1　工程概況及建橋條件
新建柳州至肇慶鐵路為設(shè)計(jì)速度160km/h、國(guó)鐵Ⅰ級(jí)的雙線鐵路，線路在象州市西南側(cè)雞沙村附近跨越柳江，設(shè)象州柳江特大橋。大橋位于象州公路大橋下游約3.5km，象州水位站下游約2.5km處，線路與河流交角約73°。柳江在橋位處流向?yàn)橛杀毕蚰希拥垒^為順直，河流較為平緩，河流在橋位處以南約900m處為彎道，流向轉(zhuǎn)向西北再轉(zhuǎn)向西南。測(cè)量時(shí)水深水面標(biāo)高為47.8m，最大水深約8m，江面寬約320m。
柳江位于西江的上游，是西江的第二大支流，屬山區(qū)河流，流域內(nèi)雨量充沛，多年平均雨量1500～1800mm之間，雨季集中在5～9月，枯水期在10月至3～4月。柳江水位受降雨影響極大，降雨水漲，洪枯水位變幅大。水位最大變幅柳州站達(dá)到22.53m，象州站達(dá)到25.81m。
橋址處柳江現(xiàn)階段為Ⅲ級(jí)航道，船舶噸級(jí)1000噸，但是通過(guò)與柳州市航道局和廣西壯族自治區(qū)航道局溝通，橋址處柳江規(guī)劃為Ⅱ級(jí)航道，船舶噸級(jí)為2000噸。
2　主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
（1）鐵路等級(jí)
本線為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)、雙線、線間距為4.2m，設(shè)計(jì)行車(chē)速度160km/h。
（2）設(shè)計(jì)水位
設(shè)計(jì)洪水頻率百年一遇，水位為79.72m（國(guó)家（85））；設(shè)計(jì)最高通航水位的洪水重現(xiàn)期為20年，水位為75.99m（國(guó)家（85））。
（3）設(shè)計(jì)荷載

• 本橋設(shè)計(jì)荷載為“中－活載”。
• 溫度力：

a) 體系溫差：鋼結(jié)構(gòu)考慮全年最高和最低氣溫取△T=±25℃，
   砼與預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)考慮全年最高和最低月氣溫取△T=±20℃。
b) 砼梁上、下緣溫差：道碴橋面采用±5℃
c) 斜拉索與其他結(jié)構(gòu)的溫差△T=±15℃

• 風(fēng)荷載：主橋成橋風(fēng)速按100年一遇計(jì)，設(shè)計(jì)基本風(fēng)速25.30m/s，施工風(fēng)速按10年一遇計(jì)，為成橋階段風(fēng)速的0.84倍。
• 船舶撞擊力：船舶撞擊力按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTG D60-2004相關(guān)條文規(guī)定取值：橫橋向撞擊力1100t，縱橋向撞擊力900t。
• 流水壓力：按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》TB10002.1-2005進(jìn)行計(jì)算。

（4）地震：地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅵ度，本橋抗震設(shè)防基本烈度按Ⅶ度考慮。
（5）橋面布置
橋面布置形式按“通橋(2005)2101”布置，線間距4.2m
（6）通航凈空
本橋按2排1列通航的航道等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，雙向通航孔凈寬150m，上底寬131m，凈高10m，側(cè)高6m。
3　橋孔決定的依據(jù)
（1）通航等級(jí)為Ⅱ級(jí)，雙向通航凈寬150m，通航凈高10m。
（2）行洪要求：行洪要求減少阻水面積，避免對(duì)河堤等產(chǎn)生不利影響，避免上游壅水太高，以及流向改變明顯而造成沖刷。
（3）橋址處線路與河流交角約73°，河流在橋址處下游約900m處為彎道。
（4）橋位方案的確定：柳江特大橋肇慶端與象州站位緊鄰，受大瑤山越嶺標(biāo)高的影響，象州站位標(biāo)高為118m左右，在此標(biāo)高下為滿足車(chē)站設(shè)計(jì)要求，造成柳江特大橋斜交角度較大，橋面標(biāo)高較高。
4　橋式方案研究
引橋采用多孔32m簡(jiǎn)支梁跨越，現(xiàn)將主橋的方案比選如下：
   1、橋式方案研究要點(diǎn)
    （1）滿足160km/h速度目標(biāo)值行車(chē)要求和貨物列車(chē)按120km/h速度行駛要求。
    （2）結(jié)構(gòu)耐久性和維護(hù)的方便性
    （3）建設(shè)條件的合理性：通航條件、行洪條件、地質(zhì)條件、地形條件、交通條件、河床演變等。
    （4）安全性：結(jié)構(gòu)安全性、防洪安全性、地基穩(wěn)定性、通航安全性。
    （5）施工操作的可行性：施工技術(shù)、設(shè)備、費(fèi)用、安全、環(huán)保等綜合比選。
    （6）與環(huán)境的協(xié)調(diào)性
2、橋式方案研究
根據(jù)橋位處地形地貌、地質(zhì)、通航、行洪等情況，本階段分別對(duì)混凝土斜拉橋、剛構(gòu)拱橋、雙結(jié)合鋼桁梁橋三個(gè)橋式方案進(jìn)行分析比較。

1. 混凝土斜拉橋方案

• 主橋孔跨布置：40+106+236+106+40m
• 主橋結(jié)構(gòu)形式：雙塔雙索面混凝土斜拉橋
• 主橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造：本方案為主跨236m的混凝土斜拉橋，橋塔為空心混凝土結(jié)構(gòu)，主梁采用混凝土箱梁，橋塔采用“上窄下寬”的“H”形塔。承臺(tái)采用啞鈴型結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋塔采用38根φ2.5m的鉆孔灌注樁。
• 連接構(gòu)造：本方案中混凝土箱梁與主塔間通過(guò)支座連接，塔梁間設(shè)縱向阻尼裝置。

（2）剛構(gòu)拱橋方案

• 主橋孔跨布置：126+236+126m
• 主橋結(jié)構(gòu)形式：剛構(gòu)拱橋
• 主橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造：本方案為主跨236m的剛構(gòu)拱橋，采用先梁后拱的方式進(jìn)行施工，拱肋參與結(jié)構(gòu)的二期恒載和活載的受力，主梁采用變截面混凝土箱梁，主墩采用雙薄壁墩，承臺(tái)為矩形，每個(gè)承臺(tái)采用20根φ2.8m鉆孔灌筑樁。
• 拱肋：拱肋計(jì)算跨度236m，矢跨比1/5，矢高47.2m，拱軸線為懸鏈線，拱肋各桿件之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行連接。

（3）雙結(jié)合鋼桁梁橋方案

• 主橋孔跨布置：129+236+129m
• 主橋結(jié)構(gòu)形式：雙結(jié)合鋼桁梁橋
• 主橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造：本方案為主跨236m的雙結(jié)合鋼桁梁橋，本橋不僅橋面板與主梁鋼結(jié)構(gòu)共同參與受力，在中支點(diǎn)處下弦桿之間澆筑混凝土，使其與鋼結(jié)構(gòu)也共同受力，形成了雙結(jié)合的鋼桁梁橋體系。
• 連接構(gòu)造：本方案中主梁與橋墩之間通過(guò)支座連接。

（4）現(xiàn)對(duì)鋼箱拱橋、鋼管混凝土拱橋方案進(jìn)行比較，對(duì)比結(jié)果如下表：

		混凝土斜拉橋	剛構(gòu)拱橋	雙結(jié)合鋼桁梁橋
工程造價(jià)		2.41億	2.46億	3.46億
施工工期		33個(gè)月	39個(gè)月	38個(gè)月
整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能		基階頻率0.53(橫向彎曲),面內(nèi)穩(wěn)定系數(shù)64.9，面外穩(wěn)定系數(shù)67.1。滿足時(shí)速160km/h客運(yùn)列車(chē)和120km/h貨運(yùn)列車(chē)運(yùn)行要求	基階頻率0.24(縱向彎曲),面內(nèi)穩(wěn)定系數(shù)13.6，面外穩(wěn)定系數(shù)15.4。滿足時(shí)速160km/h客運(yùn)列車(chē)和120km/h貨運(yùn)列車(chē)運(yùn)行要求	基階頻率0.36(橫向彎曲),面外穩(wěn)定系數(shù)3.4，面內(nèi)穩(wěn)定系數(shù)19.1。滿足時(shí)速160km/h客運(yùn)列車(chē)和122km/h貨運(yùn)列車(chē)運(yùn)行要求
穩(wěn)定	豎向	穩(wěn)定	穩(wěn)定	穩(wěn)定
	橫向	穩(wěn)定	穩(wěn)定	穩(wěn)定
體系受力		簡(jiǎn)單明確	梁拱墩結(jié)合處結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜	簡(jiǎn)單明確
主要使用材料情況		混凝土	混凝土，拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)	鋼結(jié)構(gòu)
維護(hù)費(fèi)用		低	較高	高
主要施工方法		懸臂澆注	梁懸臂澆注、拱肋豎轉(zhuǎn)	懸臂吊裝
上部結(jié)構(gòu)大臨設(shè)施		牽索掛籃	掛籃、扣塔、拱肋支架	懸臂吊機(jī)、扣塔
基礎(chǔ)施工條件		深水基礎(chǔ)、承臺(tái)較大	深水基礎(chǔ)、承臺(tái)較小	深水基礎(chǔ)、承臺(tái)較小
對(duì)通航條件的影響		對(duì)通航影響有限	對(duì)通航影響有限	對(duì)通航影響有限
對(duì)行洪條件的影響		對(duì)行洪阻礙較小	對(duì)行洪阻礙較小	對(duì)行洪阻礙較小
對(duì)環(huán)境及水土保持的影響		影響較小	影響較小	影響較小

經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)安全、后期維護(hù)、與環(huán)境的協(xié)調(diào)等各方面比較，混凝土斜拉橋?yàn)橹鳂虻姆桨妇哂休^大的優(yōu)勢(shì)，因此本橋推薦采用混凝土斜拉橋方案。
5　主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（一）、混凝土斜拉橋方案

混凝土斜拉橋方案 主橋布置圖
1、主梁
本橋主梁采用混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，箱梁寬度為15.6m，高度為3.5m，線間距4.2m，斜拉索橫向間距14m。塔梁之間為縱向活動(dòng)支座，可以放松主梁溫度荷載對(duì)橋塔的影響，縱向設(shè)置阻尼裝置，使兩塔同時(shí)分擔(dān)橋面結(jié)構(gòu)傳來(lái)的縱向力。
主梁截面為單箱三室，兩邊采用斜腹板，中間為直腹板。頂?shù)装搴穸葹?0cm，斜腹板厚度為40cm，直腹板厚度為30cm。兩直腹板間距為4.2m，與兩條線路中線相對(duì)應(yīng)。在斜拉索錨固處、梁端、支座處設(shè)置橫隔板，橫隔板間距為6～8m，斜拉索錨固處隔板厚度為30cm，梁端隔板厚度為1.2m，橋塔和輔助墩處支座處隔板厚度為1m，所有隔板均設(shè)過(guò)人孔。主橋橋面結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖如下圖所示。

主橋橋面結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖
2、斜拉索
斜拉索為雙索面，采用高強(qiáng)度低松弛平行鋼絲束，錨頭為冷鑄墩頭錨。主橋斜拉索間距8m，斜拉索采用283φ7～313φ7的平行鋼絲束。
3、橋塔
由于本橋橋面結(jié)構(gòu)較高，為了提高主橋的橫向剛度，本橋橋塔采用“上窄下寬”的“H”形塔，塔頂寬14m，塔底寬39m，塔頂斜拉索錨固區(qū)為直線段，向下至塔底為圓弧過(guò)渡。塔柱為箱型截面，縱橋向塔柱截面寬度由塔頂?shù)?m增至塔底的12m，橫橋向塔柱截面寬度由塔頂?shù)?m增至塔底的6m。每個(gè)塔設(shè)三道橫梁，均為箱型截面，上下兩個(gè)橫梁截面為4x4m，中間橫梁截面為6x4m。橋塔布置如下圖所示。

橋塔布置圖
4、承臺(tái)及基礎(chǔ)
為了使橋塔基礎(chǔ)受力更加合理，承臺(tái)采用啞鈴型結(jié)構(gòu)，承臺(tái)順橋向?qū)挾葹?3.75m，橫橋向?qū)挾葹?6m，中間部分寬度為15.75m，承臺(tái)最厚處厚度為9m，中間厚度為5.3m，承臺(tái)頂面為坡面，與塔柱軸線垂直。每個(gè)橋塔采用38根φ2.5m的鉆孔灌注樁。具體構(gòu)造如下圖所示。

橋塔承臺(tái)及基礎(chǔ)布置圖
（二）、剛構(gòu)拱橋方案

剛構(gòu)拱橋方案 主橋布置圖
1、主梁
本橋主梁采用變高度混凝土箱梁，箱梁中支點(diǎn)處梁高14m，端支點(diǎn)及中跨跨中處梁高4.6m，其中中支點(diǎn)處平段長(zhǎng)10m，中跨跨中平段長(zhǎng)20m，中間103m長(zhǎng)度變高段梁底曲線為圓曲線。主梁采用單箱雙室截面，吊桿采用橫橋向雙吊桿布置，錨固處主梁箱內(nèi)設(shè)置橫梁。
主梁頂板寬15.1m，頂板厚度40～50cm，底板厚度由跨中及端支點(diǎn)附近的35cm漸變至中支點(diǎn)附近的130cm，腹板厚度分別為30cm、45cm、60cm三種。在梁拱墩結(jié)合處，主梁上部由15.1m加寬至17.4m，下部與薄壁墩連為一體，斷面圖如下圖所示。

梁拱墩結(jié)合處斷面圖
2、拱肋
拱肋計(jì)算跨度236m，矢跨比1/5，矢高47.2m，拱軸線為懸鏈線，拱肋各桿件之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行連接。
每片拱肋由4根φ750mm鋼管混凝土組成，由小橫聯(lián)、豎向腹桿與弦桿連接成為鋼管混凝土桁架，腹桿和小橫聯(lián)均采用H型鋼，與拱肋弦桿通過(guò)節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行連接。拱肋上下弦之間中心高度由拱腳處的4m（鋼管中心間距）漸變至拱頂處的3m。每片拱肋鋼管橫向中心距1.7m，兩片拱肋中心距11.9m。全橋共設(shè)置9道橫撐，靠近拱腳的兩道橫撐為K字撐，其他的均為米字撐。
3、吊桿
吊桿采用高強(qiáng)度低松弛平行鋼絲束，錨頭為冷鑄墩頭錨。主橋吊桿采用橫橋向雙吊桿布置，每個(gè)上弦鋼管錨固一束吊桿，吊桿縱橋向間距10m，吊桿采用109φ7～127φ7的平行鋼絲束。
4、主墩
主墩采用雙薄壁墩，墩底設(shè)墩座，墩座高6m，順橋向?qū)?4m，橫橋向?qū)?0m。薄壁墩壁厚3m，自墩座頂以上41m的高度范圍內(nèi)寬度為12m，其上以圓弧過(guò)渡至橋面頂部17.4m；薄壁墩為實(shí)心矩形截面，兩墩壁中心距5m。
5、主墩承臺(tái)及基礎(chǔ)
主墩承臺(tái)為矩形，順橋向?qū)?6.6m，橫橋向?qū)?3.6m，承臺(tái)厚度8m。每個(gè)承臺(tái)采用20根φ2.8m鉆孔灌注樁，順橋向4排，橫橋向5排，樁中心距7m。
（三）、雙結(jié)合鋼桁梁橋方案

雙結(jié)合鋼桁梁橋方案 主橋布置圖
1、上部結(jié)構(gòu)
本方案為雙結(jié)合鋼桁梁橋，除了橋面板與主梁共同參與受力外，本橋在支座負(fù)彎矩區(qū)的桁梁下弦澆筑混凝土，使其與下弦桿共同受力，形成雙結(jié)合鋼桁梁體系，增加截面的抗彎剛度。主桁間距6.5m，橋面板寬度13m，橋面板厚度30cm；支座處負(fù)彎矩區(qū)桁梁下弦混凝土厚度2m，主墩支座處澆筑2個(gè)節(jié)間；支座處桁高18m，跨中處桁高10.5m。主桁材質(zhì)采用Q370qE，為便于安裝，弦桿與腹桿采用等寬截面，弦桿與腹桿寬度均為2m，弦桿截面高度從2.8到1m不等。主梁構(gòu)造如下圖所示。

主梁構(gòu)造圖
2、主墩
主墩采用變截面圓端形空心墩，墩底設(shè)墩座，墩座高5m，順橋向?qū)?4m，橫橋向?qū)?0m。空心墩橫橋向壁厚2m，縱橋向壁厚1.5m；墩頂橫橋向×縱橋向?yàn)椋?2m×6m，墩頂橫橋向×縱橋向?yàn)椋?4m×8m；墩頂實(shí)心段高度5m，墩底實(shí)心段高度3m。
3、主墩承臺(tái)及基礎(chǔ)
主墩承臺(tái)為矩形，順橋向?qū)?3.75m，橫橋向?qū)?0m，承臺(tái)厚度8m。每個(gè)承臺(tái)采用20根φ2.5m鉆孔灌筑樁，順橋向4排，橫橋向5排，樁中心距6.25m。
6　結(jié)語(yǔ)
鐵路橋梁設(shè)計(jì)是以高墩、大跨、高速、耐久性為主要形式發(fā)展的。本研究結(jié)合柳江具體工程實(shí)例的方案，在符合安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的前題下，對(duì)三種橋式方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究。橋梁建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是將形式美與結(jié)構(gòu)的合理性統(tǒng)一起來(lái)，使二者結(jié)合得近乎完美。重點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)性和景觀效果，在理論可行的前題下，重點(diǎn)要考慮施工難易程度，決定主跨２36m斜拉橋?yàn)橥扑]方案，并已被建設(shè)單位采納。
作者簡(jiǎn)介：初曉庚（1975-），男，工程師，2001年畢業(yè)于大連理工大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，工學(xué)碩士。
參考文獻(xiàn)：

1. 張華. 象州柳江特大橋可行性研究。
2. 劉俊峰，王為玉.鄭州黃河公鐵兩用橋總體設(shè)計(jì).鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009（3）。
3. 李坤豐，葉長(zhǎng)允.徐州和平路跨鐵站場(chǎng)大橋方案設(shè)計(jì). 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009（5）。
4. TB10002.1-2005,鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范。
5. JTG D60-2004，《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》。