高速鐵路簡支箱梁施工組織設(shè)計(jì)研究

武佳佳

（中鐵六局集團(tuán)路橋建設(shè)有限公司，山西 晉中030600）

0 引言

為了滿足我國高速鐵路跨越式的發(fā)展需求，增加高鐵設(shè)計(jì)企業(yè)的綜合競爭能力，工程設(shè)計(jì)專業(yè)必須緊跟國內(nèi)外先進(jìn)的核心技術(shù)，及時(shí)研發(fā)并指導(dǎo)高速鐵路的設(shè)計(jì)建設(shè)施工。我國在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)開始著手高速鐵路的研究工作，但是直到21世紀(jì)初才真證付諸于實(shí)踐，代表工程主要有京津城際和武廣客運(yùn)專線項(xiàng)目等。高鐵的鋪架工程是建設(shè)項(xiàng)目總工期的關(guān)鍵，在鋪軌設(shè)計(jì)完成以后，眾多的箱梁架設(shè)成為了施工設(shè)計(jì)重點(diǎn)，而受平滑性和整體性以及其它力學(xué)方面的影響，我國高鐵大多采用中小跨度的簡支或者連續(xù)梁結(jié)。同時(shí)，由于高鐵受到速度、轉(zhuǎn)彎半徑和坡率等方面的限制要求，一般橋梁比重大，并且簡支結(jié)構(gòu)比較普遍。在現(xiàn)有的高鐵橋梁設(shè)計(jì)施工中，應(yīng)用制架梁的施工方案能夠達(dá)到80%以上。所以，研究高鐵簡支箱梁的施工技術(shù)、工期和規(guī)模等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高速鐵路簡支箱梁的影響因素

（1）高速鐵路建設(shè)施工的全線工期要求。根據(jù)不同的全線工期，我們可以制定不同的制架梁方案。

（2）控制工程的工期。高速鐵路橋梁如果橫跨江河，那么就會受到地形、水利、通航和孔跨等因素的制約限制，成為控制工程，直接影響了箱梁的施工方案。

（3）工序和工期安排。橋梁的架設(shè)必須在路基機(jī)床表層的級配碎石施工完成以后的1—2個(gè)月開始實(shí)施。簡支梁應(yīng)該在設(shè)置的工地梁場現(xiàn)場預(yù)制，大多采用有軌或者無軌運(yùn)輸，特制架橋機(jī)架設(shè)，連續(xù)梁主要采用支架或吊籃的施工方法。同時(shí)，成品梁的架設(shè)往往影響無碴軌道鋪軌等后序工程安排。

2 設(shè)計(jì)原則和技術(shù)參數(shù)

（1）線路情況。雙線直曲線上梁，間距5.0m，最小曲線半徑R≥5500m。

（2）寬度。兩邊人行過道的欄桿內(nèi)側(cè)凈距離為13.2m，橋面頂寬為13.4m。

（3）設(shè)計(jì)的荷載。恒載計(jì)算主要有橋面附屬設(shè)施自重和結(jié)構(gòu)自重，列車豎向活載縱向計(jì)算主要采用的是ZK標(biāo)準(zhǔn)活載，動力系數(shù)為：

其中：LU為梁的計(jì)算寬度，U1為剪力動力系數(shù)，U2為彎矩動力系統(tǒng)。

3 材料

（1）混凝土。梁體混凝土為C50，封端混凝土為C40，而保護(hù)層的纖維混凝土為C40。

（2）鋼筋。N級鋼筋應(yīng)該符合5鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋6（GB13013），0級鋼筋應(yīng)符合5鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋6(GB1499)。

（3）防水層。我國高速鐵路對橋梁的防水性和耐久性提出了更高的要求，因此我們首先應(yīng)該保證防水層的材料質(zhì)量和建設(shè)施工質(zhì)量以及保護(hù)層的厚度控制等。

（4）支座。我國高速鐵路常常采用跨度梁配套系列的盆式橡膠支座，每孔雙線箱梁都采用固定支座，縱向和橫向活動支座，多向活動支座。

4 結(jié)構(gòu)形式

我國現(xiàn)在應(yīng)用的高速鐵路簡支箱梁都是雙線簡支箱梁單箱單室截面，主要有下面幾個(gè)類型。根據(jù)軌道的結(jié)構(gòu)分為有碴軌道簡支箱梁和無碴軌道簡支箱梁。根據(jù)預(yù)應(yīng)力的體系分為先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁。根據(jù)施工的方法有整孔預(yù)制法施工和整孔現(xiàn)澆法施工，跨度通常有20，24，32，40，除了40采用整孔現(xiàn)澆法的施工方法以外，其余均采用整孔預(yù)制法。本文研究結(jié)構(gòu)類型都是有碴軌道的簡支梁。

5 施工架設(shè)

我國在秦沈客運(yùn)鐵路建設(shè)中，大噸位的架橋機(jī)已經(jīng)得到了成功應(yīng)用。架橋機(jī)的最大噸位達(dá)到了600噸，并取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但是大多數(shù)高速鐵路簡支箱梁的最大吊重為900噸。所以，在對高鐵箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我國多家架橋機(jī)的研制單位已經(jīng)開始了900噸級的高鐵架橋機(jī)研制。由于架設(shè)噸位的不斷增加，這就對架設(shè)時(shí)的指標(biāo)控制要求更加嚴(yán)格。但是各個(gè)架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)形式不一，對橋梁作用也不盡相同，為了保證假設(shè)過程的安全性，我們必須對架設(shè)的梁型和運(yùn)梁車以及架橋機(jī)的施工荷載進(jìn)行檢算，以滿足架設(shè)要求。

6 結(jié)構(gòu)尺寸

6.1 梁端尺寸的優(yōu)化

現(xiàn)代高鐵橋梁的梁端設(shè)計(jì)在滿足結(jié)構(gòu)受力的要求下，還要充分考慮運(yùn)行期間的檢修和維修便利，應(yīng)滿足各種施工方式的可操作性。國外發(fā)達(dá)國家高速鐵路橋梁中，預(yù)應(yīng)力混凝土標(biāo)準(zhǔn)簡支箱梁相鄰梁端的支座距離在1.3—2.0m，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁能夠達(dá)到3.2m。高速鐵路的兩端尺寸應(yīng)充分考慮使用的上支座板的縱向尺寸、錨板高度和封錨的要求等，要減少梁端制作結(jié)構(gòu)和錨具之間的相互影響，進(jìn)人孔和設(shè)備的移入尺寸要方便梁體、支座的日常維修和檢查。

6.2 截面形式

京滬鐵路的簡支箱梁截面形式為雙線單箱單室，其梁體的橫向剛度大，箱寬的取值對其橫向剛度無決定性的作用，是在滿足橋面上各個(gè)結(jié)構(gòu)要求后，根據(jù)箱體本身受力而定。雖然腹板中心線和線路中心線重合時(shí)梁體腹板的受力最均勻，但是這種梁體外懸臂大，容易產(chǎn)生震動，所以要盡量減少小橋面的橫向懸臂板長度。采用斜腹板時(shí)，箱底寬度可以相應(yīng)的減小，到達(dá)頂部適當(dāng)增大，這可以減少梁體對墩臺頂帽的尺寸要求，還可以減少橫向懸臂板的長度，使得受力均勻，同時(shí)比較美觀。

6.3 進(jìn)人孔設(shè)計(jì)

高速鐵路為了方便維修人員的日常檢查維修，對進(jìn)人孔的設(shè)計(jì)主要有：（1）底板開洞。這種方法，使得箱梁底板的預(yù)應(yīng)力不能均勻布置，導(dǎo)致梁端底板容易形成橫向拉應(yīng)力區(qū)，所以此種方案大多不宜采用。（2）梁端腹板縱向懸臂法。這種方法在兩個(gè)孔梁之間有很大的操作空間，便于支座的檢修，但是要求相鄰孔梁支座的間距要大，對墩臺的溝槽尺寸要求也要大，不利于橋梁的整體美觀。（3）梁端底板中部開槽。這種方案不影響底板的預(yù)應(yīng)力布置，對橋梁的外觀造型要求小，便于檢修，因此大多高鐵橋梁都采用此方法。

6.4 梁端結(jié)構(gòu)

梁端結(jié)構(gòu)尺寸的影響因素眾多，不僅要考慮整體簡支箱梁的受力情況、結(jié)構(gòu)和外形等，還要很多的施工控制因素需要綜合考慮，例如：自動化內(nèi)模要求的結(jié)構(gòu)空間、頂梁和吊梁的隔墻尺寸以及施工過程中的支點(diǎn)等。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，從控制支座的不平整量、配置結(jié)構(gòu)抗裂等方面滿足模板制造和施工架設(shè)的需要。

7 徐變拱度的控制

高速行車對下部結(jié)構(gòu)的平順度要求比較高，所以京滬高速鐵路的設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)徐變拱度提出了嚴(yán)格的限制要求，也就是有碴結(jié)構(gòu)為20mm、無碴結(jié)構(gòu)為10mm。因?yàn)樵趯?shí)際制梁的時(shí)候還要充分考慮徐變變異系數(shù)的影響，所以，鐵路上預(yù)應(yīng)力混凝土梁實(shí)測徐變上拱的變異系數(shù)約為13。所以，設(shè)計(jì)中對那些殘余徐變上拱度應(yīng)該分別按照14mm和7mm予以控制。

預(yù)應(yīng)力混凝土梁的徐變拱度應(yīng)該通過預(yù)應(yīng)力的形狀與施工工藝以及二期恒載上橋時(shí)間來控制。所以，為了減少最終的徐變拱度值，二期橫載上橋時(shí)間可以延長，但是將會導(dǎo)致早期的拱度增大，所以必須根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際要求合理確定二期恒載上橋時(shí)間，從而確定結(jié)構(gòu)預(yù)拱度和預(yù)應(yīng)力值。

8 耐久性要求

我國高速鐵路橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)提出了壽命100年的目標(biāo)。因此，為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，應(yīng)該采取以下多種措施：用質(zhì)量合格的高性能混凝土，嚴(yán)格控制混凝土的配比和添加劑的使用量，保證入模、拆模和養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度指標(biāo)和時(shí)間，進(jìn)行堿活性試驗(yàn)，加大鋼筋保護(hù)層厚度和提高防水標(biāo)準(zhǔn)等。

9 結(jié)束語

綜上所述，筆者從不同的幾個(gè)方面對高速鐵路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化分析，希望能夠?qū)ξ覈咚勹F路的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供一定的參考。

［1］鐵道專業(yè)設(shè)計(jì)院.京滬高速鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁設(shè)計(jì)意見書[Z].北京,2003.

［2］盛黎明,陳良江.秦沈客運(yùn)專線常用跨度簡支梁設(shè)計(jì)與施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2001.

［3］盛興旺,李志國,鄧運(yùn)清.京滬高速鐵路預(yù)應(yīng)力簡支箱梁結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)選[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2003.