重庆至昆明高速铁路小龙潭特大桥设计

龚俊，陈翔

（中铁大桥勘测设计院集团有限公司，武汉430056）

1 工程概述

新建重庆至昆明高速铁路小龙潭特大桥位于云南省昭通市，属高原斜坡地带中山峡谷区，本桥主要为跨越小龙潭而设，采用大跨高墩方案，墩高50～126 m，主跨150～400 m，可选择的桥型有刚构连续梁、拱桥、斜拉桥等。斜拉桥和拱桥主桥规模大，造价高，不宜采用；刚构连续桥施工简便，结构抗震性能好，造价较低，故本桥采用刚构连续梁。上部结构采用80 m+149 m+168 m+149 m+130 m+80 m预应力混凝土箱梁，立面布置如图1所示。连续刚构桥墩形式主要有空心墩、实心单肢墩、实心双肢墩等，已有诸多学者对其进行过比较分析[1]，本桥主墩采用矩形空心墩和双肢薄壁墩，主墩基础采用2 m大直径桩基础。本桥地质为粗圆砾土、砂岩、泥岩，震动峰值加速度为0.05g（地震基本烈度为Ⅵ度），特征周期Tg=0.45 s。

图1 桥式立面布置图

2 结构设计

2.1 上部结构

主梁采用变高度预应力混凝土连续梁，全桥布置一联，联长756 m。主梁采用单箱单室截面，中支点梁高为12.0 m，次中支点梁高为9.742 m，跨中梁高为6.0 m，跨中截面底板厚52 cm，箱梁中心处顶板厚50 cm，腹板50 cm，中心处顶板厚50 cm，腹板100 cm。箱梁采用挂篮悬浇施工。

2.2 桥墩与基础

2#、3#墩墩顶与梁固结，桥墩采用矩形空心墩。墩身顶纵向宽10.0 m，横向宽8.0 m。基础采用24根φ2.0 m钻基础。承台平面尺寸为38.2 m×15.2 m，厚6.0 m。

1#、4#墩墩顶与梁固结，桥墩采用双薄壁墩。墩身顶纵向宽8.0 m，横向宽8.0 m。墩身纵向为双薄壁，壁厚为200 cm。基础采用15根φ2.0 m钻孔灌注桩基础。承台平面尺寸为23.2 m×13.2 m，厚4.0 m。

5#墩采用圆端型实体墩，墩身顶纵向宽3 m，横向宽6.8 m，墩身横、纵向均按40∶1的斜率变宽，由上至下不断变厚。基础采用扩大基础。

0#、6#桥台为轻型重力式桥台，台身高2.5 m，台身纵向宽3.5 m，横向宽9.8 m，台背纵向宽7.4 m，横向宽8.6 m。基础采用扩大基础。

3 主要计算结果

3.1 上部主要计算结果

采用桥梁设计系统软件SCDS2018计算，按照实际的施工过程对结构进行划分。1#～4#刚构墩群桩基础按照刚度等效的原则按节点弹性约束模拟。计算荷载包括恒载、活载、制动力、温度变化、预应力、基础不均匀沉降、体系转换的影响及混凝土收缩、徐变等。

1）应力计算结果：最大正应力为18.2 MPa，最小正应力为0.8 MPa，最大主压应力为17.6 MPa，最小主拉应力为2.6 MPa，最大剪应力为3.9 MPa，强度安全系数最小为2.5，抗裂安全系数最小为1.4。均满足规范要求。

2）梁部位移计算结果（符号：向上变形为“+”，向下变形为“-”）：（1）静活载作用下最大挠度值-32.0 mm，为跨度的1/5 250，小于1.1L/1 500（L为桥梁跨度）。最大梁端转角：0.397‰rad，小于1‰rad；（2）轨道铺设完成后，无砟轨道梁竖向残余徐变变形只为16 mm，小于规范要求的20 mm。

3.2 刚构墩计算结果

由于墩梁固结，主墩纵横向刚度不仅影响墩顶位移、墩身截面强度及整个结构的动力性能，同时影响主梁的内力分配。高墩必须考虑风振、温度应力、固端干扰应力，主桥的横向刚度尤为控制设计。本桥取主桥1联进行整体分析，计算结果表明主墩墩顶纵向最大位移15.60 mm，小于墩顶纵向位移限值为，横向转角为0.019‰rad，刚度满足规范要求。

3.3 抗震分析

本桥为连续刚构桥，孔跨布置为80 m+149 m+168 m+149 m+130 m+80 m。采用空间有限元程序MIDAS/CIVIL进行建模，建模时主梁、桥墩、承台和桩基础结构均采用空间梁单元模拟。

通过配筋验算可知，多遇地震作用下，结构在弹性阶段工作。在横向罕遇地震作用下，墩底的截面安全系数大于1；在纵向罕遇地震作用下，除3#、6#墩底外，其余桥墩进入延性结构只发生可修复性损伤，满足承载能力要求，并且位移延性满足抗震规范要求。

3.4 车桥耦合动力分析

为了保证桥梁具有良好的动力性能，以满足机车车辆运行的安全性和旅客乘坐的舒适性，本桥进行了车桥耦合仿真动力分析。对该桥在CRH3动车组作用下的车-线-桥耦合振动进行了分析，评价了桥梁的动力性能，运行安全性与舒适性，为桥梁设计的可行性提供参考依据。主要结论[2]如下：

1）CRH3动车组以设计时速160～420 km/h运行时，桥梁的动力性能满足要求，列车的运行安全性有保证，乘坐舒适性均达到“优”。

2）考虑附加变形下的车-线-桥耦合振动分析：单线运行时，在考虑桥面整体升温15℃，整体降温15℃，整体升温30℃，整体降温15℃，收缩徐变等5种工况，当列车以速度350 km/h、420 km/h通过时，动力性能均满足要求，列车的运行安全性有保证，乘坐舒适性均达到“优”。

4 结语

随着西部大开发的战略不断实施，高原地区高速铁路桥梁会越来越多。本桥墩高度普遍较高，最大达到126 m，采用刚构连续体系结构合理，经济性好；高墩大跨预应力结构设计重点为需要充分考虑结构体系刚度分配、收缩徐变影响、温度荷载、地震荷载等因素的影响，特别需要关注行车舒适性。本桥的设计为铁路高墩大跨度预应力结构桥梁的设计积累了宝贵的经验，对同类型桥梁设计实施有一定的参考价值。