1、概況
包神線位于我國(guó)內(nèi)蒙古西部和陜西北部，線路北起包頭樞紐的包頭站，向南跨黃河經(jīng)內(nèi)蒙古鄂爾多斯市、陜西省榆林市，終于既有神延鐵路的大保當(dāng)車(chē)站。包神線黃河特大橋是該工程的控制性項(xiàng)目，該橋全長(zhǎng)4285m，跨度布置為：3-32m+1-48m+20-32m+19-48m+8-108m+19-48m+8-32m+1-48m+14-32m，其中：40孔為48m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁，8孔為108m鋼桁梁（圖1）。
圖1 黃河特大橋主橋效果
線路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
鐵路等級(jí)：國(guó)鐵I級(jí)。正線數(shù)目：雙線。限制坡度：6‰、雙機(jī)13‰。路段旅客列車(chē)行車(chē)速度：160km/h，預(yù)留200km/h條件。最小曲線半徑：一般地段3500m，困難地段2800m。牽引種類(lèi)：電力。機(jī)車(chē)類(lèi)型：貨運(yùn)機(jī)車(chē)SS4B型、客運(yùn)機(jī)車(chē)SS7d型。牽引質(zhì)量：5000t。到發(fā)線有效長(zhǎng)度：1050m。閉塞類(lèi)型：自動(dòng)閉塞。
橋位處河道寬約4km，主槽寬600m，擺動(dòng)幅度750m，常水位深約7m，設(shè)
計(jì)流量6310 m3/s，設(shè)計(jì)水位1006.80m，主槽最大沖刷深度22.42m，河灘最大沖刷深度6.87m。最高凌汛水位為1006.54m，歷史最大冰塊面積達(dá)50000 m2，相應(yīng)冰速0.69 m/s，最大冰厚達(dá)1.3 m。
橋址區(qū)分布地層主要為第四系沖洪積地層，巖性主要為粉砂、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、粗砂等，勘探未見(jiàn)基巖。粉土、細(xì)砂為可液化土層，液化深度為12～18.2m，液化等級(jí)為中等～嚴(yán)重。
年均氣溫7.2℃，年最低氣溫－27.9℃，年最高氣溫39.2℃，年均降水量297.6mm，最大風(fēng)速24.1m／s，年平均風(fēng)速2.6m／s，年平均相對(duì)濕度51％。
地震基本烈度8度，地震動(dòng)峰值加速度0.2g，場(chǎng)地類(lèi)別為III類(lèi)。
規(guī)劃通航等級(jí)為IV級(jí)，凈高不小于8m，河道通航寬度不小于45m。
本橋鋼桁梁用鋼量指標(biāo)13.1t/m。
2、主橋結(jié)構(gòu)
(1)108m下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁
8x108m下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁為整體節(jié)點(diǎn)鋼桁梁，桁式為無(wú)豎桿三角形桁。橋面寬度：主桁中心距11.6m、橋面板寬9.56m。主桁跨度：主桁計(jì)算跨度為106.4m，全長(zhǎng)107.84m，桁高13.5m，橫橋向支座中心距為11.6m(圖2、3、4)。
圖2 鋼桁梁橫截面圖
主桁、橋面系采用Q370qE，橫聯(lián)、橋門(mén)架、平聯(lián)采用Q345qE。高強(qiáng)度螺栓采用10.9S級(jí)M24、M30，材質(zhì)為20MnTiB及35VB，螺母及墊圈均采用45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼。道碴槽板采用預(yù)制橋面板，厚度25cm，通過(guò)剪力釘與橋面系鋼梁固定，與鋼桁梁和主桁不連接。沿橋縱向約每3.3m設(shè)有一道L形橫向搭接斷縫，橋面板不參與主桁共同受力，該設(shè)計(jì)方案能滿足設(shè)計(jì) 200km/h客貨共線鐵路的運(yùn)營(yíng)要求。
圖3 鋼桁梁立面圖
(2)48m預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁
橋墩中心距離50.35m，箱梁全長(zhǎng)50.2m，支點(diǎn)間距48.2m。箱梁高4.3m，箱梁頂寬9.36m，箱梁底寬5.6m(圖5)。每孔箱梁混凝土用量約500m3。
圖4 8-108下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁布置圖
梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50。封錨混凝土采用補(bǔ)償收縮混凝土，強(qiáng)度等級(jí)同梁體。縱向預(yù)應(yīng)力筋、橫向預(yù)應(yīng)力筋均采用公稱(chēng)直徑為15.2mm的鋼絞線，抗拉強(qiáng)度為1860MPa。
圖5 48m簡(jiǎn)支箱梁橫截面
每孔梁按9個(gè)梁段（奇數(shù)分段，跨中不設(shè)縫）預(yù)制，各節(jié)段在移動(dòng)造橋機(jī)上以濕接縫連接，最大節(jié)段吊重147t，濕接縫長(zhǎng)度為60cm(圖6)。
圖6 移動(dòng)造橋機(jī)拼裝48m簡(jiǎn)支箱梁
?。?)減隔震支座
本橋位于8度高烈度地震地區(qū)，48m梁按照多遇地震設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)為9根直徑1.5m樁，按罕遇地震設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)須5根直徑2.5m樁，基礎(chǔ)造價(jià)增加2倍以上。為減小罕遇地震力對(duì)基礎(chǔ)的影響，采用雙曲面減隔震支座，進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)。對(duì)于固定支座，采用圖7 所示的支座形式，在雙曲面支座上設(shè)剪力件，剪力件承受的水平力為支座反力的12％，當(dāng)支座所承受的地震水平力超過(guò)剪力件的水平承載能力時(shí)，雙向雙曲面減隔震支座開(kāi)始滑動(dòng)，減小地震力。
圖7 固定支座構(gòu)造圖
對(duì)于縱向滑動(dòng)支座，采用圖8所示的結(jié)構(gòu)形式，在使用荷載作用下，水平滑動(dòng)面滑動(dòng)，地震作用下，曲面滑動(dòng)，以減小地震力。
圖8 活動(dòng)支座構(gòu)造圖
?。?)墩臺(tái)與基礎(chǔ)
本橋橋墩采用圓端形橋墩，橋臺(tái)采用雙線T臺(tái)。墩臺(tái)與基礎(chǔ)除考慮常規(guī)設(shè)計(jì)因素外，特別考慮冰壓力及地震力。
地震力設(shè)計(jì)按照新的抗震規(guī)范進(jìn)行，既考慮多遇地震作用，也考慮罕遇地震作用，多遇地震時(shí)重要性系數(shù)按1.4設(shè)計(jì)。
108m、48m橋墩破冰棱前端設(shè)置R=0.5m圓形，前端夾角約60度，最大冰壓力分別為6189kN、5017kN 。
圖9 主墩墩身及承臺(tái)構(gòu)造圖
承臺(tái)尺寸按滿足布樁和剛性角要求，采用雙層承臺(tái)。樁基在考慮沖刷及地震液化前提下，確保有足夠的承載力和縱橫向剛度。108m簡(jiǎn)支鋼桁梁橋墩樁基礎(chǔ)采用11根Φ250cm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)70～80m，承臺(tái)總厚度7m(圖9 )。
48m簡(jiǎn)支梁橋墩樁基礎(chǔ)采用9根Φ150cm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)55～62m，承臺(tái)總厚度4.3m。
(5)施工場(chǎng)景見(jiàn)圖10、11、12。
圖10 水中基礎(chǔ)施工平臺(tái)
圖11移動(dòng)造橋機(jī)拼裝48m簡(jiǎn)支箱梁施工全景
圖12拼裝鋼桁梁
3、主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
(1)108m簡(jiǎn)支鋼桁梁采用新型的道碴槽板有碴橋面，鋼梁用鋼量13.1t/m，經(jīng)濟(jì)合理地解決了在大跨簡(jiǎn)支鋼桁梁上鋪設(shè)無(wú)縫線路、滿足200km/h行車(chē)速度要求的技術(shù)難題。
(2)48m簡(jiǎn)支箱梁節(jié)段拼裝是鐵路系統(tǒng)首次在大跨雙線整孔箱梁上采用預(yù)制節(jié)段拼裝施工方法，既加快了施工進(jìn)度又保證了施工質(zhì)量。
(3)本橋是我國(guó)鐵路第一座系統(tǒng)采用減震設(shè)計(jì)技術(shù)的橋梁，首次研發(fā)并推廣使用的減隔震支座極大地減小了基礎(chǔ)工程量。
4、有關(guān)資料
橋 名：包神線黃河特大橋
橋 型：八跨鋼桁架連續(xù)梁
跨 徑：每跨108米
橋 址：內(nèi)蒙古鄂爾多斯市、陜西省榆林市
設(shè)計(jì)單位：中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司
施工單位：中鐵十九局集團(tuán)有限公司
混凝土用量：208910m3
鋼筋用量：31560t
造價(jià)：3.888億元
建成日期：預(yù)計(jì)2009年
