鐵路門式剛構(gòu)橋跨越既有框構(gòu)橋U型槽的設(shè)計與施工

摘 要：本橋設(shè)計主要是為滿足施工期間不中斷既有公路行車需求，采用了門式剛構(gòu)這種結(jié)構(gòu)形式。文中分別從設(shè)計和施工兩方面加以介紹。在設(shè)計方面，采用空間有限元分析方法，建立“板-樁”模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，考慮樁基剛度對上部梁板結(jié)構(gòu)的影響。在施工方面，采用萬能桿件結(jié)合型剛支架搭設(shè)施工平臺進(jìn)行梁板的施工，支架設(shè)計中考慮了公路行車的需求，支架與既有U型槽相連形成倚靠支架，增強(qiáng)了支架的整體穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：鐵路；門式剛構(gòu)；U型槽；有限元法；型鋼支架；既有線防護(hù)

中圖分類號：U212.33+7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0110-02

1 概述

本橋位于平齊線K319+156處，既有框構(gòu)橋為1-12m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由主橋及兩側(cè)U型槽組成。本次在下行側(cè)增加一條貨物線，線路中心距離框構(gòu)主橋邊緣7.4m，貨物線位于既有U型槽上方。由于此道路為城市主干道，交通量大，不具備封閉及改路條件。本次設(shè)計采用門式剛構(gòu)形式來跨越既有U型槽。

2 門式剛構(gòu)橋的設(shè)計

2.1 橋式

門式剛構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及與既有U型槽的位置關(guān)系見圖1、圖2所示。門式剛構(gòu)的頂板跨度（順線路方向）為22.4m，板寬10.05m，頂板及墻厚均1.2m?；A(chǔ)采用單排鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑1.5m，間距4.0m，鉆長32m。

摘 要：本橋設(shè)計主要是為滿足施工期間不中斷既有公路行車需求，采用了門式剛構(gòu)這種結(jié)構(gòu)形式。文中分別從設(shè)計和施工兩方面加以介紹。在設(shè)計方面，采用空間有限元分析方法，建立“板-樁”模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，考慮樁基剛度對上部梁板結(jié)構(gòu)的影響。在施工方面，采用萬能桿件結(jié)合型剛支架搭設(shè)施工平臺進(jìn)行梁板的施工，支架設(shè)計中考慮了公路行車的需求，支架與既有U型槽相連形成倚靠支架，增強(qiáng)了支架的整體穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：鐵路；門式剛構(gòu)；U型槽；有限元法；型鋼支架；既有線防護(hù)

中圖分類號：U212.33+7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0110-02

2.2 結(jié)構(gòu)計算

采用Midas Civil有限元軟件對框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力計算。頂板及側(cè)墻均采用板單元進(jìn)行模擬，共劃分540個單元。

（1）荷載及荷載組合

靜力計算考慮的主要荷載包恒載、活載、溫度、基礎(chǔ)變位、風(fēng)載等。荷載組合包括：

a.恒載：自重、二期恒載、收縮、徐變、基礎(chǔ)變位；

b.主力組合：恒載+活載+橫向搖擺力；

c.主力+附加力組合：主力+制動力+溫度及主力+風(fēng)力+溫度的兩種情況。

（2）約束條件

本橋約束考慮了土對樁的作用，采用彈簧來進(jìn)行模擬。對于彈性樁，彈簧剛度按照《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中附錄D“墩臺基礎(chǔ)考慮土的彈性抗力的計算”方法進(jìn)行。首先根據(jù)地質(zhì)情況將樁沿長度方向每隔1m劃分一個單元，然后確定每段樁的計算寬度b0，水平地基系數(shù)Cy=my，以上兩者與節(jié)段長度的乘積就是彈簧的水平剛度，水平X/Y方向的剛度相同。對于樁底的彈筑剛度可以由樁的截面積與地基豎向抗力系數(shù)C0=mh的乘積得到。

（3）計算結(jié)果

強(qiáng)度驗算：根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特性，在主力及主加附作用下分別選取了以下截面檢算結(jié)構(gòu)內(nèi)力：頂板角偶處截面，跨中截面；側(cè)墻檢算截面為：側(cè)墻角偶處截面，側(cè)墻底截面。位置見圖3。提取出圖中控制截面的板單元在不同荷載組合下的軸力、彎矩、剪力之和作為截面檢算內(nèi)力。對MIDAS提取出的內(nèi)力進(jìn)行并發(fā)力分析，分別得到單項荷載效應(yīng)下軸力、彎矩、剪力最值時對應(yīng)截面內(nèi)力。最后對單項效應(yīng)進(jìn)行荷載組合，不同組合下對于有利荷載不予加載。

經(jīng)計算，鋼筋及混凝土應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，主力作用下最大裂縫寬度為ωf=0.16mm，主加附作用下最大裂ωf=0.20mm，均滿足規(guī)范要求。

結(jié)構(gòu)變形驗算：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)截面剛度按0.8EI計算。靜活載所引起的最大豎向撓度（跨中）S=5.7mm≤L/800=25mm滿足規(guī)范要求。由恒載+列車豎向靜活載引起的變形為13.75mm，根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》當(dāng)由恒載及靜活載引起的豎向撓度等于或小于15mm或跨度的1/1600時，可不設(shè)預(yù)拱度。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計

本橋地質(zhì)條件較差，承臺底以下為深厚的粉質(zhì)粘土及粉砂層。受場地限制，設(shè)計采用單排鉆孔樁基礎(chǔ)。本橋承臺可看作墻下條形基礎(chǔ)，按例置彈性地基梁計算承臺梁內(nèi)力。驗算側(cè)墻和基樁對承臺的沖切承載力，以確定承臺的厚度。

單排樁基礎(chǔ)的沉降計算按承臺底地基土不分擔(dān)荷載的樁基考慮。樁端平面以下地基中由基樁引起的附加應(yīng)力，按考慮樁徑影響的Mindlin解計算，考慮計算點(diǎn)處樁產(chǎn)生的附加應(yīng)力的疊加，采用單向壓縮分層總和法計算土層沉降，并計入樁身壓縮量。

3 門式剛構(gòu)橋的施工

3.1 施工方案介紹

本橋U型槽與門式框架側(cè)墻間采用萬能桿件搭設(shè)支架法施工對應(yīng)部分的梁板。由于施工期間不能中斷公路行車，因此，既有U型槽上方的梁板不適用滿堂支架法施工，故采用了型鋼搭設(shè)臨時支撐形成施工平臺，支架留有足夠空間，單向機(jī)動車道凈寬不小于3.5m，滿足車輛通行條件。

3.2 支架設(shè)計

支架立柱采用φ609×12mm鋼管，鋼柱支點(diǎn)按照等面積法設(shè)于每份截面的重心處。順線路方向布置3排，排距5.25m；橫橋向每排布柱4根，柱間距3.0m。每排鋼立柱頂端搭設(shè)雙拼50a工字鋼橫梁并采用U型螺栓連接。橫梁上搭設(shè)40a工字鋼分配梁，間距0.5m。分配梁上設(shè)置調(diào)整木楔及鋼模板，具體見圖4。本支架采用了倚靠式，既U型槽側(cè)錨固20a工字鋼與邊跨立柱焊連，充份利用既有結(jié)構(gòu)來提高支架的整體穩(wěn)定性。

經(jīng)計算，支架構(gòu)件應(yīng)力安全系數(shù)大于1.3，穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.5，均滿足《鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（剛構(gòu)）懸臂澆筑施工技術(shù)指南》的要求。

3.3 支架預(yù)壓

底模板安裝完成后對支架進(jìn)行靜載預(yù)壓，以檢驗支架及地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，消除支架的非彈性變形和地基沉降變形。預(yù)壓期間除觀測支架變形外還需加強(qiáng)對既有U形槽變形的觀測。支架的預(yù)壓荷載采用不小于1.1倍的最大施工荷載。加載時分三次進(jìn)行，分別為總荷載量的60%、100%、110%。

3.4 施工防護(hù)

本橋為毗鄰既有線施工時應(yīng)采取必要的防護(hù)措施。采用φ=1.0鉆孔防護(hù)樁，樁長14m，間距1.2m，在靠近既有線一側(cè)（基礎(chǔ)邊至樁邊0.6m）呈“八”字形布置，樁頂設(shè)置冠梁。施工期間列車限速慢行45km/h。

4 結(jié)束語

在既有路基拓寬增線工程中，對于框構(gòu)橋的改建，多采用D型施工便梁加固，鑿除既有翼墻，再對孔接長的方案，這種施工方案的前提條件是既有的公道需要封閉改移后方可進(jìn)行施工。但在很多情況下，由于下穿道路為城市主道，交通繁忙不具備封閉或改道條件，在這種情況下，按原結(jié)構(gòu)形式接長的方案就無法實施了。采用門式框架結(jié)構(gòu)可以很好地解決這個問題，但時在設(shè)計過程中，要充分考慮到既有鐵路及公路的防護(hù)。施工中，現(xiàn)澆支架應(yīng)留由最夠的凈空保證公路行車。本文對類似工程有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷濤.嚴(yán)寒地區(qū)鐵路隧道的病害成因與根治措施[J].鐵路建筑技術(shù)，2005（6）：35-38.

[2]赫廣成.嚴(yán)寒地區(qū)鐵路隧道的病害整治的體會[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，1992（10）：31-32.

[3]徐卓寧.寒區(qū)鐵路運(yùn)營隧道滲漏水檢測與整治技術(shù)[J].鐵道建筑，2014（7）：73-76.

[4]李航.淺談既有鐵路隧道滲漏水病害整治設(shè)計方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（4）：240.endprint