廣州南沙港鐵路工程跨越雞鴉水道，為節約橋位資源，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的預應力混凝土連續剛構橋，主墩墩身及基礎已施工。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鋼桁梁橋改造方案。通過選擇合理的橋式、優化公路及鐵路橋面系，儘可能地減輕上部結構重量，直接利用已建的公路橋基礎及墩身，僅對墩帽做少量適應性改造。目前，該橋已合龍，正在進行橋面系施工。
公鐵結合
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；向西溝通南廣、柳肇鐵路，輻射西南地區；向東銜接廣深鐵路。該項目主要承擔中南、西南地區外貿集裝箱、能源及重要原材料運輸任務。在路網規劃中，該線為中南、西南地區重要的鐵水聯運通道，是優化廣州樞紐貨運佈局、完善區域路網結構的重要線路。
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，往東南方向經鶴山與江門交界處，經順德均安，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標準如下——
◆鐵路等級：雙線，Ⅰ級電氣化鐵路；
◆設計速度：貨車最高運行速度120km/h，兼顧客運；
◆設計活載：中—活載；
◆建築限界：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。按照建設計劃，廣中江高速工程具體分三期進行建設，一期範圍為蓬江區荷塘鎮至江海區龍溪路段，二期範圍包括蓬江區荷塘鎮至鶴山雅瑤鎮赤草村，三期範圍包括蓬江荷塘鎮至南沙。其中，廣中江高速一期、二期均已建成通車，三期預計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，位於中山市南頭鎮的雞鴉水道河段，該河段為內河Ⅲ級航道。橋址區域屬感潮河段，河段順直，由西北向東南流入南海，河面寬約300m，右側邊灘寬約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
公路主要技術標準如下——
◆道路等級：高速公路，雙向六車道，橋面全寬33.5m。
◆設計速度：100km/h。
◆汽車荷載：公路—Ⅰ級。
公鐵合建優勢
廣州南沙港鐵路跨越雞鴉水道工程位於中山市東鳳鎮和南頭鎮之間，於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
橋位區域城鎮化程度高，土地資源稀缺，基礎設施發達，工礦企業、房屋建築、電力線路密集，該區域公路、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、南頭消防中隊等環境敏感建築物，拆遷量大，引起的二次拆遷和高壓走廊遷改，尤其是社會穩定風險較大。而公鐵合建，可減少佔地73.3畝，減少拆遷16.1萬平米，避免了敏感建築物的拆遷。
從減少佔地拆遷、節約工程投資的角度出發，經多方協商，確定採用公鐵合建的方案，跨越雞鴉水道。
建設條件適宜
原廣中江高速雞鴉水道大橋設計情況
如圖4、圖5所示，原廣中江高速雞鴉水道大橋為三跨連續剛構橋，通航孔設置單孔雙向通航，通航孔淨寬為161.5m（垂直航道投影的淨寬為156m），淨高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。由於公路線位與河流存在11°的斜交角度，公路橋分左、右幅修建並錯孔佈置，左幅孔跨為（102.5+175+102.5）m連續剛構，右幅孔跨為（102.5+175+106）m連續剛構。
圖4 原公路連續剛構橋平面佈置圖（單位：m）
圖5 原公路連續剛構橋橋型立面圖（單位：m）
如圖6所示，墩柱下半部分採用空心墩，上半部分採用雙肢薄壁墩，具有良好的抗推及防撞性能。基礎採用大直徑（Φ2.5m）嵌巖樁，承載力較大，為公鐵合建改造創造了條件。兩幅橋的基礎沿水流方向，錯孔佈置，採用7Φ2.5m鑽孔灌注樁、分離式承臺結構形式。
圖6 原公路連續剛構橋墩柱和基礎結構圖（單位：cm）
新型組合結構是相對於傳統的組合結構，如組合鋼板梁、組合鋼箱梁、組合鋼桁梁等而言的。基於工業化建造技術，組合結構的各個組成部分均可以優化。以一種新型組合結構為實例來分析其設計、建造技術。
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，河床基本穩定，橋軸線法線與水流流向的交角11°。原公路橋設計採用設置單孔雙向通航方案，通航孔跨徑為175m，通航孔淨寬161.5m（垂直航道投影的淨寬156m），淨高不小於10m，設計通航淨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構,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：
① 由於下部基礎已施工完畢，樁基承載力有限，需儘可能減輕上部結構恆載重。
② 受通航淨空限制，梁部建築結構高度需相對較低。
如圖8所示，改造方案採用平行弦鋼桁連續梁橋式，孔跨佈置為（102+175+102）m。鋼桁梁採用華倫式桁架，桁高16.4m，主桁節間長度邊跨12.5m，中跨12.75m，全橋由30個節間組成。
圖8 整幅公鐵合建橋式方案立面佈置（單位：m）
主樑橫斷面設計
如圖9所示，公路與鐵路分兩層佈置，上層橋面佈置為6車道高速公路，公路橋面總寬34.2m；下層橋面佈置為鐵路，採用雙線無砟軌道明橋面形式，線間距4.0m。鋼桁梁採用兩片豎直主桁，桁間距15.0m，桁高16.4m；副桁上弦桁間距為33.5m，公路橋面橫向採用大輔桁，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佈置
為最大限度減輕上部結構恆載重，鐵路採用縱橫樑明橋面。在兩片鋼桁下弦節點處設置橫樑，橫樑間通過四根縱梁相連，縱梁在橫橋向間距2m，縱梁間通過系杆相連。縱梁每隔兩個節間設置縱向活動鉸，活動縱梁有效地釋放了橋面縱向荷載。兩片主桁的下弦節點間通過X下平聯相連。縱梁頂緣採用集壓力焊、熔化焊和擴散焊三位一體的不鏽鋼複合板，提高耐久性。
圖10 鐵路橋面繫結構示意圖
軌道結構重量作為鐵路橋樑主要的二期恆載,直接影響到橋樑的荷載設計和用鋼量。降低軌道結構重量可有效降低上部結構恆載重量。該橋採用的輕型混凝土板式軌道無砟橋面二恆約65kN/m,與常規軌道結構相比降低二恆約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構由鋼軌、扣件、預應力混凝土軌枕板、連接螺栓、限位件和混凝土墊層等組成。扣件採用K型分開式扣件，滿足縱梁斷開處節間快速伸縮的特性。軌枕板與鋼桁梁翼緣板之間調整墊層採用高聚物混凝土，墊層厚度為120mm。軌枕板與橋樑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 混凝土板式軌道結構示意圖（單位：cm）
公路橋面系
為了減輕重量，並解決傳統正交異性鋼橋面系疲勞性能差的問題，該橋採用縱肋倒置的鋼-混凝土組合橋面結構。公路橋面系將縱肋置於上部，並將格子通過鋼板密封，進而直接在格子樑上澆築混凝土；縱肋倒置，並在縱肋上穿插鋼筋，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，減輕了上部結構的重量。從下至上依次為：底部採用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 公路橋面繫結構示意圖
關鍵施工技術
已建橋墩改造技術
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0#塊已施工完成。在此基礎上改擴建成公鐵兩用橋，由此產生的技術問題以及相應的解決方案如下：
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，提出了先採用繩鋸分塊切割，分塊拆除廢除部分，在既有墩身鋼筋利用段，採用微爆破加人工風鎬剝離混凝土的工藝。
2.新舊混凝土結合性能
既有橋墩於一年前澆築完成，為預防新舊混凝土結合面因齡期差異而導致裂紋問題，採用增加界面劑及二次振搗工藝（2h內再振搗）。
圖14 主墩改造施工現場圖
主樑架設關鍵技術
為保證航道通暢，航道內不能設置臨時支墩，只能採取懸拼或頂推施工方案。經綜合比選，主樑架設採用邊跨鋼樑在臨時支墩上拼裝，跨中鋼樑採用樑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。
圖15 主樑架設現場圖
為保證成橋線形、鋼樑精確合龍，採取了以下措施：
1.採用起落梁調整法，根據現場的線形監控數據調整鋼樑的狀態，保證合攏杆件兩側的鋼樑縱橫向位置在2mm內，豎向轉角垂直；
2.平縱面及轉角位置調整完成後，連續測量觀測7天合攏段長度，在合攏時間內確定合攏杆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。最後選擇後半夜23℃條件下的杆件長度；
3.按照合龍段尺寸放樣加工杆件；
4.採用溫差調整法，利用溫度變化引起的鋼樑自身熱脹冷縮，先合龍下弦，後合龍上弦。
橋面系施工技術
因鐵路橋面系二恆佔比較小，影響少，鐵路線形要求高，故先施工公路橋面系後，再施工鐵路橋面系，對軌道鋪設更有利。
為解決中墩負彎矩區橋面板抗裂問題，結合該橋特點採用了以下控制措施：
1.優化混凝土配合比，減少混凝土早期收縮；
2.先澆築正彎矩區，後澆築負彎矩區，減少負彎矩區的混凝土拉應力；
3.“跳倉法”澆築混凝土，減小混凝土收縮應力。
實施效果顯著
南沙港鐵路跨雞鴉水道大橋採用公鐵兩用平行弦連續鋼桁梁，基於已施工的原廣中江高速公路連續剛構橋的墩身和基礎改造而成。通過結構優化，鐵路採用板式軌道無砟橋面、公路採用縱肋倒置的鋼-混凝土組合橋面，公鐵合建改造方案較原公路連續剛構橋設計方案，減少上部結構恆載重約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佔地節約投資。公鐵合建改造方案較公鐵分建方案減少佔地73.3畝、拆遷16.1萬平米，避開了多處環境敏感點。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構，保證了同通道公路、鐵路合建順利實施。
本文刊載 /《橋樑》雜誌 2019年 第5期 總第91期
作者 / 嚴愛國 劉振標 張傑
作者單位 / 中鐵第四勘察設計院集團有限公司、中鐵建大橋設計研究院
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