連鹽鐵路黃沙港特大橋主橋下部結構設計

王　勇

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司橋梁設計院,北京　102600)

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連鹽鐵路黃沙港特大橋主橋下部結構設計

王勇

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司橋梁設計院,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預應力混凝土連續(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構特點,分別用牛腿法及“撐桿-系桿體系”對結構進行設計計算,并對橋梁下部結構形式及設計要點進行闡述,簡要介紹主墩基礎施工方案。

關鍵詞：雙線鐵路橋；下部結構；圓墩；懸臂頂帽；基礎；設計

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的預應力混凝土連續(xù)梁；連云港側引橋采用123孔32 m及3孔24 m預應力混凝土簡支T梁；鹽城側引橋采用50孔32 m預應力混凝土簡支T梁。主橋立面布置見圖1。

圖1　主橋立面布置(單位：cm)

2主要技術標準

鐵路等級：國鐵Ⅰ級；

正線數(shù)目：雙線；

速度目標值：200 km/h；

主橋上線路條件：2.5‰及5‰的變坡道、直線；

設計荷載：中—活載。

橋位處黃沙港設計流量及水位：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，反應譜特征周期0.75 s。

3下部結構設計

3.1橋墩結構形式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，墩身與梁部構造比例協(xié)調(diào)，造型優(yōu)美。其中，128號墩構造見圖2。

圖2　127號主墩構造(單位：cm)

3.1.2交接墩

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

圖3　交接墩構造(單位：cm)

3.2橋墩設計要點3.2.1墩身設計

(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—活載設計。下部結構設計荷載包括：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+特殊荷載進行組合。其中，128號墩墩底截面控制外力計算結果見表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)墩身配筋設計

墩身按偏心受壓構件進行截面驗算，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主墩懸臂頂帽設計

從結構設計和構造上分析，懸臂頂帽是主墩的關鍵部位。

(1)荷載計算

懸臂頂帽亦按中—活載設計。其設計荷載包括：恒載(含預加力、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指標因子按照隸屬關系劃分為不同的層次結構，采用層次分析法來確定指標因子的權重[9]。具體過程如下：

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

表2　128號墩懸臂頂帽上設固定支座的墊石頂控制外力　kN

(2)配筋設計

根據(jù)結構構造及受力特點，采用牛腿計算辦法對結構進行配筋計算[4]。計算時，預應力按等效節(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3排φ32 mm鋼筋(HRB335)，每排25根，其中，第1、2排鋼筋豎向并置設置，頂層鋼筋距頂帽頂10 cm，第3排鋼筋距頂帽頂29.3 cm；預應力鋼筋采用7-φj15.2 mm鋼絞線，共設3排，每排6束，張拉控制應力σcon=1 200 MPa≤0.75fpk=1 395 MPa[4]，各排預應力筋距頂帽頂分別為40、100、160 cm；同時，根據(jù)文獻[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基礎設計

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

表3　128號墩基礎控制荷載(基底外力)

(2)基礎設計

交接墩基礎采用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號墩基礎構造見圖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°角擴散的范圍內(nèi)[5]”的要求，故承臺短懸臂按“撐桿-系桿體系”進行撐桿抗壓及系桿抗拉承載力的檢算，并相應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行了驗算[6-7]。根據(jù)計算結果，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，承臺側面、頂面及第一層承臺均按文獻[4]配置構造鋼筋。

圖5　128號墩基礎構造(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設計。根據(jù)文獻[5，8]，將樁基視作實體基礎對邊、中墩的總沉降量進行了計算，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，滿足上部結構受力要求。

4主墩基礎施工要點

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采用插打鋼板樁防護施工，并優(yōu)先搭設鋼棧橋，主墩基礎主要施工順序如下[10]：

搭設鋼棧橋→定位并吊放圍囹→打定位樁固定圍囹→圍囹上搭平臺、安鉆機→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構，施工時應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。樁基及墩身施工應注意預留鋼筋及臨時支撐鋼筋埋設，保證其連接部位的整體性。

5結語

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，墩臺基礎采用異型結構，技術含量高，施工難度大。在其下部結構設計中，綜合考慮了通航、行洪、受力及整體構造的要求，經(jīng)過嚴密思考與計算，最終形成了一個安全適用、結構合理、形式美觀的設計，并為類似橋梁下部結構設計提供了一種新思路[12]。

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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

文獻標識碼：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)于蘭州交通大學橋梁與隧道工程專業(yè)，工學碩士，E-mail：wangyong@t5y.cn。

收稿日期：2014-04-09； 修回日期：2014-05-16