海洋環(huán)境下不同墩高鐵路梁式橋橋型方案研究

文／劉金進(jìn) 中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司華東分公司 江蘇南京 210000

引言：

對(duì)鐵路橋梁來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)支梁是一種最常用的橋梁結(jié)構(gòu)體系。簡(jiǎn)支梁靜定結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定了它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支座不均勻沉降、收縮徐變等因素均不會(huì)引起內(nèi)力的變化，也不會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力引起的次內(nèi)力。但對(duì)于墩高變化較大的梁式橋，高墩區(qū)若采用簡(jiǎn)支梁的方案，為滿足軌道交通剛度的要求，將會(huì)呈現(xiàn)出基礎(chǔ)規(guī)模較大、造價(jià)較高的特點(diǎn)。因而有必要對(duì)比分析連續(xù)梁方案、連續(xù)剛構(gòu)橋方案，力求通過(guò)整聯(lián)剛度減少基礎(chǔ)規(guī)模降低工程造價(jià)。為了確定合理的橋型方案，下面的比選均是以某跨海大橋?yàn)槔?，橋梁跨度均?0m，墩高為10m～52m 不等。

1.簡(jiǎn)支梁方案

簡(jiǎn)支梁方案是軌道交通常用的結(jié)構(gòu)體系，梁一端固結(jié)，另一端簡(jiǎn)支。箱梁采用梁場(chǎng)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)浮吊架設(shè)的施工方法。海洋環(huán)境下，特別是深水區(qū)橋梁，具有水深，覆蓋層較厚的特點(diǎn)，根據(jù)覆蓋層厚度變化基礎(chǔ)可采用鉆孔樁基礎(chǔ)或鋼管打入樁基礎(chǔ)，承臺(tái)、墩身均采用現(xiàn)澆工法。

1.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為確定合理梁高，對(duì)60m 跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁的梁高進(jìn)行比較分析。梁高依次為3.5m、4.0m、4.5m，相關(guān)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 60m 跨簡(jiǎn)支梁梁高比選表

由上表可知，當(dāng)梁高取值為3.5m 時(shí)，梁端轉(zhuǎn)角及工后豎向殘余變形均難以滿足規(guī)范要求；梁高4.0m 及4.5m各項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)均能滿足計(jì)算要求，從經(jīng)濟(jì)性考慮，60m跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁的梁高推薦采用4.0m。

1.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在滿足結(jié)構(gòu)靜力、動(dòng)力計(jì)算，無(wú)縫線路梁-軌共同作用計(jì)算，墩頂位移計(jì)算的前提下，根據(jù)墩高不同，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布置有所變化。此外，根據(jù)不同位置處覆蓋層起伏變化情況，確定不同墩高下部結(jié)構(gòu)橋墩尺寸，承臺(tái)尺寸及基礎(chǔ)規(guī)模。基礎(chǔ)形式如表2所示。

表2 簡(jiǎn)支梁方案下部結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)表

由上表可知，根據(jù)覆蓋層厚度變化，除局部位置采用鉆孔樁基礎(chǔ)外，其余均采用打入樁基礎(chǔ)；隨著墩高的增加，墩柱、承臺(tái)尺寸以及樁基規(guī)模均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，增長(zhǎng)率較大。

2.連續(xù)梁方案

60m 跨梁型除可以考慮簡(jiǎn)支梁方案外，還可考慮連

續(xù)梁的方案，結(jié)合軌道交通溫度聯(lián)長(zhǎng)不大于200m 可不設(shè)軌溫調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)，連續(xù)梁可采用3×60m 跨的方案。如考慮單固定支座，固定墩基礎(chǔ)規(guī)模相對(duì)較大，可考慮雙固定支座。箱梁采用梁場(chǎng)預(yù)制，浮吊至橋位處架設(shè)，現(xiàn)場(chǎng)澆筑墩頂濕接頭，完成由簡(jiǎn)支到連續(xù)體系轉(zhuǎn)換的施工工法。南北岸深水區(qū)根據(jù)不同的覆蓋層厚度，基礎(chǔ)可采用鉆孔樁及鋼管打入樁，承臺(tái)、墩身均采用現(xiàn)澆工法。

圖2 60m 跨連續(xù)梁總體布置圖

2.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為確定合理梁高，對(duì)3×60m 跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的梁高進(jìn)行比較分析。梁高依次為3.2m、3.6m、4.0m，相關(guān)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 60m 跨連續(xù)梁梁梁高比選表

從結(jié)構(gòu)受力、經(jīng)濟(jì)性及梁端轉(zhuǎn)角限值角度進(jìn)行綜合比較，3x60m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的梁高推薦采用3.6m。

2.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3x60m 連續(xù)梁下部結(jié)構(gòu)墩高10.0m～52.0m，在滿足結(jié)構(gòu)靜力、動(dòng)力計(jì)算，無(wú)縫線路梁-軌共同作用計(jì)算，墩頂位移計(jì)算的前提下，根據(jù)墩高不同，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布置有所變化。此外，根據(jù)不同位置處覆蓋層起伏變化情況，確定不同墩高下部結(jié)構(gòu)橋墩尺寸，承臺(tái)尺寸及基礎(chǔ)規(guī)模?；A(chǔ)形式如表4所示。

表4 60m 跨連續(xù)梁方案下部結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)表

由上表可知，根據(jù)覆蓋層厚度變化，除局部位置采用鉆孔樁基礎(chǔ)外，其余均采用打入樁基礎(chǔ)；隨著墩高的增加，墩柱、承臺(tái)尺寸以及樁基規(guī)模均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，增長(zhǎng)率相對(duì)較大。

3.連續(xù)剛構(gòu)方案

連續(xù)剛構(gòu)橋方案整體抗推剛度大，相比于60m 簡(jiǎn)支梁方案、3x60m 連續(xù)梁方案，可大大減少基礎(chǔ)規(guī)模，降低工程投資。箱梁采用梁場(chǎng)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)浮吊架設(shè)的施工方法，架設(shè)完成后，澆筑墩頂濕接段，完成簡(jiǎn)支到固結(jié)體系的轉(zhuǎn)換。南北岸深水區(qū)根據(jù)不同的覆蓋層厚度，基礎(chǔ)可采用鉆孔樁及鋼管打入樁，承臺(tái)、墩身均采用現(xiàn)澆的工法。

圖3 60m 跨連續(xù)剛構(gòu)總體布置圖

3.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為確定合理梁高，對(duì)3×60m 跨連續(xù)剛構(gòu)的梁高進(jìn)行比較分析。梁高依次為3.2m、3.6m、4.0m，相關(guān)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 3x60m 連續(xù)剛構(gòu)方案梁高比選表

從結(jié)構(gòu)受力、經(jīng)濟(jì)性及梁端轉(zhuǎn)角限值角度進(jìn)行綜合比較，3x60m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)的梁高推薦采用3.6m。

3.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3x60m 連續(xù)剛構(gòu)下部結(jié)構(gòu)墩高10.0m～52.0m，在滿足結(jié)構(gòu)靜力、動(dòng)力計(jì)算，無(wú)縫線路梁-軌共同作用計(jì)算，墩頂位移計(jì)算的前提下，根據(jù)墩高不同，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布置有所變化。此外，根據(jù)覆蓋層起伏變化情況，確定不同墩高下部結(jié)構(gòu)橋墩尺寸，承臺(tái)尺寸及基礎(chǔ)規(guī)模。基礎(chǔ)形式如表6所示。

表6 連續(xù)剛構(gòu)方案下部結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)表

由上表可知，根據(jù)覆蓋層厚度變化，除局部位置采用鉆孔樁基礎(chǔ)外，其余均采用打入樁基礎(chǔ)；隨著墩高的增加，墩柱、承臺(tái)尺寸，樁基規(guī)模均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，增長(zhǎng)率較小。

4.橋型方案比選

在結(jié)構(gòu)靜力、動(dòng)力、無(wú)縫線路梁-軌共同作用以及墩頂位移計(jì)算值滿足規(guī)范要求的前提下，簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)三個(gè)方案的梁部規(guī)模差距不大，基礎(chǔ)規(guī)模差距較大，具體如圖4所示。

圖4 橋型方案投資比選圖

由上圖可知，隨著墩高的增加，三個(gè)方案投資規(guī)模均呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)；墩高H ≤20m 時(shí)，三個(gè)方案的投資規(guī)模相差較小，連續(xù)剛構(gòu)方案投資規(guī)模最少；墩高20m＜H ≤40 時(shí)，連續(xù)剛構(gòu)方案投資規(guī)模最少，增長(zhǎng)率最??；H ＞40m 時(shí)，簡(jiǎn)支梁方案、連續(xù)梁方案相比于連續(xù)剛構(gòu)方案投資規(guī)模大大增加，經(jīng)濟(jì)性較差。

結(jié)語(yǔ)：

復(fù)雜海洋環(huán)境下，由于受主橋位置通航孔凈空要求的影響，引橋橋墩墩高差異較大，在高墩區(qū)，相比于簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁方案，連續(xù)剛構(gòu)方案能更好地滿足行車對(duì)剛度的要求，減少支座等需維護(hù)更換產(chǎn)品數(shù)量，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)性能。