山区铁路车站内四线高桥设计

赖小刚

（中国中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031）

山区铁路车站内四线高桥设计

赖小刚

（中国中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031）

龙门沟四线大桥桥高56m，首次在山区铁路采用四线双柱式刚架墩、配预应力混凝土帽梁，预应力索采用12-15.2钢绞线。钻孔桩及明挖基础。桥梁左侧搭设6m宽56m高站台桥。施工先铁路桥后站台桥。

山区铁路四线高桥；四线双柱式刚架墩设计；预应力混凝土帽梁设计；站台桥影响

1 工程概述

龙门沟四线大桥位于南川至涪陵铁路鸭江车站内，处于重庆市武隆县境内，上跨一深切冲沟，桥下有老S303省道通过，桥梁主要受地形控制设计。本桥位于直线地段，线路纵坡为-1.0‰，四线，线间距为5m。中心里程为DK82+027，孔跨式样为13X32预应力混凝土简支T梁，全长439.85m，桥高56m，最大墩高达52m。桥墩采用四线双柱式实体刚架墩，配预应力混凝土帽梁，T型桥台，桩基础和明挖扩大基础相结合。鸭江车站设计为四线，因站台上桥，故在线路左侧设宽6m、高56m的站台桥，与龙门沟四线大桥平行设置。铁路桥梁受站台桥影响较大，设计时充分考虑了站台桥的设置影响（图1，图2）。

2 桥址自然概况及工程地质条件

桥位处属剥蚀丘陵槽谷地貌，地形起伏较大，自然坡度约15～25°。沟槽内地表多辟为水田、旱地，地面高程240～320m，相对高差约20～100m，坡面植被发育，桥下有S303省道，交通较方便。桥位处水流主要为下雨时汇流的地表水，7号墩处冲沟的百年流量为Q1/100=207.83m3/s。

桥址坡面覆盖4～10m的粉质黏土，沟内覆盖2～8m的漂石土及粉质黏土。下伏基岩为泥岩夹砂岩、页岩，强风化层厚2～8m，桥址范围内为单斜构造，节理较发育，节理间距60～120cm。泥岩夹砂岩、页岩W2基本承载力为450kPa，单轴饱和抗压强度仅为3MPa，力学指标较弱。

图1 龙门沟四线大桥总布置图

图2 铁路桥与站台桥平面关系图

地震动峰值加速度值为0．05g，地震动反应谱特征周期值为0．35s。

桥址区不良地质为表土溜坍，特殊岩土为膨胀岩，两者对基坑开挖影响都较大，需加强防排水和及时封闭基坑。DK82+ 050附近地表水按照化学侵蚀环境SO42-侵蚀，作用级别为H1型。桥址场地整体稳定，工程地质条件一般。

3 施工图结构设计

3．1 桥梁孔跨及桥型选择

本桥跨越大型冲沟，为车站内四线桥，桥高56m，桥宽20m。桥跨布置主要受控于以下因素：地形、站场布置、站台桥布置、S303省道、桥面宽度影响等，综合考虑以上因素，为减小梁部施工难度，采用32m标准T梁跨越冲沟。因铁路荷载较大，传统多线桥主要是采用非预应力盖梁的钢筋混凝土刚架墩，支座中心尽量与桥墩中心线重合。当达到四线桥及以上时，就只能通过增加墩柱的数量来减小盖梁的竖向变形。这样就使得工程数量增加较多，墩柱及基础布设困难，尤其是高墩更不经济。

考虑到最近几年预应力混凝土盖梁在公路及市政桥梁上广泛运用，设计和施工工艺非常成熟。为了减小盖梁尺寸、减少墩柱数量、增加美观性，本桥所有桥墩均采用四线双柱式刚架墩、预应力混凝土盖梁设计。

站台桥考虑美观，孔跨采用与铁路桥相同的32．7m预应力简支T梁设计。

3．2 梁体构造与下部结构

铁路桥面宽19．8m，梁体采用铁道部通用图（2005）2101预应力混凝土简支T梁，桥面布置按T梁并置单线布置，8片T梁构成4线。站台桥面宽6．55m，采用3片单独设计的预应力混凝土T梁布置，站台面综合考虑电力机车接触网立柱及雨棚柱的设置。

因旅客需经过站台桥上下列车，站台桥梁部与四线桥梁部相互搭接，两桥的盖梁也相互搭接。

图3 四线桥与站台桥相互关系图

梁部及两台设置双侧人行道及角钢栏杆（靠龙门沟站台桥侧，站台桥范围以内不设置人行道及角钢栏杆），人行道宽1．05m。两桥台台尾间设M10浆砌片石挡墙。

在梁体外双侧设置避车台（左侧站台桥范围以内除外）。

铁路预应力混凝土简支T梁在南川东制梁场预制，运架施工。

桥台台身、托盘、顶帽合修，各线轨面高程不同，采用支承垫石不等高进行调整。

下部结构采用四线双柱式刚架墩，桥墩帽梁采用3．0× 3．0m截面，墩柱横向宽2．8m，直坡；纵向墩颈宽3m，坡度为1∶20，因基底岩石风化层较厚，刚架墩均采用桩基础。

桥墩帽梁预应力施工时，预应力钢束两端对称张拉。因设置接触网立柱需要将桥墩顶帽加宽的部分，施工时在顶帽内预埋钢筋，待预应力钢束张拉锚固之后再进行浇筑。

1#～5#墩左侧顶帽适当位置应预埋与站台桥相应桥墩横向联结的构件，作为站台桥架梁时桥墩加固之用。

3.3 四线双柱式刚架墩设计

图4 四线双柱式刚架墩构造图

3.3.1 设计内容

本设计配用标准图：后张法预应力混凝土梁（通桥（2005）2101）Lp=32m。

设计跨度：直线32+32的跨度组合。

设计高度：柱高H指帽梁底到承台顶面的高度，设计柱高H≤49m。

3.3.2 设计原则

（1）设计荷载

中—活载。

列车、制动力或牵引力、列车横向摇摆力等按现行《桥规》的有关规定计算。

风荷载：桥上有车时1250Pa；桥上无车时2366Pa。

温差：温度变化幅度按±20°C考虑。

混凝土收缩：按温度降低15°C产生的温度应力计算。

无缝线路纵向力按《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》的有关规定计算。

未计流水压力、浮力、地震荷载及基础沉降变形。

每线的列车荷载及梁重、梁上风力均换算成作用于两支承垫石上的集中荷载进行计算。

（2）控制荷载组合类型

根据近期开站的情况，设计中四线主要考虑到四种架梁和通车运营形式：四线一次架梁通车运营；四线一次架梁II线通车运营；四线一次架梁II、3线通车运营；四线一次架梁1、4线通车运营。

控制荷载组合考虑运营形式，分别按主力、主力+附加力、特殊荷载的共同作用，进行荷载组合。

（3）刚架墩的结构形式

刚架墩采用预应力混凝土帽梁、钢筋混凝土矩形墩柱，墩柱矩形截面为横向等厚，纵向放坡的变截面，两墩柱间设置横撑连接。

（4）横撑设置原则

刚架墩的横撑设置由双柱中的长柱决定：当H＜15m时，可不设横撑；当15m≤H≤30m时设一根横撑，横撑中心线距帽梁底0.45H；当H＞30m时，设2根横撑，上层横撑中心线距帽梁底0.3H，下层横撑中心线距基顶或承台顶0.4H。

（5）基础类型

基础为桩基础。

（6）结构计算

采用有限元法空间受力刚架内力分析，利用MIDAS、BSAS等电算程序进行内力分析计算。

（7）配筋

帽梁预应力钢筋满足《铁路桥涵钢筋砼和预应力砼结构设计规范》全预应力混凝土构件的要求。预应力索采用12-15.2高强低松弛钢绞线，抗拉强度标准值fpk=1860MPa。

图5 帽梁预应力钢束布置图

墩柱配筋考虑纵横两个方向的弯矩，并按《铁路桥涵钢筋砼和预应力砼结构设计规范》第5．2．6条考虑弯矩增大系数。

墩柱按内力和最小配筋率控制配筋。

（8）构造及建筑材料

帽梁采用C50预应力钢筋混凝土，支承垫石采用C50钢筋混凝土，墩柱和横撑采用C40钢筋混凝土。

基础：桩基承台采用C35钢筋混凝土。

受力钢筋和构造钢筋采用HRB335钢筋和HPB235钢筋。

墩柱上部钢筋需伸入帽梁，下部钢筋需伸入承台，以保证刚性连接。连接墩柱的承台，其上下缘均设置纵横向构造钢筋网。

3．4 施工顺序及注意事项

3．4．1 下部结构施工顺序

四线铁路桥0#～5#墩台施工应与站台桥0#～5#墩台施工相结合，其余墩台按正常顺序施工。

0#～5#墩台施工顺序为：先施工站台桥的墩台基础，施工完毕回填夯实；再进行四线铁路桥与站台桥相对应墩台的基础、墩台身施工；待四线铁路桥相对应墩台施工完毕之后，方可进行对应的站台桥墩台身施工，尽量减少施工干扰。

3．4．2 架梁和通车运营顺序

四线铁路桥与站台桥的综合架梁顺序：因站台桥的T梁搭接于铁路T梁之上，应先架设四线铁路桥T梁，再架设站台桥T梁。

四线桥架梁和通车运营顺序：考虑近期开站的情况，按前述控制荷载组合进行架梁和运营。架梁必须先架设II、3线，然后再架设1、4线。

3．4．3 注意事项

帽梁预应力钢束采用双向张拉，张拉顺序为N2→N1，待混凝土强度达到设计强度的100%之后方可张拉。

4 结语

为了适应目前山区铁路发展的方向，增加选线的自由度，使多线高墩设计更加安全、合理、经济，本桥设计采用四线双柱式刚架墩上采用预应力盖梁，以达到减小盖梁尺寸、减少墩柱、增加美观性的目的。预应力混凝土盖梁在公路及市政桥梁上广泛运用，设计和施工工艺非常成熟。本桥也是首次在西南山区的多线铁路高桥中采用预应力帽梁，是工程领域一次新的尝试和技术突破。

责任编辑：余咏梅

施工经验

巧换法兰垫

1、损坏部位

在诸多问题中，楼房的消防管道出现问题最多，情况也最为严重和复杂。该楼内共有四道消防管道，其中三道在一楼的总开关部位出现了问题。该开关属于法兰连接式铸铁截止阀，距地面高约60 cm。该消防管道除了一楼为法兰连接外，其他连接部位都为焊接，而且安装时是从下往上依次焊接安装，整条管道根本无法拆卸，给维修带来诸多不便。

2、损坏原因

因天气寒冷，造成管内消防用水结冰。体积膨胀，从而使消防管道产生较大的纵向及横向应力。由于该管道均采用优质国标热镀锌管，强度及韧性均满足使用要求，虽然横向应力并未使管道撑裂。但是在纵向方向上，由于管道自身的冷缩以及水冻冰膨胀对管道的压力，使得管道产生极大的纵向应力，而一楼截止阀的法兰连接处螺栓安装不牢固，只是保证了当时不漏水。因此，管道内一旦产生较大的纵向应力，便使得法兰连接处出现松动和缝隙。与此同时，寒冷使得橡胶垫变硬变脆，韧性大大降低，此时冰的横向压力正好沿缝隙将法兰橡胶垫向外撑裂。

3、维修方法

卸下铸铁阀门，将各个法兰盘表面清理干净，并涂上适量黄油，在截止阀下端(C端)换上新的法兰垫并固定。

关键是另一端，由于C端已经垫上新的法兰垫，故使得D端两法兰盘之间的空隙非常小，橡胶垫很难直接塞进去。可将橡胶垫在热水中烫，然后在橡胶垫圈的一端(B端)绕进内圈粘上塑料胶带(2cm宽较好)。随后在橡胶垫上下两面涂抹黄油。再将法兰垫塞入法兰间(D端)，A端推、B端拉。即使较厚的法兰橡胶垫，亦可顺利塞进法兰之间。安上螺杆，上紧螺母即可。依此方法，其他两处阀门的法兰垫亦顺利更换完毕。

（摘自：《建筑工人》）

Designs for A Four-wire High Bridge of in A Mountainous Railway Station

Four-wire double post steel piers designs are applied for the first time in Longmengou four-wire Bridge,which is 56 meters high,equipped with prestressed concrete cap beam,with the 12-15.2 stranded wire as prestressed cable,and with drilling pile and open cut foundation.A platform bridge,6 meters wide,56 meters high,was set up in advance on the left side of the bridge.And the railway bridge was constructed before the platform bridge.

four-wire high bridges of railway station;four-wire double post steel piers design;prestressed concrete cap beam design;effect of platform bridge

TU442.5+4

A

1671-9107（2010）11-0018-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.11.018

2010-8-27

赖小刚（1975-），四川人，工程师，主要从事桥梁设计工作。