混凝土，解决小矢跨比大跨度钢管混凝土拱桥拱脚拱肋混凝土受力问题。

关键词：准朔铁路；铁路桥梁；黄河特大桥；钢管混凝土；提篮拱；结构设计中图分类号：U448.13文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）09-0131-08 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.09.1310引言2007年以前，铁路最大跨度同类型桥梁为2001年建成通车的水柏铁路北盘江大桥，跨度236m，矢跨比为1/4，为单线铁路桥［1］。

目前我国其余已建成的最大跨度上承式钢管混凝土拱桥为成贵铁路西溪河大桥［2］，主跨240m。

国外铁路大跨度拱桥以钢拱桥和混凝土拱桥居多，钢管混凝土拱桥较少采用，且无跨度300m以上的铁路大跨钢管混凝土拱桥。

世界上最早修建的钢管混凝土拱桥起源于苏联，1939年又在西伯利亚依谢季河建成了跨度140m的上承式钢管混凝土铁路拱桥；2005年建成的长崎新西海桥是日本首座钢管混凝土拱桥，主跨230m。

总体来说，国外铁路大跨度拱桥以钢拱桥和混凝土拱桥居多，钢管混凝土拱桥较少采用［3］。

新建准朔铁路黄河特大桥主桥采用1-380m钢管混凝土提篮拱，项目主要创新点有：（1）首次建成矢跨比为1/6的铁路大跨度上承式钢管混凝土坦拱，攻克了大跨度上承式拱桥适应线路纵断面标高受限的难题。

黄河特大桥6#墩0#~1#块施工小结黄河特大桥6#墩率先完成左幅0#块首次砼浇筑，施工过程中有许多好的做法，也有很多不足之处，现将施工小结如下：1、施工前完成托架预压，消除非弹性变形，减少托架变形对混凝土高程影响。

桥梁线性控制由三方监控提供梁顶高程，我们参与复核，测量站进行放样，确保线型准确。

每墩的0#~1#块底高程已经交底给各队。

施工时严格按照交底来。

高程交底已经考虑预拱度、后续变形，托架变形（除6#墩左幅，其他墩均按照1cm非弹性变形考虑），累加变形最大达5.8cm。

2、0#~1#块侧模采用钢模，分块拼装易于操作，施工效率高。

采用竹胶板和方木进行横隔板及内模的拼装，比起小钢模更方便快捷易于操作。

底板采用钢模铺设，大块钢模吊装便捷，不过作为底模，建议采用竹胶板及方木施工，一是，方便调整高程，二是，0#~1#施工周期长，钢模时间一长，易生锈，焊渣不易清除，拆模后，外观质量不如竹胶板施工的。

3、提前采用竹胶板、方木制作横隔板人洞及预应力槽口模板，建议人洞预留孔洞，个别队伍在加工人洞模板时未预留过人孔，穿梭横隔板十分不方便。

4、横隔板两层钢筋网采用在钢平台整体拼装，然后吊装到位，分片安装。

此方法在绑扎横隔板钢筋时不需要搭设脚手架，加快了钢筋绑扎效率。

在模板上焊接定位钢筋然后在定位钢筋上安装钢筋网，方便固定。

5、0#块外侧钢筋网片建议绑扎腹板钢筋之前吊装完成，若绑扎钢筋以后再安插钢筋网片增加了施工难度，也拖延了施工进度，更降低了施工质量，使得网片无法进行搭接。

无法满足设计及规范要求。

6、梁段堵头板提前加工，加工时根据图纸尺寸预留预应力管道位置，预应力管道安装精度大大提高，将堵头板分隔成小块，便于拆除。

底板堵头齿板未采用泡沫胶封口，漏浆严重，块段交界处外观质量差。

7、竖向预应力两端通过与钢管焊接的细管并与塑料管连接引出梁体砼外，施工砼时注意塑料管的脱落或者被埋，及时处理，在最后收面时，按照根数数一下，看看是否被堵，必须确保压浆孔通畅。

(收稿日期:2020-01-20)大峡黄河特大桥总体设计分析殷桂芳(苏交科集团股份有限公司㊀南京㊀210019)摘㊀要㊀大峡黄河特大桥位于甘肃省白银市大峡黄河电站西北侧㊂综合考虑通航㊁防洪㊁地震设防㊁设计及施工等各方面因素的影响,对其主引桥桥跨布置和结构形式方案进行比选,阐述了大峡黄河特大桥的总体设计过程㊂关键词㊀黄河特大桥㊀总体设计㊀影响因素㊀方案比选㊀㊀大峡黄河特大桥位于甘肃省白银市白银区水川镇与兰州市榆中县青城镇交界处附近,跨越黄河㊂其桥位选择主要控制因素有大峡水电站㊁青城闯王墓㊁青城古镇规划区㊁水源地保护区㊁青城休闲度假岛㊁沿线村镇㊁重要居民点㊁寺庙㊁文物及高压输电线路等,均须考虑合理避让㊂现大峡黄河特大桥桥址上游1.3km处为黄河大峡水电站,下游18.4km处为乌金峡水电站,上游160m处为大峡取水口,下游1.25km处为青城黄河大桥㊂因大峡水电站水中不能设墩,且跨径须达到青城黄河桥跨径,确定大峡黄河特大桥主跨跨径为160m,全桥跨径布置为21ˑ40m+(85+160+85)m+12ˑ40m,主引桥上下部结构通过方案比选确定㊂1㊀主要技术标准大峡黄河特大桥宽12m,设计为双车道,速度为80km/h,荷载等级为公路-Ⅰ级㊂设计洪水频率为特大桥1/100,通航等级为Ⅴ级航道㊂桥涵所处环境类别为Ⅰ类,抗震设防烈度为Ⅶ度,结构设计安全等级为一级㊂2㊀通航和防洪影响2.1㊀通航影响大峡黄河特大桥桥位处河道为Ⅴ级航道,最高通航水位为1457.0m,通航净空为40mˑ8m㊂该桥位于大峡水电站下游1.3km处,考虑深水基础施工复杂性及河道通航等因素,在桥型方案的选择上应选择大跨径结构,以避免在主河道中设置桥墩㊂桥位处黄河现状水面宽约144m,故推荐主跨采用160m,一跨跨越主河道,同时要求河道内桥墩承台顶面高程应在现状河床高程2m以下㊂2.2㊀防洪影响该桥桥址所在黄河河段受两岸山体束缚,且过流流量受到上游大峡水电站调节作用,河流很难发生较大摆动,沖淤基本平衡,河道稳定性较好㊂拟建特大桥梁采用二级公路标准施工,采用百年一遇防洪标准,桥位处百年一遇洪峰流量为6500m3/s㊂桥墩设计时尽量减小其对河道主流变化的影响,桥梁轴线的法线方向应与洪水主流流向基本一致,尽量避开护岸布设㊂施工时应加强护岸的防护和加固,保障防洪安全㊂3㊀地震设防影响本项目所处区域地震动峰值加速度为0.10g (相当于基本烈度为7度),桥梁抗震设防类别为A 类,桥梁抗震设防烈度为7度,抗震设防措施等级为8级,桥梁墩台尺寸应满足‘公路桥梁抗震设计细则“[1](JTG/T B02-01 2008)第11.2条要求㊂桥梁设计时应考虑抗震设计内容及抗震措施如下: (1)按反应谱法计算地震力,按静力学法对墩台身进行纵横向的强度㊁变形验算㊂(2)对能力保护构件(桥墩抗剪㊁基础强度㊁支座水平位移)进行验算㊂(3)延性抗震设计钢筋构造细节设计㊂(4)加装橡胶块㊂在非连续墩的梁与梁之间以及墩㊁台挡块㊁箱梁下挂挡块粘贴橡胶垫块,以缓和地震发生时的冲击作用㊂(5)高度大于7m的柱式桥墩设置桩系梁;柱间系梁原则上每15m设置1道,具体可根据实际墩㊃91㊃高进行均分㊂(6)加强墩柱㊁桩基塑性区的箍筋配置㊂4㊀设计方案本桥跨越黄河主跨160m,桥高达70m,常用的桥梁结构有变截面连续刚构桥㊁波形钢腹板PC 组合箱梁刚构桥和矮塔斜拉桥等㊂本桥桥宽仅12m,采用矮塔斜拉桥势必增加桥宽,桥梁造价将大幅增加㊂综上所述,针对项目特点,按照 安全㊁适用㊁经济㊁美观㊁有利环保 的原则,本文仅针对变截面连续刚构桥和波形钢腹板PC 组合箱梁刚构桥同深度进行比较,比较范围为主桥上下部,主桥跨径布置为85m +160m +85m㊂主桥桥型布置如图1所示㊂4.1㊀主桥桥型方案比选4.1.1㊀方案Ⅰ:变截面预应力连续刚构桥主桥桥跨布置为85m +160m +85m,主梁采用单箱单室直腹板截面,主梁采用C55混凝土,箱梁顶板宽12m,底板宽6.5m,悬臂2.75m,主梁中支点梁高9.8m,跨中及梁端梁高均取3.6m,梁高变化采用1.8次抛物线变化㊂方案Ⅱ边跨立面如图2所示㊂方案Ⅰ中跨立面如图3所示㊂图1㊀主桥桥型布置(单位:cm)图2㊀方案Ⅱ边跨立面(单位:cm)图3㊀方案Ⅰ中跨立面(单位:cm)㊀㊀箱梁底板厚由跨中及边跨合龙段的0.32m 渐变至根部的1.0m㊂箱梁顶板厚度为0.28m㊂腹板厚度由0.5m 渐变到0.9m㊂顶板㊁底板及腹板厚度在考虑受力及构造要求的同时,兼顾了砼结构耐久性的要求㊂方案Ⅰ横断面示意图如图4所示㊂预应力变截面连续箱梁造型美观大方,建筑高度较高,整体及稳定性好,行车舒适㊂主桥施工工艺成熟,对桥下通航影响小,全寿命费用低[2]㊂4.1.2㊀方案Ⅱ:波形钢腹板PC 组合箱梁刚构桥主桥桥跨布置为85m +160m +85m,桥宽12m,图4㊀方案Ⅰ横断面示意图(单位:cm)主梁顶㊁底板采用C60混凝土,箱梁采用单箱单室㊃02㊃截面㊂箱梁底板水平,顶面设置2%横坡㊂中墩支点梁高取10m,边墩支点及跨中梁高4m,梁高按2次抛物线变化㊂方案Ⅱ立面设计如图5所示㊂方案Ⅱ截面示意图如图6所示㊂(a)边跨(b)中跨图5㊀方案Ⅱ立面设计(单位:cm)(a)中支点截面㊀㊀㊀㊀㊀(b)跨中及梁端截面图6㊀方案Ⅱ截面示意图(单位:cm)㊀㊀波形钢腹板PC 组合箱梁箱梁受力明确,有效避免混凝土腹板斜裂缝等病害,桥梁自重较轻,体外预应力具有可检测㊁可调整和可更换的特点,且波形钢腹板通过涂装可达到较好的景观效果㊂但主桥施工难度大,运营阶段养护工作量较大,养护费用较高[3]㊂4.1.3㊀下部结构为满足主墩的受力要求,同时考虑本桥墩高达60m,主桥主墩采用空心薄壁墩㊂主桥上部自重波纹钢腹板比预应力变截面连续箱梁轻,方案Ⅰ墩身尺寸为7m(纵桥向)ˑ6.5m(横桥向),方案Ⅱ墩身尺寸为6m(纵桥向)ˑ6.5m(横桥向)㊂承台厚度均为5m,平面尺寸为14m ˑ14m,共9根Φ2.5m 的钻孔灌注桩㊂主墩横桥向构造如图7所示㊂图7㊀主墩横桥向构造(单位:cm)㊀㊀过渡墩采用L 型盖梁接空心薄壁墩,墩身尺寸为3.8m(纵桥向)ˑ6.5m(横桥向),承台厚度为3.5m,平面尺寸为8.6m ˑ8.6m,共4根Φ2.2m 的钻孔灌注桩㊂过渡墩横桥向构造如图8所示㊂㊃12㊃4.2㊀引桥桥型方案比选4.2.1上部结构图8㊀过渡墩横桥向构造(单位:cm)引桥上部结构形式选用小箱梁和钢-混凝土组合结构进行综合比选㊂钢-混凝土组合梁与小箱梁结构相比,其主要优势在于:钢结构桥梁环保节能㊁结构自重轻,减轻结构的地震反应,适用于高烈度地震区;促进相关钢结构加工产业快速发展,优化钢材产业供给侧结构㊂由于本项目路线所经地区地震动峰值加速度为0.15g,抗震要求相对较低㊂钢-混凝土组合梁与装配预应力砼连续箱梁相比,上部自重对桩长影响不大㊂(1)当平均墩高ɤ20m时,在山区跨越山沟㊁山凹等,在坝区跨越水沟㊁河流,且无净空限制时,推荐选用20m预应力混凝土小箱梁㊂(2)当平均墩高>20m时,推荐选用30m预应力混凝土小箱梁㊂(3)当平均墩高>40m时,推荐选用40m预应力混凝土小箱梁㊂本桥引桥最大墩高达60.8m,平均墩高>40m,且高墩区占比较大,考虑经济性,优先考虑采用40m跨径装配式预应力砼组合箱梁㊂4.2.2㊀下部结构引桥桥墩采用柱式墩和空心墩,桥台采用柱式台,桩基采用1.6m桩径㊂(1)当墩高ɤ25m时,采用1.8m柱径㊁2m桩径的柱式墩㊂(2)当25m<墩高ɤ35m时,采用2.0m柱径㊁2.2m桩径的柱式墩㊂(3)当35m<墩高ɤ50m时,采用2.5mˑ6m 墩身㊁2.5m高承台㊁1.8m桩径的空心墩㊂(4)当50m<墩高ɤ65m时,采用3mˑ6m 墩身㊁3m高承台㊁1.8m桩径的空心墩㊂4.3㊀最终桥型方案综合主引桥桥型方案比选,推荐主桥上部结构采用变截面砼连续箱梁,主桥下部结构采用空心薄壁墩㊁承台㊁钻孔灌注桩基础㊂引桥上部结构采用40m装配式预应力混凝土连续箱梁,引桥下部结构采用空心薄壁墩㊁柱式墩㊁柱式桥台及钻孔灌注桩基础㊂5㊀施工5.1㊀上部结构施工对于大跨径混凝土连续刚构箱梁而言,挂篮对称悬臂法是一种常见的施工方法,在国内的应用较为广泛㊂其优点是不需要大型架桥设备,利用挂篮分段施工,浇筑中跨合龙段;因为是现浇混凝土,箱梁整体性好㊂缺点是每跨梁施工阶段多,对称梁段需一一张拉,受混凝土凝期影响,施工时间长㊂5.2㊀下部结构施工大峡黄河特大桥高墩占比大,墩高>35m时,采用空心薄壁墩,高墩墩身采用爬模或翻模施工工艺,有效保证墩身外观质量,工期短且不受地形条件的限制,同时可节省施工支架的拼装工作量㊂国内有很多大型施工企业有成套设备及成熟经验可供选用,其工序包括爬模提升㊁内外模板安装及调整㊁墩身钢筋绑扎㊁砼浇筑㊁拆模㊂6㊀结语本文综合考虑通航㊁防洪㊁地震设防㊁设计及施工等诸多影响因素,并着重对主引桥进行方案比选,最终确定了大峡黄河特大桥的桥跨布置和结构形式㊂大峡黄河特大桥的建设具有很好的社会环境效益,将有力促进沿黄经济带乃至甘肃省社会经济发展和总体规划目标的实现㊂参考文献[1]中华人民共和国交通运输部.公路桥梁抗震设计细则: JTG/T B0201—2008[S].北京:人民交通出版社,2008.[2]贾兆兵,胡吉利,王志英.青银高速公路济南黄河大桥总体设计[J].桥梁建设,2007(S1):1114.[3]楼亚东,梁朝安,欧阳平文.波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁施工技术[J].施工技术,2015(9):5255.㊃22㊃。

收稿日期:20200513;修回日期:20200608基金项目:中国铁路设计集团有限公司科技研究开发计划课题(7218126)作者简介:冯文章(1988 ),男,工程师,2015年毕业于北京交通大学桥梁与隧道工程专业,工学硕士,主要从事桥梁设计研究工作,E-mail:feng-wenzhang@㊂第65卷㊀第5期2021年5月铁道标准设计RAILWAY㊀STANDARD㊀DESIGNVol.65㊀No.5May.2021文章编号:10042954(2021)05009205包银高铁黄河特大桥(102+3ˑ178+102)m矮塔斜拉桥设计及创新冯文章(中国铁路设计集团有限公司,天津㊀300308)摘㊀要:包银高铁黄河特大桥在内蒙古磴口县境内跨越黄河主河道,主桥结构形式为(102+3ˑ178+102)m 矮塔斜拉桥,塔墩分离㊁塔梁固结体系㊂主梁采用单箱双室变截面预应力混凝土箱梁;桥塔采用双柱式矩形截面;每个索塔设8对斜拉索,斜拉索索体采用环氧涂层高强钢绞线,横向双索面布置;桥墩采用钢筋混凝土实心矩形截面,桩基础㊂通过有限元软件对结构的静力特性㊁抗震性能㊁车-桥耦合进行了分析㊂主要结论及创新点如下:(1)桥梁的强度刚度指标满足规范要求,抗震方案合理,乘车舒适性满足要求;(2)主梁和桥墩之间设置减隔震支座和粘滞阻尼器协同抗震,桥墩在多遇㊁罕遇地震下均满足安全需要;(3)大位移伸缩装置与轨道伸缩调节器合并设置,解决了温度跨度大和纵向大位移问题;(4)主墩研发了承载力1.3ˑ105kN 的大吨位减隔震支座,相关成果可为类似工程提供参考借鉴㊂关键词:铁路桥;矮塔斜拉桥;有砟轨道;桥梁设计;桥梁抗震;减隔震支座;阻尼器;高速铁路中图分类号:U448.13;U448.27㊀㊀文献标识码:A㊀㊀DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.202005130007Design and Innovation of (102+3ˑ178+102)m Extradosed Cable-stayedExtra Large Bridge of Yellow River Bridge onBaotou -Yinchuan High-speed RailwayFENG Wenzhang(China Railway Design Corporation,Tianjin 300308,China)Abstract :The main bridge of Baotou-Yinchuan Railway Bridge is designed as (102+3ˑ178+102)mextradosed cable-stayed extra large bridge across the Yellow River in Dengkou,Inner Mongolia with towerpier separation and tower beam consolidation system.The prestressed concrete box beam adopts singlebox double cell variable cross section.The bridge tower is designed as double column reinforced concretepylon.Epoxy coated high strength steel strand is used to connect the main girder and the pylon,and each pylon has 8pairs of stay cables.Horizontal double cable plane layout is employed.The pier is designed as reinforced concrete solid rectangular section with pile foundation.The static characteristics,seismicresponse and vehicle-bridge coupled vibration of the main bridge are analyzed with FEA software.Themain conclusions and innovations are as follows:(1)The strength and stiffness indexes of the bridgemeet the requirements of the code,the anti-seismic plan is reasonable and the ride comfort satisfies therequirements;(2)Seismic isolation support and viscous damper are installed between the main beam and the pier for coordinated earthquake resistance,and the pier meets the safety needs under frequent and rare earthquakes;(3)The large displacement telescopic device is combined with the rail telescopicregulator to solve the problem of large temperature span and large longitudinal displacement;(4)Themain pier adopts 1.3ˑ105kN large-tonnageseismicisolationbearing,andrelevantachievements can provide references for similarprojects.Key words:railway bridge;extradosed cable-stayed bridge;ballast track;bridge design;bridge seismic;vibration isolation support;damper;high-speed railway引言20世纪80年代,法国工程师Jacgues Mathivat最早提出了矮塔斜拉桥的概念㊂这种桥型在法国诞生之后,没有得到广泛应用,却在日本得到重视㊂日本于20世纪90年代建成了世界上第一座矮塔斜拉桥 小田原港桥[1],随后相继建成了屋代南和屋代北两座铁路桥[2-3]㊁冲原桥㊁蟹泽桥[4]㊁三内丸山桥[5]㊁木泽川桥[6]等㊂我国于2000年建成第一座公铁两用矮塔斜拉桥 芜湖长江大桥[7]㊂随后,矮塔斜拉桥在我国发展迅猛,相继建成漳州战备桥㊁同安银湖大桥等多座矮塔斜拉桥[8-11]㊂2011年,我国建成第一座铁路预应力混凝土矮塔斜拉桥 京沪高铁津沪联络线特大桥[12-13]㊂由于矮塔斜拉桥刚度大,经济性优,施工便捷,在铁路领域得到广泛应用[14-16]㊂商合杭铁路(94.2+220+94.2)m矮塔斜拉桥㊁福平铁路(144+ 288+144)m乌龙江特大桥[17]是其中典型代表㊂铁路矮塔斜拉桥跨度逐渐增大,但联长较短,对长联大跨矮塔斜拉桥缺少足够的研究㊂本文结合包银高铁磴口黄河特大桥(102+3ˑ178+102)m矮塔斜拉桥,对高速铁路长联大跨矮塔斜拉桥的受力性能进行分析,为同类桥型在高速铁路上的运用提供借鉴㊂1㊀工程概况包头至银川铁路工程在磴口县南粮台村附近跨越黄河㊂桥位处左岸有库区围堤,为灌区和农田;右岸为鄂尔多斯低山台地㊂桥位处河道顺直,河宽2.7km,现状主槽宽约600m,主流靠右岸,河道比降为0.14ɢ,该段河势平缓开阔,为典型的库区冲积平原型河道㊂桥址区范围地址以细砂,粉砂,细圆砾土为主㊂磴口黄河特大桥采用ZK活载,双线线间距4.6m,有砟轨道,设计时度250km/h,主桥位于直线,3.5ɢ纵坡上㊂桥址区地震基本烈度8度,地震动峰值加速度0.2g,场地类别Ⅲ类,特征周期分区为二区,地震动反应谱特征周期为0.55s㊂2㊀主桥孔跨布置和桥式方案桥位处黄河规划通航等级为Ⅴ级航道,需满足通航要求㊂桥位处左滩扩宽,主槽进一步缩窄,河势无较大变化,主流靠近右岸㊂桥位位于三盛公库区闸前段,桥位处河道顺直,主槽窄深㊂从历年河势变化分析,右岸稳定,左岸边滩往河心发展,主槽略有萎缩㊂斜拉索加劲方式可有效提高主梁结构刚度,同时考虑通航要求㊁结构受力㊁方便施工㊁经济环保等各方面因素[18],决定采用(102+3ˑ178+102)m矮塔斜拉桥方案㊂主桥结构体系采用塔梁固结,塔墩分离形式㊂主桥全长738m,孔跨布置如图1所示㊂图1㊀包银磴口黄河特大桥主桥桥跨布置(单位:cm)㊀3㊀主桥构造3.1㊀主梁主梁断面如图2所示㊂主梁采用单箱双室㊁直腹板㊁变截面形式,梁高5.5~9.5m,边支点等高段长27.5m,中支点等高段长9m,跨中等高段长29m,变高段长700m,按二次抛物线变化㊂箱梁顶宽13.3m,底宽10.8m,中支点附近箱梁顶宽局部加宽至17.2m,底宽加宽至14.0m㊂顶板厚度除梁端为110cm㊁中支点附近为100cm外,其余均为42cm㊂底板厚度50~163.8cm,底板底部按二次抛物线变化,中支点局部加厚至2m㊂边㊁中腹板厚度均按照50cm~ 70cm~90cm折线变化,中支点腹板局部加厚到110cm㊂全联在端支点㊁中支点㊁跨中处共设置9道横隔板,边支点隔板厚2.45m,中支点隔板厚4.0m,跨中隔板厚0.4m,所有横隔板均设过人孔㊂斜拉索锚固点位置设0.8m宽的半横梁,以提高主梁截面的横向刚度和整体性㊂3.2㊀索塔增加桥塔高度可有效提升主梁刚度[19],本桥梁顶面以上索塔高30m㊂为提高景观效果,塔柱外轮廓作圆形倒角处理㊂塔柱横向宽度均为2.0m,顺桥向宽39第5期冯文章 包银高铁黄河特大桥(102+3ˑ178+102)m矮塔斜拉桥设计及创新3.5m㊂塔柱下端无索区高19.1m㊂桥塔结构如图3所示㊂图2㊀主梁横断面(单位:cm)图3㊀索塔结构(单位:cm)3.3㊀索鞍为便于斜拉索通过,塔柱上部设置索鞍㊂索鞍由多根分丝钢管焊接而成,每根斜拉索穿过一个分丝管㊂索鞍两侧斜拉索通过单侧双向抗滑锚固装置实现抗滑的目的,抗滑移装置和钢铰线无相对滑移和断丝现象㊂3.4㊀斜拉索斜拉索横向为双索面布置,立面为半扇形布置㊂每个索塔设8对斜拉索,塔上索距1.1m,梁上索距约8m㊂斜拉索通过索鞍构造在索塔内通过,两侧对称锚固于梁体㊂索体采用环氧涂层高强钢绞线,抗拉强度标准值为1860MPa㊂3.5㊀桥墩桥主墩采用钢筋混凝土结构,实心矩形变截面,外轮廓做圆形倒角和凹槽处理,2号主墩为固定墩㊂边墩采用普通双线圆端形实体桥墩㊂3.6㊀基础主墩基础采用桩径2.0m的钻孔灌注桩㊂边墩基础采用桩径1.5m的钻孔灌注桩㊂3.7㊀附属设施由于桥体联长较长,温度跨度大,需设置温度调节器㊂桥体位于高烈度震区,需采用减隔震支座,考虑到采用减隔震支座会造成梁端位移增大,按照抗震设计控制梁缝并设置梁端大位移伸缩装置㊂桥体大位移伸缩装置与轨道伸缩调节器合并设置㊂4㊀结构计算4.1㊀结构静力计算采用MIDAS CIVIL(2019)建立空间有限元模型,主梁㊁主塔㊁桥墩采用梁单元模拟,斜拉索采用桁架单元模拟,模型如图4所示㊂图4㊀有限元模型梁塔连接采用主从约束模拟,梁墩的支座连接采用弹性连接模拟㊂桥墩与地基的连接采用节点弹性支撑模拟㊂计算荷载包括恒载㊁活载㊁附加荷载㊁特殊荷载,对结构施工过程和成桥状态进行检算㊂对静活载挠度及梁端转角(考虑温度影响)进行计算分析,其中中跨挠跨比为1/1171,次中跨挠跨比为1/1309,边跨挠跨比为1/2914㊂梁端转角下挠度1.11ɢrad,反弯-1.32ɢrad㊂结果表明,在列车静活载和温度作用共同作用下,主梁竖向变形能够满足刚度要求㊂主梁应力值见表1,可以看出,各种荷载组合作用下,主梁各截面的应力㊁强度安全系数㊁抗裂安全系数满足TB10092 2017‘铁路桥涵混凝土结构设计规范“要求㊂斜拉索采用抗拉强度标准值为1860MPa的环氧涂层高强钢绞线㊂主力组合作用下斜拉索最大拉力4818kN,主力+附加力组合作用下斜拉索最大拉力5059kN;最小强度安全系数2.8;拉索疲劳应力幅90MPa㊂表1㊀主梁截面验算结果项目上缘正应力/MPa下缘正应力/MPamax min max min剪应力/MPa主应力/MPamax min强度安全系数抗裂安全系数上缘下缘主力15.6 2.317.6 1.2 4.0119.65-2.77 2.33 1.39 1.36主力+附加力19.20.817.80.6 4.0919.92-2.85 2.17 1.26 1.30 4.2㊀地震响应分析本桥联长较长,主墩较矮,桥址处地震基本烈度为49铁道标准设计第65卷8度,地震动峰值加速度为0.2g,属于技术复杂㊁修复困难的高速铁路特殊桥梁结构㊂抗震设防目标见表2㊂表2㊀主桥抗震设防目标地震类别主梁/主塔桥墩拉索支座基础运营阶段正常工作正常工作正常工作正常工作正常工作多遇地震弹性工作不发生损坏弹性工作不发生损坏弹性工作不发生损坏正常工作不发生损坏弹性工作设计地震弹性工作附属结构可发生轻微损坏,快速维修后可恢复工作弹性工作不发生损坏弹性工作不发生损坏支座纵横向限位装置剪断,球面摩擦副在水平向自由移动弹性工作罕遇地震基本处于弹性工作状态,可发生轻微损坏局部破坏,经维修后可恢复工作处于弹塑性工作状态,受力较大截面钢筋接近或达到屈服强度,混凝土局部开裂,经维修后可恢复工作弹性工作不发生损坏球面摩擦副在水平向自由移动,阻尼器㊁防落梁装置发挥作用钢筋接近或达到屈服强度㊀㊀通过抗震方案设计比选,确定采用阻尼器+减隔震支座的方案,阻尼器与减隔震布置如图5所示,阻尼器参数如表3所示㊂图5㊀阻尼器布置示意㊀表3㊀阻尼器参数额定阻尼力/kN 额定行程/mm 阻尼系数/kN(m /s)速度指数数量/个5000ʃ3005000α=0.3214000ʃ42014000α=0.31610000ʃ30010000α=0.38本桥设计采用1倍多遇地震(考虑桥梁重要性系数1.5)时普通支座的水平反力作为减隔震支座的水平极限承载力,即当桥梁承受地震超过多遇地震水准时,支座的限位装置解除约束,减隔震支座发挥相应作用㊂桥体采用减隔震支座最大承载力1.3ˑ105kN㊂考虑到罕遇地震工况下桥塔㊁梁㊁减隔震系统协同运动,按多遇地震工况(考虑1.5倍放大系数)下计算桥塔截面配筋㊂采用以上设计参数,对结构进行多遇地震㊁设计地震及罕遇地震工况下的抗震计算分析,分析结果如表4~表8所示㊂表4㊀多遇地震墩底内力项目联间墩1主墩1制动墩2主墩3主墩4联间墩2联间墩1主墩1制动墩2主墩3主墩4联间墩2荷载多遇地震纵向多遇地震横向纵横向剪力/kN 纵横向弯矩/(kN㊃m)2.64ˑ103 2.55ˑ1045.14ˑ1036.22ˑ1043.04ˑ1045.56ˑ1055.17ˑ1036.28ˑ1045.16ˑ103 6.41ˑ1042.99ˑ103 4.87ˑ1044.10ˑ103 6.91ˑ1041.31ˑ1043.62ˑ1051.59ˑ1044.59ˑ1051.55ˑ1044.58ˑ1051.34ˑ104 3.99ˑ1055.92ˑ1031.24ˑ105表5㊀设计地震墩底内力(减隔震支座+阻尼器)项目联间墩1主墩1制动墩2主墩3主墩4联间墩2联间墩1主墩1制动墩2主墩3主墩4联间墩2荷载设计地震纵向设计地震横向纵横向剪力/kN 纵横向弯矩/(kN㊃m)7.52ˑ103 1.19ˑ1053.05ˑ104 5.47ˑ1053.03ˑ104 5.57ˑ1052.98ˑ104 5.24ˑ1053.56ˑ104 5.98ˑ1058.11ˑ103 1.56ˑ1051.22ˑ104 2.62ˑ1052.68ˑ1047.80ˑ1053.24ˑ1049.13ˑ1052.72ˑ1047.67ˑ1052.52ˑ1047.44ˑ1051.05ˑ1042.51ˑ105表6㊀罕遇地震墩底内力(支座硬抗)项目联间墩1主墩1制动墩2主墩3主墩4联间墩2联间墩1主墩1制动墩2主墩3主墩4联间墩2荷载罕遇地震纵向罕遇地震横向纵横向剪力/kN 纵横向弯矩/(kN㊃m)1.34ˑ1041.63ˑ1052.95ˑ1043.48ˑ1051.49ˑ105 2.72ˑ1062.86ˑ104 3.26ˑ1052.59ˑ104 3.12ˑ1051.64ˑ104 2.60ˑ1052.51ˑ1044.97ˑ1056.54ˑ104 2.08ˑ1069.86ˑ104 2.57ˑ1068.89ˑ104 2.37ˑ1067.25ˑ104 2.09ˑ1063.45ˑ1047.28ˑ105表7㊀罕遇地震墩底内力(减隔震支座+阻尼器)项目联间墩1主墩1制动墩2主墩3主墩4联间墩2联间墩1主墩1制动墩2主墩3主墩4联间墩2荷载罕遇地震纵向罕遇地震横向纵横向剪力/kN 纵横向弯矩/(kN㊃m)1.13ˑ104 1.78ˑ1055.06ˑ1049.25ˑ1055.24ˑ1049.90ˑ1054.85ˑ1048.72ˑ1055.33ˑ1049.86ˑ1051.56ˑ1042.82ˑ1052.23ˑ104 5.53ˑ1054.07ˑ104 1.17ˑ1064.75ˑ104 1.33ˑ1064.16ˑ104 1.15ˑ1063.73ˑ104 1.16ˑ1062.42ˑ1045.59ˑ10559第5期冯文章 包银高铁黄河特大桥(102+3ˑ178+102)m 矮塔斜拉桥设计及创新表8㊀墩底抗震最大承载弯矩kN㊃m类别主墩纵向主墩横向弹性弯矩(多遇地震㊁设计地震)7.60ˑ105 1.62ˑ106屈服弯矩(罕遇地震)9.96ˑ105 1.98ˑ106由计算结果可知,多遇和设计地震工况下桥墩墩底弯矩均在墩底弹性弯矩以内,罕遇地震工况下桥墩墩底弯矩均在墩底屈服弯矩以内,说明桥墩在多遇㊁罕遇地震下均满足安全需要㊂4.3车-桥耦合分析为对列车过桥时的舒适性㊁安全性进行研究,本桥进行了车-桥耦合动力分析[20]㊂主桥前10阶自振特性如表9所示㊂表9㊀主桥前10阶自振特性阶数自振频率/Hz振型主要特点10.255塔梁纵飘20.470塔梁竖弯30.611塔梁横弯40.621塔梁横弯50.649塔梁横弯60.701塔梁竖弯70.832塔梁横弯80.868塔梁横弯90.990塔梁竖弯10 1.045塔梁横弯根据车-桥耦合动力分析的结果,当CRH3高速列车以200~300km/h的速度通过桥梁时,桥梁的动力响应均在容许范围之内,列车横向㊁竖向振动加速度满足均限值要求;当CRH3高速列车以200~250km/h (设计速度段)的速度通过桥梁时,列车乘坐舒适性指标可达到规定的 优秀 标准以上,以275~300km/h (检算速度段)的速度通过桥梁时,列车的乘坐舒适性也能够达到规定的 良好 标准以上㊂5㊀结论包银高铁磴口黄河特大桥为目前我国联长最长的高速铁路矮塔斜拉桥,结构采用塔梁固结\墩梁分离体系㊂对结构的静力㊁地震响应和车-桥耦合进行分析,结果表明,各项指标满足设计要求㊂主要创新点如下㊂(1)地震基本烈度为8度,地震动峰值加速度为0.2g,联长738m,为给桥墩和基础设计提供优化空间,在主梁和桥墩之间设置减隔震支座和粘滞阻尼器协同抗震㊂计算结果表明,协同抗震体系下,桥墩在多遇㊁罕遇地震下均满足安全需要㊂(2)大位移伸缩装置与轨道伸缩调节器合并设置,解决了桥体温度跨度大和减隔震支座引起的纵向大位移问题㊂(3)本桥主墩采用承载力130000kN的大吨位减隔震支座,支座进行了专门研发㊂包银磴口黄河特大桥计划于2020年开工建设, 2023年建成通车㊂参考文献:[1]㊀黎祖华.小田原港桥的施工[J].国外桥梁,1995(2):81-86.[2]㊀彭月燊.双线铁路PC斜拉桥屋代南㊁北桥的技术特点[J].国外桥梁,1996(1):1-6.[3]㊀严国敏.试谈 部分斜拉桥 日本屋代南桥㊁屋代北桥㊁小田原港桥[J].国外桥梁,1996(1):47-50.[4]㊀刘岚,严国敏.3跨连续部分斜拉PC箱梁桥 蟹泽大桥[J].国外桥梁,1996(2):18-20.[5]㊀Shinichi Tamai,Kenji Shimizu.The long spanned bridge for deflec-tion-restricted high speed rail-SANNAI-MARUYAMA Bridge[C].World Congress on Railway Research,2011.[6]㊀中須誠,伊藤正人,谷中慎,等.木曾川橋㊁揖斐川橋複合構造接合部の設計と施工[J].プレストレストコンクリ-ト,2000,42(1):37-45.[7]㊀陈进昌,方京,孟庆标.芜湖长江大桥设计特色[J].桥梁建设,2001(2):26-30.[8]㊀欧阳永金,刘世忠,石占良.同安银湖大桥斜拉索体系[J].世界桥梁,2003(1):24-26.[9]㊀刘世忠,欧阳永金.独塔单索面部分斜拉桥力学性能及建设实践[M].北京:中国铁道出版社,2006.[10]焦亚萌,李辉.铁路多跨长联矮塔斜拉桥合龙顺序研究[J].铁道勘察,2016,42(4):81-83.[11]汤少青,蔡文生,陈亨锦.漳州战备大桥总体设计[J].桥梁建设,2002(1):1-4.[12]张雷.三塔四跨铁路矮塔斜拉桥设计[C]//铁道部工程设计鉴定中心.2010年高速铁路特殊结构桥梁设计技术研讨会论文集.2010:134-139.[13]张雷.京沪高速铁路津沪联络线矮塔斜拉桥设计[J].桥梁建设,2012(1):69-74.[14]刘昊苏,雷俊卿.矮塔斜拉桥上部结构构件刚度敏感性研究[J].北京交通大学学报,2014,38(4):122-127.[15]王琦,杨欣然.高速铁路无砟轨道矮塔斜拉桥变形控制研究[J].铁道标准设计,2018,62(10):74-78.[16]任万敏,任杰,袁明,等.成昆铁路矮塔斜拉桥设计关键技术[J].桥梁建设,2019,49(1):95-100.[17]姚汉文.福平铁路乌龙江特大桥主桥桥式方案设计研究[J].铁道工程学报,2013(10):55-59.[18]房帅平.广佛江珠城际铁路西江特大桥主桥方案研究[J].铁道标准设计,2017,61(7):71-75.[19]任万敏,任杰,袁明,等.成昆铁路矮塔斜拉桥设计关键技术[J].桥梁建设,2019,49(1):95-100.[20]杨静静,孙加林,柯在田.反向曲线客货共线铁路桥梁车桥耦合分析[J].中国铁道科学,2019,40(2):46-53.69铁道标准设计第65卷。