广州南沙港铁路工程跨越鸡鸦水道，为节约桥位资源，利用了在建广中江高速公路跨越鸡鸦水道桥位。原广中江高速公路跨越鸡鸦水道，为主跨175m的预应力混凝土连续刚构桥，主墩墩身及基础已施工。为充分利用已建工程、减少废弃，提出了（102+175+102）m公铁合建平行弦连续钢桁梁桥改造方案。通过选择合理的桥式、优化公路及铁路桥面系，尽可能地减轻上部结构重量，直接利用已建的公路桥基础及墩身，仅对墩帽做少量适应性改造。目前，该桥已合龙，正在进行桥面系施工。
公铁结合南沙港铁路
南沙港铁路是珠三角西部货运通道的重要组成部分，通过广珠铁路，向北连接京广铁路，辐射中南地区；向西沟通南广、柳肇铁路，辐射西南地区；向东衔接广深铁路。该项目主要承担中南、西南地区外贸集装箱、能源及重要原材料运输任务。在路网规划中，该线为中南、西南地区重要的铁水联运通道，是优化广州枢纽货运布局、完善区域路网结构的重要线路。
图1 南沙港铁路路线图
如图1所示，线路自广珠铁路鹤山南新建车站引出，往东南方向经鹤山与江门交界处，经顺德均安，中山小榄、东凤、南头、黄圃、广州万顷沙至南沙港，全长87.8公里。2016年开工，计划2020年建成。
南沙港铁路主要技术标准如下——
◆铁路等级：双线，Ⅰ级电气化铁路；
◆设计速度：货车最高运行速度120km/h，兼顾客运；
◆设计活载：中—活载；
◆建筑限界：满足开行双层集装箱列车运输要求。
广中江高速公路
广中江高速公路穿越广州、佛山、中山、江门4地，由江门至广州南沙高速公路、佛江高速公路江门段这两部分组成。按照建设计划，广中江高速工程具体分三期进行建设，一期范围为蓬江区荷塘镇至江海区龙溪路段，二期范围包括蓬江区荷塘镇至鹤山雅瑶镇赤草村，三期范围包括蓬江荷塘镇至南沙。其中，广中江高速一期、二期均已建成通车，三期预计2019年底建成通车。本项目为广中江高速三期控制性工程。
原在建广中江高速跨越鸡鸦水道桥址，位于中山市南头镇的鸡鸦水道河段，该河段为内河Ⅲ级航道。桥址区域属感潮河段，河段顺直，由西北向东南流入南海，河面宽约300m，右侧边滩宽约30m，上游500m左右为桂州水道的分流口。桥址处河道顺直，桥轴法线与河流夹角为11°。
图2 广中江高速公路跨越鸡鸦水道桥位
公路主要技术标准如下——
◆道路等级：高速公路，双向六车道，桥面全宽33.5m。
◆设计速度：100km/h。
◆汽车荷载：公路—Ⅰ级。
公铁合建优势
广州南沙港铁路跨越鸡鸦水道工程位于中山市东凤镇和南头镇之间，于鸡鸦水道与桂洲水道分汊口下游约540m处跨越鸡鸦水道，与广中江高速鸡鸦水道特大桥线位重合。
图3 公铁合建方案示意图
桥位区域城镇化程度高，土地资源稀缺，基础设施发达，工矿企业、房屋建筑、电力线路密集，该区域公路、铁路与500kV高压线共通道，通道具有唯一性。公铁分建方案需搬拆民安小学、民安幼儿园、汲水育苗幼儿园、南头消防中队等环境敏感建筑物，拆迁量大，引起的二次拆迁和高压走廊迁改，尤其是社会稳定风险较大。而公铁合建，可减少占地73.3亩，减少拆迁16.1万平米，避免了敏感建筑物的拆迁。
从减少占地拆迁、节约工程投资的角度出发，经多方协商，确定采用公铁合建的方案，跨越鸡鸦水道。
建设条件适宜
原广中江高速鸡鸦水道大桥设计情况
如图4、图5所示，原广中江高速鸡鸦水道大桥为三跨连续刚构桥，通航孔设置单孔双向通航，通航孔净宽为161.5m（垂直航道投影的净宽为156m），净高10m，最高通航水位4.997m、最低通航水位0.064m。桥址上游约270m有2座浮标。由于公路线位与河流存在11°的斜交角度，公路桥分左、右幅修建并错孔布置，左幅孔跨为（102.5+175+102.5）m连续刚构，右幅孔跨为（102.5+175+106）m连续刚构。
图4 原公路连续刚构桥平面布置图（单位：m）
图5 原公路连续刚构桥桥型立面图（单位：m）
如图6所示，墩柱下半部分采用空心墩，上半部分采用双肢薄壁墩，具有良好的抗推及防撞性能。基础采用大直径（Φ2.5m）嵌岩桩，承载力较大，为公铁合建改造创造了条件。两幅桥的基础沿水流方向，错孔布置，采用7Φ2.5m钻孔灌注桩、分离式承台结构形式。
图6 原公路连续刚构桥墩柱和基础结构图（单位：cm）
新型组合结构是相对于传统的组合结构，如组合钢板梁、组合钢箱梁、组合钢桁梁等而言的。基于工业化建造技术，组合结构的各个组成部分均可以优化。以一种新型组合结构为实例来分析其设计、建造技术。
原广中江高速鸡鸦水道大桥施工情况
图7 广中江高速鸡鸦水道桥已施工主墩现场图
截至2016年5月，原广中江高速公路鸡鸦水道桥左右两幅桥完成了桩基、承台和墩身的施工，右幅桥0#块已施工。两岸引桥受500kV高压走廊及拆迁影响，未施工。
河道通航论证
桥址水深良好，河床基本稳定，桥轴线法线与水流流向的交角11°。原公路桥设计采用设置单孔双向通航方案，通航孔跨径为175m，通航孔净宽161.5m（垂直航道投影的净宽156m），净高不小于10m，设计通航净空尺度能够满足桥址河段航道通航要求。
公铁合建方案未改变已建公路桥涉水部分工程结构,无须再进行通航论证，为工程顺利推进提供了良好的条件。
改造方案设计
改造方案要求充分利用已建工程，减少废弃。改造方案控制性因素如下：
① 由于下部基础已施工完毕，桩基承载力有限，需尽可能减轻上部结构恒载重。
② 受通航净空限制，梁部建筑结构高度需相对较低。
如图8所示，改造方案采用平行弦钢桁连续梁桥式，孔跨布置为（102+175+102）m。钢桁梁采用华伦式桁架，桁高16.4m，主桁节间长度边跨12.5m，中跨12.75m，全桥由30个节间组成。
图8 整幅公铁合建桥式方案立面布置（单位：m）
主梁横断面设计
如图9所示，公路与铁路分两层布置，上层桥面布置为6车道高速公路，公路桥面总宽34.2m；下层桥面布置为铁路，采用双线无砟轨道明桥面形式，线间距4.0m。钢桁梁采用两片竖直主桁，桁间距15.0m，桁高16.4m；副桁上弦桁间距为33.5m，公路桥面横向采用大辅桁，钢桁梁横断面呈倒梯形。
图9 整幅公铁合建桥式方案横断面布置
为最大限度减轻上部结构恒载重，铁路采用纵横梁明桥面。在两片钢桁下弦节点处设置横梁，横梁间通过四根纵梁相连，纵梁在横桥向间距2m，纵梁间通过系杆相连。纵梁每隔两个节间设置纵向活动铰，活动纵梁有效地释放了桥面纵向荷载。两片主桁的下弦节点间通过X下平联相连。纵梁顶缘采用集压力焊、熔化焊和扩散焊三位一体的不锈钢复合板，提高耐久性。
图10 铁路桥面系结构示意图
轨道结构重量作为铁路桥梁主要的二期恒载,直接影响到桥梁的荷载设计和用钢量。降低轨道结构重量可有效降低上部结构恒载重量。该桥采用的轻型混凝土板式轨道无砟桥面二恒约65kN/m,与常规轨道结构相比降低二恒约51.9%。
图11 轻型混凝土板式轨道无砟桥面
如图12所示，轻型混凝土板式轨道结构由钢轨、扣件、预应力混凝土轨枕板、连接螺栓、限位件和混凝土垫层等组成。扣件采用K型分开式扣件，满足纵梁断开处节间快速伸缩的特性。轨枕板与钢桁梁翼缘板之间调整垫层采用高聚物混凝土，垫层厚度为120mm。轨枕板与桥梁纵梁之间通过高强螺栓进行固定。限位件外壁沿线路纵、横向位置允许偏差为±8mm。
图12 混凝土板式轨道结构示意图（单位：cm）
公路桥面系
为了减轻重量，并解决传统正交异性钢桥面系疲劳性能差的问题，该桥采用纵肋倒置的钢-混凝土组合桥面结构。公路桥面系将纵肋置于上部，并将格子通过钢板密封，进而直接在格子梁上浇筑混凝土；纵肋倒置，并在纵肋上穿插钢筋，通过剪力钉与钢筋的共同作用，使混凝土板与格子梁的连接效果更好，减小了混凝土板厚，减轻了上部结构的重量。从下至上依次为：底部采用8mm桥面封底耐候钢板、20cm厚C60混凝土板、防水层、11cm改性沥青混凝土。
图13 公路桥面系结构示意图
关键施工技术
已建桥墩改造技术
原广中江高速鸡鸦水道大桥左、右幅均已完成桩基、承台和墩身施工，右幅刚构0#块已施工完成。在此基础上改扩建成公铁两用桥，由此产生的技术问题以及相应的解决方案如下：
1.既有公路桥0#块及部分墩身拆除难度大
为保证接头钢筋可靠性，提高剥除效率，提出了先采用绳锯分块切割，分块拆除废除部分，在既有墩身钢筋利用段，采用微爆破加人工风镐剥离混凝土的工艺。
2.新旧混凝土结合性能
既有桥墩于一年前浇筑完成，为预防新旧混凝土结合面因龄期差异而导致裂纹问题，采用增加界面剂及二次振捣工艺（2h内再振捣）。
主梁架设关键技术
为保证航道通畅，航道内不能设置临时支墩，只能采取悬拼或顶推施工方案。经综合比选，主梁架设采用边跨钢梁在临时支墩上拼装，跨中钢梁采用梁上吊机悬拼的施工方案。该桥跨度大（主跨175m）、自重大（悬臂端重3380t）、合龙接口多（上弦5个接口，下弦3个），悬臂拼装线形控制及跨中合龙难度大。
为保证成桥线形、钢梁精确合龙，采取了以下措施：
1.采用起落梁调整法，根据现场的线形监控数据调整钢梁的状态，保证合拢杆件两侧的钢梁纵横向位置在2mm内，竖向转角垂直；
2.平纵面及转角位置调整完成后，连续测量观测7天合拢段长度，在合拢时间内确定合拢杆件的实际长度留下的误差，由合龙段的下料长度来消除，所以四根主桁的下料长度会有所不同。最后选择后半夜23℃条件下的杆件长度；
3.按照合龙段尺寸放样加工杆件；
4.采用温差调整法，利用温度变化引起的钢梁自身热胀冷缩，先合龙下弦，后合龙上弦。
桥面系施工技术
因铁路桥面系二恒占比较小，影响少，铁路线形要求高，故先施工公路桥面系后，再施工铁路桥面系，对轨道铺设更有利。
为解决中墩负弯矩区桥面板抗裂问题，结合该桥特点采用了以下控制措施：
1.优化混凝土配合比，减少混凝土早期收缩；
2.先浇筑正弯矩区，后浇筑负弯矩区，减少负弯矩区的混凝土拉应力；
3.“跳仓法”浇筑混凝土，减小混凝土收缩应力。
实施效果显著
南沙港铁路跨鸡鸦水道大桥采用公铁两用平行弦连续钢桁梁，基于已施工的原广中江高速公路连续刚构桥的墩身和基础改造而成。通过结构优化，铁路采用板式轨道无砟桥面、公路采用纵肋倒置的钢-混凝土组合桥面，公铁合建改造方案较原公路连续刚构桥设计方案，减少上部结构恒载重约250kN/m。改造方案充分利用了已建工程，最大限度减少废弃工程且减少占地节约投资。公铁合建改造方案较公铁分建方案减少占地73.3亩、拆迁16.1万平米，避开了多处环境敏感点。另外，公铁合建改造方案，未改变已建公路桥涉水部分工程结构，保证了同通道公路、铁路合建顺利实施。
本文刊载 /《桥梁》杂志 2019年 第5期 总第91期
作者 / 严爱国 刘振标 张杰
作者单位 / 中铁第四勘察设计院集团有限公司、中铁建大桥设计研究院
