關(guān)莎莎

(杭州鐵路設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,浙江 杭州 310004 )

1 工程概述

1.1 項(xiàng)目概況

金華航段所涉及的水域某鐵路大橋凈高滿足7.0 m要求,凈寬不能滿足Ⅳ級(jí)通航要求。須對(duì)該橋梁通航孔設(shè)置相應(yīng)的防撞設(shè)施,以確保通航橋梁的安全。

圖1 鐵路橋立面圖

目前該鐵路線路主要以貨運(yùn)為主。該鐵路大橋建成于1957年,全長(zhǎng)564.2 m。線路情況：?jiǎn)尉€,直線,P60鋼軌,有縫線路。2015年,相關(guān)部門(mén)對(duì)該橋5#～9#橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行病害整治。加固方案采用雙壁鋼圍堰作為擋水結(jié)構(gòu),圍堰分為上下兩節(jié)并通過(guò)法蘭盤(pán)聯(lián)結(jié),底節(jié)在加固施工完成后永久保留。

1.2 工程地質(zhì)

各土層的工程地質(zhì)情況見(jiàn)表1。

表1 地基土承載力參數(shù)

2 防撞墩設(shè)計(jì)

2.1 船舶撞擊荷載標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(TB 10002—2017)》[1]船只或排筏撞擊力

式中:γ為動(dòng)能折減系數(shù)(s/m1/2),當(dāng)船只或排筏斜向撞擊墩臺(tái)(指船只或排筏駛近方向與撞擊點(diǎn)處墩臺(tái)面法線方向不一致)時(shí)可采用0.2,正向撞擊(指船只或排筏駛近方向與撞擊點(diǎn)處墩臺(tái)面法線方向一致)時(shí)可采用0.3;

υ為船只或排筏撞擊墩臺(tái)時(shí)的速度(m/s),此項(xiàng)速度對(duì)于船只采用航運(yùn)部門(mén)提供的數(shù)據(jù),對(duì)于排筏可采用筏運(yùn)期的水流速度；

α為船只或排筏駛近方向與墩臺(tái)撞擊點(diǎn)處切線所成的夾角,應(yīng)根據(jù)具體情況確定,如有困難,可采用α=20°；

W為船只重或排筏重,kN；

C1、C2為船只或排筏的彈性變形系數(shù)和墩臺(tái)的彈性變形系數(shù),缺乏資料時(shí)可假定C1+C2=0.000 5 m/kN。

將通航500 t級(jí)船舶按照漂流物撞擊考慮,本次設(shè)計(jì)中船舶撞擊力按照橫橋向2 474 kN考慮。

2.2 防撞墩平面布置

防撞墩平面布置遵循以下原則： 1)防撞墩設(shè)置,

在施工時(shí),不得對(duì)原橋產(chǎn)生安全影響；2)橋梁為雙孔單向通航孔,航道設(shè)計(jì)中心線與橋梁中心線交角盡量接近90°,在不減少原有通航尺度前提下,保證通航順暢。根據(jù)以上原則,該鐵路大橋?yàn)殡p孔單向通航,在通航孔范圍,沿橋墩外沿,迎船行駛方向偏移10 m位置設(shè)置防撞墩,在橋梁主通航孔橋墩來(lái)船方向,上、下游側(cè)各布置4座,共8座防撞墩。見(jiàn)圖2。

2.3 防撞墩高程設(shè)計(jì)

防撞墩高程參照河床、水位等高程確定,防撞護(hù)弦高程結(jié)合最高最低通航水位確定,防撞墩頂標(biāo)高按照百年一遇洪水位高程確定。

2.4 防撞墩結(jié)構(gòu)形式

采用單樁結(jié)構(gòu)防撞墩方案,其直徑為2.2 m,采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,樁基嵌入巖層,入土深度約12 m。防撞墩上部外包鋼板護(hù)筒,鋼結(jié)構(gòu)護(hù)筒需做好防腐蝕處理。防撞墩迎船舶撞擊面一側(cè)外緣設(shè)置橡膠護(hù)舷,以保護(hù)船體及防撞墩。墩頂設(shè)置太陽(yáng)能信號(hào)燈,墩外側(cè)設(shè)置警示漆。防撞墩結(jié)構(gòu)配筋、入土深度等均滿足受力要求[2]。

圖2 防撞墩布置平面圖

3 涉鐵影響分析

為了從整體上把握防撞墩施工及竣工后對(duì)既有鐵路橋梁的影響,結(jié)合該場(chǎng)地的工程地質(zhì)、設(shè)計(jì)及施工方案,選用邁達(dá)斯GTS NX建立數(shù)值模型,分析新建防撞墩施工及竣工后對(duì)既有鐵路橋梁的影響。

3.1 計(jì)算模型

本次計(jì)算地層巖體本構(gòu)模型采用D-P模型,采用三維實(shí)體單元模擬巖土體。計(jì)算模型的邊界約束為：模型底部固定約束,左右、前后側(cè)面約束相應(yīng)水平位移。計(jì)算模型中的土體參數(shù)根據(jù)地勘報(bào)告數(shù)據(jù)及參考相關(guān)工程確定。綜合考慮邊界效應(yīng)及計(jì)算效率,模型范圍：X×Y×Z方向分別取51 m×65 m×30 m。計(jì)算模型見(jiàn)圖3。

圖3 有限元整體模型

3.2 計(jì)算結(jié)果

本次影響分析分為兩個(gè)工況。

工況一：鉆孔樁施工過(guò)程；工況二：防撞墩竣工。

表3 新建防撞墩施工階段引起鐵路墩(施工側(cè))的變形 mm

從表3可以看出,鉆孔樁施工及防撞墩竣工工況對(duì)既有橋墩存在一定的影響,但影響均比較小。

4 施工監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)中國(guó)鐵路總公司《普速鐵路線路修理規(guī)則》(2019),參考線路軌道靜態(tài)幾何不平順容許偏差管理值,結(jié)合本工程的實(shí)際情況,建議的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及報(bào)警值見(jiàn)表4。

表4 監(jiān)測(cè)的控制標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)

4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖4。

圖4 基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)控制點(diǎn)布置方案

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果(4#、5#、6#)

監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5～10。圖中的監(jiān)測(cè)結(jié)果中X方向?yàn)闄M橋向,Y方向?yàn)轫槝蛳?Z方向?yàn)樨Q向。

圖5 Z3點(diǎn)位移變化曲線

圖6 Y3點(diǎn)位移變化曲線

圖7 Z4點(diǎn)位移變化曲線

圖8 Y4點(diǎn)位移變化曲線

圖9 Z5點(diǎn)位移變化曲線

圖10 Y5點(diǎn)位移變化曲線

1)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果,在防撞墩鉆孔施工完成之后,各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移速率逐漸變小,X、Y方向累計(jì)位移以及Z方向累計(jì)沉降趨于穩(wěn)定。

2)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果,各個(gè)測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)位移均小于4 mm,表明防撞墩施工對(duì)于鐵路橋的影響在安全可控范圍內(nèi)。

通過(guò)施工監(jiān)測(cè),達(dá)到了監(jiān)控預(yù)期目的,鐵路橋防撞墩施工對(duì)于鐵路橋影響較小,鐵路橋處于受控和安全狀態(tài)。

有限元計(jì)算結(jié)果鐵路橋墩橫橋向水平變形略大,而監(jiān)測(cè)結(jié)果反映橋墩的豎向沉降略大,分析原因在于實(shí)際橋墩頂部存在一定的橫向約束造成。本工程位置地層為風(fēng)化巖層,巖層的地質(zhì)參數(shù)需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取,巖石參數(shù)選取也是計(jì)算結(jié)果可靠與否的重要前提[3]。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)該鐵路大橋通航等級(jí)提高,船舶運(yùn)行繁忙及鐵路安全性的特點(diǎn),設(shè)置防撞墩是必要的。防撞墩設(shè)計(jì)的優(yōu)劣尤其關(guān)系到橋梁的安全。目前,我國(guó)尚未建立系統(tǒng)的防撞墩設(shè)計(jì)理念,故應(yīng)充分吸收其他國(guó)家的先進(jìn)成果和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),重視防撞墩設(shè)計(jì)及施工專題研究,進(jìn)而設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更加合理的作品。