廣州南沙港鐵路工程跨越雞鴉水道，為節(jié)約橋位資源，利用了在建廣中江高速公路跨越雞鴉水道橋位。原廣中江高速公路跨越雞鴉水道，為主跨175m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，主墩墩身及基礎(chǔ)已施工。為充分利用已建工程、減少廢棄，提出了（102+175+102）m公鐵合建平行弦連續(xù)鋼桁梁橋改造方案。通過選擇合理的橋式、優(yōu)化公路及鐵路橋面系，盡可能地減輕上部結(jié)構(gòu)重量，直接利用已建的公路橋基礎(chǔ)及墩身，僅對墩帽做少量適應(yīng)性改造。目前，該橋已合龍，正在進行橋面系施工。
公鐵結(jié)合南沙港鐵路
南沙港鐵路是珠三角西部貨運通道的重要組成部分，通過廣珠鐵路，向北連接京廣鐵路，輻射中南地區(qū)；向西溝通南廣、柳肇鐵路，輻射西南地區(qū)；向東銜接廣深鐵路。該項目主要承擔中南、西南地區(qū)外貿(mào)集裝箱、能源及重要原材料運輸任務(wù)。在路網(wǎng)規(guī)劃中，該線為中南、西南地區(qū)重要的鐵水聯(lián)運通道，是優(yōu)化廣州樞紐貨運布局、完善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要線路。
圖1 南沙港鐵路路線圖
如圖1所示，線路自廣珠鐵路鶴山南新建車站引出，往東南方向經(jīng)鶴山與江門交界處，經(jīng)順德均安，中山小欖、東鳳、南頭、黃圃、廣州萬頃沙至南沙港，全長87.8公里。2016年開工，計劃2020年建成。
南沙港鐵路主要技術(shù)標準如下——
◆鐵路等級：雙線，Ⅰ級電氣化鐵路；
◆設(shè)計速度：貨車最高運行速度120km/h，兼顧客運；
◆設(shè)計活載：中—活載；
◆建筑限界：滿足開行雙層集裝箱列車運輸要求。
廣中江高速公路
廣中江高速公路穿越廣州、佛山、中山、江門4地，由江門至廣州南沙高速公路、佛江高速公路江門段這兩部分組成。按照建設(shè)計劃，廣中江高速工程具體分三期進行建設(shè)，一期范圍為蓬江區(qū)荷塘鎮(zhèn)至江海區(qū)龍溪路段，二期范圍包括蓬江區(qū)荷塘鎮(zhèn)至鶴山雅瑤鎮(zhèn)赤草村，三期范圍包括蓬江荷塘鎮(zhèn)至南沙。其中，廣中江高速一期、二期均已建成通車，三期預(yù)計2019年底建成通車。本項目為廣中江高速三期控制性工程。
原在建廣中江高速跨越雞鴉水道橋址，位于中山市南頭鎮(zhèn)的雞鴉水道河段，該河段為內(nèi)河Ⅲ級航道。橋址區(qū)域?qū)俑谐焙佣危佣雾樦?，由西北向東南流入南海，河面寬約300m，右側(cè)邊灘寬約30m，上游500m左右為桂州水道的分流口。橋址處河道順直，橋軸法線與河流夾角為11°。
圖2 廣中江高速公路跨越雞鴉水道橋位
公路主要技術(shù)標準如下——
◆道路等級：高速公路，雙向六車道，橋面全寬33.5m。
◆設(shè)計速度：100km/h。
◆汽車荷載：公路—Ⅰ級。
公鐵合建優(yōu)勢
廣州南沙港鐵路跨越雞鴉水道工程位于中山市東鳳鎮(zhèn)和南頭鎮(zhèn)之間，于雞鴉水道與桂洲水道分汊口下游約540m處跨越雞鴉水道，與廣中江高速雞鴉水道特大橋線位重合。
圖3 公鐵合建方案示意圖
橋位區(qū)域城鎮(zhèn)化程度高，土地資源稀缺，基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)達，工礦企業(yè)、房屋建筑、電力線路密集，該區(qū)域公路、鐵路與500kV高壓線共通道，通道具有唯一性。公鐵分建方案需搬拆民安小學、民安幼兒園、汲水育苗幼兒園、南頭消防中隊等環(huán)境敏感建筑物，拆遷量大，引起的二次拆遷和高壓走廊遷改，尤其是社會穩(wěn)定風險較大。而公鐵合建，可減少占地73.3畝，減少拆遷16.1萬平米，避免了敏感建筑物的拆遷。
從減少占地拆遷、節(jié)約工程投資的角度出發(fā)，經(jīng)多方協(xié)商，確定采用公鐵合建的方案，跨越雞鴉水道。
建設(shè)條件適宜
原廣中江高速雞鴉水道大橋設(shè)計情況
如圖4、圖5所示，原廣中江高速雞鴉水道大橋為三跨連續(xù)剛構(gòu)橋，通航孔設(shè)置單孔雙向通航，通航孔凈寬為161.5m（垂直航道投影的凈寬為156m），凈高10m，最高通航水位4.997m、最低通航水位0.064m。橋址上游約270m有2座浮標。由于公路線位與河流存在11°的斜交角度，公路橋分左、右幅修建并錯孔布置，左幅孔跨為（102.5+175+102.5）m連續(xù)剛構(gòu)，右幅孔跨為（102.5+175+106）m連續(xù)剛構(gòu)。
圖4 原公路連續(xù)剛構(gòu)橋平面布置圖（單位：m）
圖5 原公路連續(xù)剛構(gòu)橋橋型立面圖（單位：m）
如圖6所示，墩柱下半部分采用空心墩，上半部分采用雙肢薄壁墩，具有良好的抗推及防撞性能?；A(chǔ)采用大直徑（Φ2.5m）嵌巖樁，承載力較大，為公鐵合建改造創(chuàng)造了條件。兩幅橋的基礎(chǔ)沿水流方向，錯孔布置，采用7Φ2.5m鉆孔灌注樁、分離式承臺結(jié)構(gòu)形式。
圖6 原公路連續(xù)剛構(gòu)橋墩柱和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）
新型組合結(jié)構(gòu)是相對于傳統(tǒng)的組合結(jié)構(gòu)，如組合鋼板梁、組合鋼箱梁、組合鋼桁梁等而言的?；诠I(yè)化建造技術(shù)，組合結(jié)構(gòu)的各個組成部分均可以優(yōu)化。以一種新型組合結(jié)構(gòu)為實例來分析其設(shè)計、建造技術(shù)。
原廣中江高速雞鴉水道大橋施工情況
圖7 廣中江高速雞鴉水道橋已施工主墩現(xiàn)場圖
截至2016年5月，原廣中江高速公路雞鴉水道橋左右兩幅橋完成了樁基、承臺和墩身的施工，右幅橋0#塊已施工。兩岸引橋受500kV高壓走廊及拆遷影響，未施工。
河道通航論證
橋址水深良好，河床基本穩(wěn)定，橋軸線法線與水流流向的交角11°。原公路橋設(shè)計采用設(shè)置單孔雙向通航方案，通航孔跨徑為175m，通航孔凈寬161.5m（垂直航道投影的凈寬156m），凈高不小于10m，設(shè)計通航凈空尺度能夠滿足橋址河段航道通航要求。
公鐵合建方案未改變已建公路橋涉水部分工程結(jié)構(gòu),無須再進行通航論證，為工程順利推進提供了良好的條件。
改造方案設(shè)計
改造方案要求充分利用已建工程，減少廢棄。改造方案控制性因素如下：
?、?由于下部基礎(chǔ)已施工完畢，樁基承載力有限，需盡可能減輕上部結(jié)構(gòu)恒載重。
?、?受通航凈空限制，梁部建筑結(jié)構(gòu)高度需相對較低。
如圖8所示，改造方案采用平行弦鋼桁連續(xù)梁橋式，孔跨布置為（102+175+102）m。鋼桁梁采用華倫式桁架，桁高16.4m，主桁節(jié)間長度邊跨12.5m，中跨12.75m，全橋由30個節(jié)間組成。
圖8 整幅公鐵合建橋式方案立面布置（單位：m）
主梁橫斷面設(shè)計
如圖9所示，公路與鐵路分兩層布置，上層橋面布置為6車道高速公路，公路橋面總寬34.2m；下層橋面布置為鐵路，采用雙線無砟軌道明橋面形式，線間距4.0m。鋼桁梁采用兩片豎直主桁，桁間距15.0m，桁高16.4m；副桁上弦桁間距為33.5m，公路橋面橫向采用大輔桁，鋼桁梁橫斷面呈倒梯形。
圖9 整幅公鐵合建橋式方案橫斷面布置
為最大限度減輕上部結(jié)構(gòu)恒載重，鐵路采用縱橫梁明橋面。在兩片鋼桁下弦節(jié)點處設(shè)置橫梁，橫梁間通過四根縱梁相連，縱梁在橫橋向間距2m，縱梁間通過系桿相連?？v梁每隔兩個節(jié)間設(shè)置縱向活動鉸，活動縱梁有效地釋放了橋面縱向荷載。兩片主桁的下弦節(jié)點間通過X下平聯(lián)相連?？v梁頂緣采用集壓力焊、熔化焊和擴散焊三位一體的不銹鋼復(fù)合板，提高耐久性。
圖10 鐵路橋面系結(jié)構(gòu)示意圖
軌道結(jié)構(gòu)重量作為鐵路橋梁主要的二期恒載,直接影響到橋梁的荷載設(shè)計和用鋼量。降低軌道結(jié)構(gòu)重量可有效降低上部結(jié)構(gòu)恒載重量。該橋采用的輕型混凝土板式軌道無砟橋面二恒約65kN/m,與常規(guī)軌道結(jié)構(gòu)相比降低二恒約51.9%。
圖11 輕型混凝土板式軌道無砟橋面
如圖12所示，輕型混凝土板式軌道結(jié)構(gòu)由鋼軌、扣件、預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕板、連接螺栓、限位件和混凝土墊層等組成?？奂捎肒型分開式扣件，滿足縱梁斷開處節(jié)間快速伸縮的特性。軌枕板與鋼桁梁翼緣板之間調(diào)整墊層采用高聚物混凝土，墊層厚度為120mm。軌枕板與橋梁縱梁之間通過高強螺栓進行固定。限位件外壁沿線路縱、橫向位置允許偏差為±8mm。
圖12 混凝土板式軌道結(jié)構(gòu)示意圖（單位：cm）
公路橋面系
為了減輕重量，并解決傳統(tǒng)正交異性鋼橋面系疲勞性能差的問題，該橋采用縱肋倒置的鋼-混凝土組合橋面結(jié)構(gòu)。公路橋面系將縱肋置于上部，并將格子通過鋼板密封，進而直接在格子梁上澆筑混凝土；縱肋倒置，并在縱肋上穿插鋼筋，通過剪力釘與鋼筋的共同作用，使混凝土板與格子梁的連接效果更好，減小了混凝土板厚，減輕了上部結(jié)構(gòu)的重量。從下至上依次為：底部采用8mm橋面封底耐候鋼板、20cm厚C60混凝土板、防水層、11cm改性瀝青混凝土。
圖13 公路橋面系結(jié)構(gòu)示意圖
關(guān)鍵施工技術(shù)
已建橋墩改造技術(shù)
原廣中江高速雞鴉水道大橋左、右幅均已完成樁基、承臺和墩身施工，右幅剛構(gòu)0#塊已施工完成。在此基礎(chǔ)上改擴建成公鐵兩用橋，由此產(chǎn)生的技術(shù)問題以及相應(yīng)的解決方案如下：
1.既有公路橋0#塊及部分墩身拆除難度大
為保證接頭鋼筋可靠性，提高剝除效率，提出了先采用繩鋸分塊切割，分塊拆除廢除部分，在既有墩身鋼筋利用段，采用微爆破加人工風鎬剝離混凝土的工藝。
2.新舊混凝土結(jié)合性能
既有橋墩于一年前澆筑完成，為預(yù)防新舊混凝土結(jié)合面因齡期差異而導致裂紋問題，采用增加界面劑及二次振搗工藝（2h內(nèi)再振搗）。
主梁架設(shè)關(guān)鍵技術(shù)
為保證航道通暢，航道內(nèi)不能設(shè)置臨時支墩，只能采取懸拼或頂推施工方案。經(jīng)綜合比選，主梁架設(shè)采用邊跨鋼梁在臨時支墩上拼裝，跨中鋼梁采用梁上吊機懸拼的施工方案。該橋跨度大（主跨175m）、自重大（懸臂端重3380t）、合龍接口多（上弦5個接口，下弦3個），懸臂拼裝線形控制及跨中合龍難度大。
為保證成橋線形、鋼梁精確合龍，采取了以下措施：
1.采用起落梁調(diào)整法，根據(jù)現(xiàn)場的線形監(jiān)控數(shù)據(jù)調(diào)整鋼梁的狀態(tài)，保證合攏桿件兩側(cè)的鋼梁縱橫向位置在2mm內(nèi)，豎向轉(zhuǎn)角垂直；
2.平縱面及轉(zhuǎn)角位置調(diào)整完成后，連續(xù)測量觀測7天合攏段長度，在合攏時間內(nèi)確定合攏桿件的實際長度留下的誤差，由合龍段的下料長度來消除，所以四根主桁的下料長度會有所不同。最后選擇后半夜23℃條件下的桿件長度；
3.按照合龍段尺寸放樣加工桿件；
4.采用溫差調(diào)整法，利用溫度變化引起的鋼梁自身熱脹冷縮，先合龍下弦，后合龍上弦。
橋面系施工技術(shù)
因鐵路橋面系二恒占比較小，影響少，鐵路線形要求高，故先施工公路橋面系后，再施工鐵路橋面系，對軌道鋪設(shè)更有利。
為解決中墩負彎矩區(qū)橋面板抗裂問題，結(jié)合該橋特點采用了以下控制措施：
1.優(yōu)化混凝土配合比，減少混凝土早期收縮；
2.先澆筑正彎矩區(qū)，后澆筑負彎矩區(qū)，減少負彎矩區(qū)的混凝土拉應(yīng)力；
3.“跳倉法”澆筑混凝土，減小混凝土收縮應(yīng)力。
實施效果顯著
南沙港鐵路跨雞鴉水道大橋采用公鐵兩用平行弦連續(xù)鋼桁梁，基于已施工的原廣中江高速公路連續(xù)剛構(gòu)橋的墩身和基礎(chǔ)改造而成。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，鐵路采用板式軌道無砟橋面、公路采用縱肋倒置的鋼-混凝土組合橋面，公鐵合建改造方案較原公路連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計方案，減少上部結(jié)構(gòu)恒載重約250kN/m。改造方案充分利用了已建工程，最大限度減少廢棄工程且減少占地節(jié)約投資。公鐵合建改造方案較公鐵分建方案減少占地73.3畝、拆遷16.1萬平米，避開了多處環(huán)境敏感點。另外，公鐵合建改造方案，未改變已建公路橋涉水部分工程結(jié)構(gòu)，保證了同通道公路、鐵路合建順利實施。
本文刊載 /《橋梁》雜志 2019年 第5期 總第91期
作者 / 嚴愛國 劉振標 張杰
作者單位 / 中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司、中鐵建大橋設(shè)計研究院
