王　勇

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司橋梁設(shè)計院,北京　102600)

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連鹽鐵路黃沙港特大橋主橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

王勇

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司橋梁設(shè)計院,北京102600)

摘要：黃沙港特大橋是新建連鹽鐵路跨越黃沙港的一座雙線特大橋,主橋采用(60+100+60)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,受行洪影響,位于河道中的主墩采用圓形墩。針對圓墩頂帽懸臂短及承臺為薄八邊形臺體的結(jié)構(gòu)特點,分別用牛腿法及“撐桿-系桿體系”對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計計算,并對橋梁下部結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計要點進(jìn)行闡述,簡要介紹主墩基礎(chǔ)施工方案。

關(guān)鍵詞：雙線鐵路橋；下部結(jié)構(gòu)；圓墩；懸臂頂帽；基礎(chǔ)；設(shè)計

1概述

黃沙港特大橋是新建連云港至鹽城鐵路的重要組成部分，位于江蘇省鹽城市崗東鎮(zhèn)，主橋橋位距下游黃沙港閘水文站34.5 km，距連鹽鐵路終點鹽城北車站16.7 km。橋址處為里下河沿海墾區(qū)，地形平坦、開闊，地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積和上更新統(tǒng)沖洪積黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂。橋梁全長5 962.95 m，其中主橋采用跨度為(60+100+60) m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；連云港側(cè)引橋采用123孔32 m及3孔24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁；鹽城側(cè)引橋采用50孔32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁。主橋立面布置見圖1。

圖1　主橋立面布置(單位：cm)

2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路等級：國鐵Ⅰ級；

正線數(shù)目：雙線；

速度目標(biāo)值：200 km/h；

主橋上線路條件：2.5‰及5‰的變坡道、直線；

設(shè)計荷載：中—活載。

橋位處黃沙港設(shè)計流量及水位：Q1/100=750 m3/s，H1/100=2.24 m。

通航要求：Ⅳ級航道，凈寬×凈高為70 m×7.5 m，最高通航水位1.83 m。

地震參數(shù)：地震動峰值加速度0.1g，場地基本烈度7度，反應(yīng)譜特征周期0.75 s。

3下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1橋墩結(jié)構(gòu)形式3.1.1主墩

江蘇省水利廳及鹽城市水利局對連鹽線橋梁跨越黃沙港的防洪要求：侵入設(shè)計水位線的橋墩采用圓形橋墩，墩底截面直徑不超過6 m。127、128號墩位于河道中，橋墩按直坡、圓形截面設(shè)計，截面直徑6 m，為了滿足墩頂安放連續(xù)梁支座及檢查梯的要求，墩頂設(shè)計為懸臂頂帽，頂帽根部高5 m，端部高2 m，橫向?qū)?1 m，根部縱向長6 m，端部縱向長4 m，127、128號墩頂帽以下墩身高度分別為7 m、5.5 m，墩身與梁部構(gòu)造比例協(xié)調(diào)，造型優(yōu)美。其中，128號墩構(gòu)造見圖2。

圖2　127號主墩構(gòu)造(單位：cm)

3.1.2交接墩

連續(xù)梁左右側(cè)邊跨均與32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁相接，交接墩尺寸除滿足構(gòu)造及受力要求外，尚考慮了上下部結(jié)構(gòu)尺寸比例協(xié)調(diào)、造型簡潔明快的美觀要求。橋墩采用圓端形截面，設(shè)計為直坡，截面縱向長4 m，橫向?qū)?1 m，偏向簡支梁側(cè)設(shè)置0.35 m偏心，橋墩頂部靠簡支梁側(cè)設(shè)縱向長1.65 m、高1.95 m的超高，126、129號墩墩高分別為10、8.5 m。交接墩構(gòu)造見圖3。

圖3　交接墩構(gòu)造(單位：cm)

3.2橋墩設(shè)計要點3.2.1墩身設(shè)計

(1)縱向水平力計算

梁體收縮徐變、溫度變化、列車制動力或牽引力及長鋼軌力對橋墩產(chǎn)生的縱向水平力按照固定支座“不固定”，活動支座“不活動”的原則來考慮[1]，且以靜摩阻力作為活動支座是否滑移的控制條件。計算支座摩阻力時采用恒載作用下的豎向力，支座靜摩阻系數(shù)采用0.05，殘余摩阻系數(shù)采用0.03，如果支座滑移，則再次分配縱向力時采用支座殘余摩阻力。計算活動墩時采用靜摩阻力，計算固定墩時采用殘余摩阻力。

各種工況的縱向水平力在梁上組合后再按剛度分配到各墩，并根據(jù)組合性質(zhì)分別與各墩梁體收縮徐變或升降溫產(chǎn)生的力組合。

(2)荷載計算

黃沙港特大橋按中—活載設(shè)計。下部結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載包括：恒載、列車豎向靜活載、長鋼軌縱向水平力、列車橫向搖擺力、制動力、風(fēng)力、地震力、長鋼軌斷軌力、流水壓力及船撞力[2]。墩身計算荷載分別按照主力、主力+附加力、主力+特殊荷載進(jìn)行組合。其中，128號墩墩底截面控制外力計算結(jié)果見表1。

表1　128號墩墩底截面控制外力

注：Px為順橋向剪力；Py為橫橋向剪力；N為豎向力；Mx、My、Mz分別為繞x、y、z方向的彎矩。

(3)墩身配筋設(shè)計

墩身按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面驗算，壓桿計算長度按一端剛性固定另一端自由考慮[3]。根據(jù)計算結(jié)果，127、128號主墩采用364φ32 mm鋼筋(HRB335)，箍筋采用φ12 mm鋼筋(HRB335)；交接墩采用174φ16 mm(HRB335)，箍筋采用φ12 mm。

3.2.2主墩懸臂頂帽設(shè)計

從結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造上分析，懸臂頂帽是主墩的關(guān)鍵部位。

(1)荷載計算

懸臂頂帽亦按中—活載設(shè)計。其設(shè)計荷載包括：恒載(含預(yù)加力、混凝土收縮和徐變影響)、列車豎向靜活載、列車橫向搖擺

在項目選址過程中將相關(guān)指標(biāo)因子按照隸屬關(guān)系劃分為不同的層次結(jié)構(gòu)，采用層次分析法來確定指標(biāo)因子的權(quán)重[9]。具體過程如下：

力、風(fēng)力及地震力。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，計算荷載分別按照主力、主力+附加力、主力+特殊荷載進(jìn)行組合。其中，128號墩懸臂頂帽上設(shè)固定支座的墊石頂控制外力計算結(jié)果見表2。

表2　128號墩懸臂頂帽上設(shè)固定支座的墊石頂控制外力　kN

(2)配筋設(shè)計

根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造及受力特點，采用牛腿計算辦法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋計算[4]。計算時，預(yù)應(yīng)力按等效節(jié)點荷載施加于懸臂端部，方向指向墩身。根據(jù)計算，128號墩懸臂頂帽設(shè)3排φ32 mm鋼筋(HRB335)，每排25根，其中，第1、2排鋼筋豎向并置設(shè)置，頂層鋼筋距頂帽頂10 cm，第3排鋼筋距頂帽頂29.3 cm；預(yù)應(yīng)力鋼筋采用7-φj15.2 mm鋼絞線，共設(shè)3排，每排6束，張拉控制應(yīng)力σcon=1 200 MPa≤0.75fpk=1 395 MPa[4]，各排預(yù)應(yīng)力筋距頂帽頂分別為40、100、160 cm；同時，根據(jù)文獻(xiàn)[4]要求，配置了足夠數(shù)量的水平箍筋及彎起鋼筋。

橋墩懸臂頂帽配筋示意見圖4。

圖4　橋墩懸臂頂帽配筋示意(單位：cm)

3.2.3基礎(chǔ)設(shè)計

同墩身及懸臂頂帽設(shè)計，基礎(chǔ)計算荷載亦按主力、主力+附加力、主力+特殊荷載進(jìn)行組合，并分別對控制樁長及樁身截面應(yīng)力的荷載進(jìn)行組合。其中，128號墩基礎(chǔ)控制荷載見表3。

表3　128號墩基礎(chǔ)控制荷載(基底外力)

(2)基礎(chǔ)設(shè)計

交接墩基礎(chǔ)采用10φ125 cm鉆孔灌注樁，梅花形布置，縱向3排、橫向6排，樁長69～70 m，承臺尺寸8.3 m×12.8 m×2.5 m；主墩采用14φ180 cm鉆孔灌注樁，樁長91～92 m，承臺采用分臺階的八邊形臺體，128號墩基礎(chǔ)構(gòu)造見圖5。

本橋主墩承臺不滿足“承臺板底面處樁頂?shù)耐饩壩挥谧猿信_板頂面處墩臺身外緣向下按45°角擴(kuò)散的范圍內(nèi)[5]”的要求，故承臺短懸臂按“撐桿-系桿體系”進(jìn)行撐桿抗壓及系桿抗拉承載力的檢算，并相應(yīng)地對承臺斜截面抗剪、橋墩向下及樁基向上沖切承臺的沖切承載力進(jìn)行了驗算[6-7]。根據(jù)計算結(jié)果，下層承臺底面縱橫向均布置雙層φ25 mm(HRB335)鋼筋，鋼筋間距10 cm，承臺側(cè)面、頂面及第一層承臺均按文獻(xiàn)[4]配置構(gòu)造鋼筋。

圖5　128號墩基礎(chǔ)構(gòu)造(單位：cm)

(3)沉降計算

本橋主橋梁部按邊、中相鄰支座不勻沉降差不超過2 cm設(shè)計。根據(jù)文獻(xiàn)[5，8]，將樁基視作實體基礎(chǔ)對邊、中墩的總沉降量進(jìn)行了計算，126～129號墩沉降計算深度分別取25、30.6、31.8 m及25 m[9]，最終沉降量分別為15.05、32.69、32.71 mm及15.65 mm，相鄰墩臺均勻沉降量之差最大17.64 mm，滿足上部結(jié)構(gòu)受力要求。

4主墩基礎(chǔ)施工要點

127、128號主墩均位于河邊，常水位深分別為3.68、2.77 m，常水位距承臺底高差分別為8.4 m、7.2 m?；A(chǔ)采用插打鋼板樁防護(hù)施工，并優(yōu)先搭設(shè)鋼棧橋，主墩基礎(chǔ)主要施工順序如下[10]：

搭設(shè)鋼棧橋→定位并吊放圍囹→打定位樁固定圍囹→圍囹上搭平臺、安鉆機(jī)→打鋼板樁→鉆孔灌注樁→吸泥、開挖基坑→樁基檢測→驗坑、封底→抽水、修筑承臺及墩身。

主墩承臺為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，施工時應(yīng)采取有效措施減少混凝土水化熱[11]，并按規(guī)范要求通水降溫，以確保承臺混凝土的質(zhì)量。樁基及墩身施工應(yīng)注意預(yù)留鋼筋及臨時支撐鋼筋埋設(shè)，保證其連接部位的整體性。

5結(jié)語

黃沙港特大橋是連鹽鐵路重難點工程之一，其主橋位于深厚軟土地基上，墩臺基礎(chǔ)采用異型結(jié)構(gòu)，技術(shù)含量高，施工難度大。在其下部結(jié)構(gòu)設(shè)計中，綜合考慮了通航、行洪、受力及整體構(gòu)造的要求，經(jīng)過嚴(yán)密思考與計算，最終形成了一個安全適用、結(jié)構(gòu)合理、形式美觀的設(shè)計，并為類似橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了一種新思路[12]。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曉波，沈文進(jìn).連續(xù)梁橋墩縱向水平力計算分析[J].交通科技，2003(3)：4-6．

[2]中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005．

[3]中華人民共和國鐵道部.TB10002.3—2005鐵路橋梁鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005．

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010．

[5]中華人民共和國鐵道部.TB10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005．

[6]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)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004．

[7]婁宇欣.客運(yùn)專線橋梁承臺板配筋設(shè)計的探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(11)：56-59.

[8]李聰林.時速200 km鐵路橋梁樁基在高烈度地震軟土地區(qū)設(shè)計及沉降控制的基本特點.[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(4)：19-23.

[9]田萬俊，馬建林.黏性土地區(qū)高速鐵路橋梁樁基礎(chǔ)沉降計算方法研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013(4)：55-59.

[10]凌志平，易經(jīng)武，洪毓康.基礎(chǔ)工程[M].北京：人民交通出版社，2004．

[11]胡煒.大體積混凝土預(yù)埋冷卻水管降溫施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2013(6)：24-27.

[12]常麗慧，王禎.青藏鐵路拉薩河特大橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].橋梁建設(shè)，2005(5)：28-30.

The Design of Substructure of Huangshagang Bridge on Lianyungang-Yancheng RailwayWANG Yong

(Bridge Design Department of China Railway Fifth Survey and Design Institute

Group Corporation, Beijing 102600, China)

Abstract：Huangshagang bridge which uses (60+100+60)m prestressed concrete continuous beam is a double-track bridge on Lianyungang-Yancheng railway, and its main piers are in round shape for flood discharge. In view of the characteristics of short cantilevered cap and thin-octagonal bearing platform, the structures are calculated respectively with bracket and combines strut-tie theory. The structural types and design fundamentals of the substructure of this bridge are illustrated and the construction of the foundation is introduced briefly.

Key words：Double-track railway bridge; Substructure; Round pier; Cantilevered cap; Foundation; Design

中圖分類號：U441+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.01.017

文章編號：1004-2954(2015)01-0070-04

作者簡介：王勇(1984—)，男，工程師，2009年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：wangyong@t5y.cn。

收稿日期：2014-04-09； 修回日期：2014-05-16