节段预制无支座连续刚构体系在 广州地铁21 号线中的应用

何永平 陈清华

（广州瀚阳工程咨询有限公司， 广东 广州 510220）

0 前言

无支座连续刚构体系，顾名思义即所有桥墩与主梁均固结的结构体系。国内早期（70 年代）出现的小跨度框架涵洞也属于此体系范畴，2013 年通车的广州地铁6 号线首期工程全部2.7 公里高架在国内（内地）首次在主体桥梁工程中大范围使用无支座连续刚构体系、短线法节段预制技术实施。2018 年12 月部分通车的广州地铁14 号线、21 号线主体高架再次采用节段预制无支座连续刚构体系，至此广州地铁约30 公里主体桥梁采用了节段预制无支座连续刚构体系，受到业主、市民及参建各方的广泛认可。

无支座连续刚构桥梁在国外（如德国、美国、新加坡等）及港澳台地区已经成熟应用于主体桥梁。中国内陆地区由孙峻岭先生在广州地铁6 号线首次应用并在广州地铁14 号线及21 号线推广，同时均采用了短线法节段预制技术，助推交通基础设施产业战略升级。

无支座连续刚构体系配套短线法节段预制技术实施，是交通基础设施建设顺应时代发展的合理选择：结构自身安全经济、景观包容可塑性强、建设过程绿色文明、运营期间耐久省心。

本文以广州地铁21 号线节段预制主体桥梁为例介绍其设计方案、施工方案及预制场相关细节。

1 项目概况

广州地铁21 号线线路起于天河区员村站，途经天河区、黄埔区和增城区，贯穿东部新城区域，止于增城广场站，大致呈“厂字形”走向。

它的开通运营不仅缩短增城与广州中心城区的时空距离，使群众出行更方便，还将加速广州东部地区人流、物流、资金流、信息流的流动，加速增城融入粤港澳大湾区，开启全新的发展引擎。2018 年12 月开通当日客流为5 万人次。

广州地铁21 号线线路初期线路全长约61.5km，其中地下线长约42.5km，穿山隧道6.8km，地上线12.2km；共设21 座车站，其中地下车站17 座，高架车站4座，共有7 座换乘站；采用6 节编组B 型列车；区间正线数目为双线，列车最高行车速度为120 km/h；区间主体桥梁地震设防烈度为6 度，地震动峰值加速度为0.05g。

沿线总体地形起伏较大，主要为丘间盆地；桥梁范围基本沿现有公路敷设，地势较为平缓；场地上覆冲洪积砂层及黏性土等、下伏微风化花岗片麻岩，基岩埋深一般约20～50m。

2 设计方案

广州地铁21 号线含10km 高架桥梁区间，其中约6km 桥梁采用了短线法节段预制无支座连续刚构体系。主体桥梁方案的决策过程经历了整孔预制简支梁、节段预制简支梁及节段预制连续刚构，过程中做了大量研究及比选工作，最终由业主决策采用了技术先进、各项指标优良的无支座连续刚构体系。其主体桥梁总体布置如图1 所示。

桥梁遵循至简至美的经典美学原理，线条简洁明快、棱角分明、现代经典；桥梁建筑高度范围约5.0～17.0m，主梁跨度范围为N×(30～40)m，两跨至四跨一联、等跨布置；主梁采用单箱单室斜腹板断面，桥墩采用单薄壁板式桥墩与主梁固结，桩基础采用钻孔灌注桩。

2.1 上部结构

主梁采用短线法节段预制技术制造，采用逐孔架设+先简支后连续技术实现结构体系转换形成无支座连续刚构体系。主梁中墩顶设置现浇0 号块，其余节段采用工厂节段预制。预制节段划分为端头节段、过渡节段及标准节段，端头节段与中墩墩顶现浇段之间设置30cm 湿接缝。

主梁混凝土标号为C60，梁高2.0m，顶板宽10.0m，底板宽2.4m，悬臂长度2.1 m。跨中标准预制节段顶板厚0.25m，底板厚0.3m，腹板厚0.3m，节段长2.6m，节段重约40 吨；过渡节段顶板厚0.45m，底板厚0.5m，腹板厚0.5m，节段长2.4m，节段重约50t。

主梁按不允许出现拉应力的预应力混凝土构件进行设计，结合逐孔架设工艺主梁设置简支束及连续束。每跨主梁设置8 根简支束，在逐孔架设过程中张拉；每处中墩顶设置14 根顶板、每跨设置6 束底板连续束，在架桥机过孔、湿接缝施工完成后张拉；主梁边墩顶设置墩梁固结后浇带，待所有连续束张拉完成后浇筑。

桥面板按不允许出现拉应力的预应力混凝土构件进行设计，每个标准节段设备2 束扁锚钢束，采用单端交替张拉。

主梁标准节段示意如下图2 所示：

主梁过渡节段示意如下图3 所示：

主梁边墩顶后浇段示意如下图4 所示：

2.2 下部结构

桥墩采用薄壁形式，墩高范围约3.0m～15.0m，边墩厚0.6～0.8m、中墩厚度1.0～1.4m，壁厚随墩高增加而增加；桥墩顶部横向与梁底同宽为2.4m，墩底一定高度范围按1/30 坡度横向加宽，变宽点高度随墩高增加而增加；中墩截面形状近似为矩形，边角按30×30mm 直线倒角，墩厚中部设有梯形凹槽；边墩截面近似为矩形，纵桥向外壁中部隆起50mm，相邻两联边墩形成由中部10cm 扩大至两侧20cm 的变宽梁缝。

地基采用群桩基础。承台尺寸为6.5m×6.5m×2.0m，桩基采用4-D1.5m 钻孔灌注桩。大部分桩基按嵌岩桩设计，基岩埋深较大时按摩擦桩设计，平均桩长约45 米。桥梁位于道路中央绿化带时，承台顶埋深大于0.9m 以保证地面道路结构的连续性及行车平顺性。

下部结构一般构造见下图5 所示：

2.3 主要材料用量

材料用量是影响建设期成本的重要因素，也是检验桥梁工程是否低碳、绿色及可持续性的重要指标。

广州地铁21 号线主体桥梁采用无支座连续刚构体系，该体系在减小下部结构单体尺寸方面、在减少下部结构总体数量方面、在优化箱梁截面尺寸方面具备节约建筑材料的优良特性，桥梁工程师据此做出了积极有效的努力，其主体材料用量如表1 所示：

表 2 主体材料用量

与国内一般现浇连续箱梁相比，无支座连续刚构体系在下部结构方面可节约混凝土材料约20%，在上部结构方面可节约混凝土材料约25%。以上数据仅供探讨，不排除部分桥梁人正在或已经对现浇连续箱梁的上下部结构尺寸进行了优化。

3 施工方案

节段预制主梁采用两台上行式架桥机逐孔拼装，主体施工步骤如下：

1）下部结构及中墩0 号块现浇施工；

2）架桥机逐孔架设主梁，并落梁支撑于临时钢立柱上形成简支体系；

3）施工墩旁湿接缝、张拉墩顶及底板连续钢束，形成刚构连续梁体系；

4）浇筑边墩顶后浇带，形成无支座连续刚构体系。

5）拆除临时钢立柱，施工桥面附属，成桥。

上述施工步骤形成施工流水，互不干扰，正常情况下完成一孔梁架设需要3～4天。

4 预制场

预制场由施工单位（中铁五局机电公司）自筹资金建设，坐落在广汕公路旁边，场地条件较好。预制场配套自建混凝土搅拌站，占地约60 亩，共设置2 条生产线，共10 套短线法节段预制模具，生产2122 片节段梁。正常情况下节段梁的生产效率约2.5 天/榀。

预制场总体规划按功能分为混凝土搅拌站、材料堆放及试验区、钢筋加工区、钢筋绑扎区、节段预制区、节段梁修整区、节段梁存梁区、办公生活区等。

5 结束语

无支座连续刚构体系及短线法节段预制技术是顺应时代发展的领军技术，它们的结合不是必须的，但它们的结合将会给主体桥梁工业化实施带来无可比拟的变革。

广州地铁21 号在确保结构安全、经济、耐久的前提下，秉承绿色建设理念、全寿命期周期理念、可持续发展理念，选择了基于短线法节段预制的无支座连续刚构体系做为全线主体桥梁的设计方案，符合国家交通设施产业战略升级导向及国家资源战略、信息产业发展、生态文明的政策导向。

作者对无支座连续刚构体系的普及推广持积极态度，相信国内的主体桥梁将会逐渐大量采用节段预制无支座连续刚构体系，那时结构自身安全经济、景观包容可塑性强、建设过程绿色文明、运营期间耐久省心。