黃小飛

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司南昌院，江西南昌 330002)

1 工程概況

本橋?yàn)閷幬麒F路增建第二線六安下行客車疏解線特大橋，為跨越寧西聯(lián)絡(luò)線、合武客運(yùn)專線、淠河總干渠和105國道而設(shè)，橋梁全長4 632.85m。

橋梁于第92跨(91#墩，92#墩)跨越既有合武客運(yùn)專線雙線鐵路，兩線夾角35.6°，交點(diǎn)里程為疏解線GDIK858+041.50(即合武下行線K521+902.5)。上跨處橋梁平曲線半徑為1 600m。合武客運(yùn)專線平面為直線，線間距5.01 m，電氣化牽引，線路位于路堤段，堤高約5.2 m，且在91#墩處為既有1孔2.0m×2.5m排水框架涵，如圖1所示。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

線路類別:客車疏解線。

設(shè)計(jì)時(shí)速:160 km/h。

設(shè)計(jì)坡度:0.3‰，-5.6‰。

設(shè)計(jì)平曲線半徑:1 600m。

抗震設(shè)防烈度:7度。

3 方案比選

3.1 2×56 m T構(gòu)轉(zhuǎn)體方案

由于客車疏解線右側(cè)為既有的寧西聯(lián)絡(luò)線特大橋，轉(zhuǎn)體方案跨度受其影響，無法采用大跨度梁的方案。經(jīng)過比選，采用2×56 m T構(gòu)方案雖能跨越既有合武客運(yùn)專線，同時(shí)在平面上也能避開既有框架涵，但由于T構(gòu)中墩承臺(tái)施工時(shí)靠既有線側(cè)基坑開挖深度達(dá)9.5m，且防護(hù)樁距線路中心凈距只有4.5m;因此基坑施工時(shí)對(duì)既有合武客運(yùn)專線干擾時(shí)間長，且既有路基位移較難控制。與32 m T梁相比，T構(gòu)方案軌面標(biāo)高需上抬0.67 m，導(dǎo)致橋梁長度更長，墩身高度加高，總投資相應(yīng)加大。

3.2 32 m T梁旋轉(zhuǎn)承臺(tái)方案

本方案跨合武客運(yùn)專線上部結(jié)構(gòu)采用《通橋(2005)2101》32 m T梁，與本橋其它孔跨采用相同的梁型，既方便預(yù)制和架設(shè)，同時(shí)橋梁長度也相應(yīng)的縮短，節(jié)省了工程投資。

下部結(jié)構(gòu)橋墩采用圓端形橋墩，基礎(chǔ)采用φ1.25m挖孔嵌巖樁。受疏解線與合武客運(yùn)專線斜交的影響，倘若按常規(guī)設(shè)計(jì)布置承臺(tái)，則承臺(tái)距線路中心最小凈距僅為2.83 m，且91#墩承臺(tái)樁基與既有框架涵存在沖突，如圖1所示。為使承臺(tái)遠(yuǎn)離既有線，同時(shí)避開對(duì)既有涵的影響，設(shè)計(jì)通過采用旋轉(zhuǎn)承臺(tái)的方法使得承臺(tái)在既有路肩外施工，同時(shí)加長91#墩承臺(tái)使其跨越既有涵，如圖2所示。針對(duì)以上方法，本文主要討論承臺(tái)旋轉(zhuǎn)后的樁基和承臺(tái)計(jì)算。

圖2 承臺(tái)旋轉(zhuǎn)后平面(單位:cm)

4 受力分析

4.1 墩頂力組合

以91#墩為例計(jì)算，橋梁平面位于1 600m圓曲線上，跨度為32 m+32 m T梁，墩頂力為10種組合，見表1。

4.2 樁基計(jì)算

由于承臺(tái)旋轉(zhuǎn)后，橋墩與承臺(tái)對(duì)稱軸不同，每組墩頂力計(jì)算至承臺(tái)底存在2種組合。91#墩樁基采用8根φ1.25m挖孔樁，布置方式見圖2，樁基嵌入弱風(fēng)化砂巖(單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度Rc=10mPa)。根據(jù)承臺(tái)底荷載組合，計(jì)算得單樁反力由主力組合7中的邊樁控制，σb=2.61 MPa ＜［σb］=11.8 MPa，Pmax=3 035 kN，［P］=7 392 kN，嵌巖深 0.8 m;樁身至少需配12根 φ25mm 鋼筋，σs=25.48 MPa＜180mPa，σs'=20.98 MPa＜180mPa。

4.3 承臺(tái)計(jì)算

根據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，當(dāng)樁基外緣位于承臺(tái)頂面處墩身外緣向下擴(kuò)散45°至承臺(tái)底面處的范圍內(nèi)時(shí)(滿足剛性角)，可不驗(yàn)算承臺(tái)強(qiáng)度［1］，因此92#墩承臺(tái)可不進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，但91#墩承臺(tái)需進(jìn)行正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力和抗沖切驗(yàn)算。92#墩承臺(tái)采用C35混凝土，分為兩階，第一階尺寸為長4.8 m×寬4.2 m×高1.0m(滿足剛性角要求)，第二階為長13.3 m×寬4.8 m×高2.5m。在主力、主力+附加力作用下，最大單樁反力分別為3 035 kN，3 238 kN。承臺(tái)頂配置縱向受壓鋼筋φ20mm@15 cm，共32根，A's=100.544 cm2;承臺(tái)底配置縱向受拉鋼筋2 根 φ28 mm@10 cm，共94 根，As=578.852 cm2。

表1 32 m+32 m單線曲線跨墩頂力荷載組合

4.3.1 正截面抗彎承載力驗(yàn)算

1)極限狀態(tài)法

根據(jù)公路規(guī)范［2］:當(dāng)承臺(tái)下面外排樁中心距墩臺(tái)身邊緣大于承臺(tái)高度時(shí)，其正截面抗彎承載力可作為懸臂梁按“梁式體系”計(jì)算。91#墩第一階承臺(tái)滿足剛性角要求，外排樁中心距第一階承臺(tái)邊緣距離為3.1 m，大于承臺(tái)高2.5m。第一階承臺(tái)邊緣為最不利截面，須對(duì)其進(jìn)行檢算:

式中:γ0為重要性系數(shù)，取1.1;Md為外排樁最大豎向力設(shè)計(jì)值乘以根數(shù)對(duì)檢算截面的力矩;fcd為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，16.1 MPa;b為承臺(tái)寬，4.8 m;h0為承臺(tái)有效高度，2.375m;x為混凝土受壓區(qū)高度，經(jīng)計(jì)算得0.173 3 m;f'sd為縱向受壓鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，280mPa;a's為縱向受壓鋼筋合力點(diǎn)至受壓區(qū)邊緣的距離，0.075m。

經(jīng)計(jì)算，22 083.2 kN·m≤37 122 kN·m，正截面抗彎承載力滿足要求。

2)容許應(yīng)力法

根據(jù)鐵路規(guī)范［3］，受彎構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度應(yīng)按下述計(jì)算。

主力+附加力作用下，混凝土壓應(yīng)力

由此得x=0.360 3 m

受拉鋼筋面積

式中:［σb］為混凝土彎曲受壓的容許應(yīng)力;［σs］、［σ's］為縱向鋼筋的容許拉、壓應(yīng)力，主力作用下為180mPa，主力+附加力作用下為230mPa。

經(jīng)計(jì)算可得在主力作用下，As=521.14＜578.852 cm2，配筋滿足要求。

4.3.2 斜截面抗剪承載力驗(yàn)算

根據(jù)公路規(guī)范［2］:承臺(tái)的斜截面抗剪承載力計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定

式中:Vd為計(jì)算斜截面外各排樁最大豎向力設(shè)計(jì)值乘以樁根數(shù);P為斜截面內(nèi)縱向受拉鋼筋的配筋百分率，當(dāng)P＞2.5時(shí)，取2.5;fcu，k為混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，35mPa;m 為剪跨比，m=ayi/h0，ayi取2.53 m。經(jīng)計(jì)算，7 123.6 kN≤13 136 kN，斜截面抗剪承載力滿足要求。

4.3.3 抗沖切驗(yàn)算

根據(jù)公路規(guī)范［2］，承臺(tái)應(yīng)進(jìn)行抗沖切承載力驗(yàn)算。

1)墩向下沖切的破壞錐體應(yīng)采用自墩邊緣至相應(yīng)樁頂邊緣連線構(gòu)成的錐體，樁頂位于承臺(tái)頂面以下一倍有效高度h0處。錐體斜面與水平面的夾角不應(yīng)＜45°，當(dāng) ＜45°時(shí)，取用 45°。

式中:Fld為墩的豎向力設(shè)計(jì)值減去錐體范圍內(nèi)樁的反力設(shè)計(jì)值，為20 605 kN;ftd為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，1.52 MPa;bx，by為墩作用面積的邊長，分別為4.2 m，4.8 m;ax，ay為沖跨，沖切破壞錐體側(cè)面頂邊與底邊間的水平距離，≤h0，分別為 0，2.375m;apx，apy分別為與沖跨比λx，λy對(duì)應(yīng)的沖切承載力系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，22 665.5 kN≤111 440 kN，墩向下沖切承載力滿足要求。

2)對(duì)于墩向下的沖切破壞錐體以外的角樁，其向上沖切承臺(tái)的沖切承載力按下式計(jì)算

式中，F(xiàn)ld為角樁最大豎向力設(shè)計(jì)值，為3 238 kN;bx，by為承臺(tái)邊緣至樁內(nèi)邊緣的水平距離，分別為0，1.65m;ax，ay為沖跨，即樁邊緣至相應(yīng)墩邊緣的水平距離，≤h0，分別為 0，2.35m;a'px，a'py分別為與沖跨比 λx，λy對(duì)應(yīng)的沖切承載力系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，3 561.8 kN≤12 237.9 kN，角樁向上沖切承臺(tái)承載力滿足要求。

5 結(jié)束語

1)當(dāng)兩線斜交時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)上跨橋承臺(tái)，既可以使得上跨橋基礎(chǔ)施工時(shí)遠(yuǎn)離既有線，同時(shí)又避免了使用大跨度梁，縮短橋長，降低了工程造價(jià)。

2)按鐵路規(guī)范，對(duì)滿足剛性角的承臺(tái)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可不驗(yàn)算承臺(tái)強(qiáng)度;但對(duì)超過剛性角的承臺(tái)暫沒有明確的計(jì)算理論［4-5］。本文將承臺(tái)當(dāng)做懸臂梁進(jìn)行正截面承載力計(jì)算，并采用了公路規(guī)范的極限狀態(tài)法和鐵路規(guī)范的容許應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算，比較發(fā)現(xiàn)容許應(yīng)力法計(jì)算結(jié)果更偏安全。

3)斜截面抗剪承載力和抗沖切承載力按公路規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算發(fā)現(xiàn)承載力比較寬裕。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國交通部.JTG D62—2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］婁宇欣.客運(yùn)專線橋梁承臺(tái)板配筋設(shè)計(jì)的探討［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(11):56-60.

［5］楊宇，程愛軍.關(guān)于既有橋梁基礎(chǔ)驗(yàn)算中的幾個(gè)問題探討［J］.鐵道建筑，2011(3):10-12.