支座在铁路桥梁门式墩中的使用

杜 岩

1 采用门式墩的必要性

近年来,在我国繁忙干线及城际间率先修建客运专线,实现客货分线已达成共识,新一轮铁路建设再掀高潮。铁路建设中为了最大限度地吸引客源,车站的设置尽量靠近城市中心,也意味着桥梁需要穿越城区,而当铁路与城区地面公路交角较小、斜度较大时,或者地面布墩有困难时,门架式墩是一种经济节省的选择。主要表现在采用门架墩后跨径往往可以得到较好的控制。

2 支座在门式墩中的应用

铁路上常用的门式墩有“门”形、“π”形,轻轨中也会用到“h”形,均为全刚接超静定结构。而采用支座进行盖梁与墩柱的铰接,则可以释放掉梁体、列车以及温度应力等引起的弯矩。分别对三种门式墩弯矩情况进行对比,见图 1～图9。

3 应用实例

3.1 概述

海南东环铁路海口高架特大桥桥长21 332.4 m,采用无砟轨道结构,双线整孔箱梁。受线路选线控制,本桥穿越海口市,高架于南海工业大道、龙昆南路两条市内主要干道的中央分隔绿化带之上,多处与桥下公路小角度交叉,该桥的24号～28号墩由公路外侧切入至南海工业大道的中央分隔带中,其中24号墩采用带支座的门式墩结构,墩高16.5 m。

3.2 地质情况

表层为1 m厚的人工填土,基本承载力0.15 MPa;第二层为火山喷发形成的弱风化玄武岩,厚9 m,基本承载力0.7 MPa;底层为粉质黏土,基本承载力0.15 MPa。

该墩位于8度地震区,地震动峰值加速度为0.2g,地震动反应谱特征周期为0.35 s。

3.3 基础设计

采用一般门式墩结构,在基础的设计上存在以下问题:

1)按明挖基础设计,3层基础基底出现拉应力,应力重分布后压应力大于容许应力,不能满足设计要求;采用非常规的4层明挖基础可以满足,但是一方面基底至玄武岩下的粉质黏土层距离不到6 m,另一方面由于该桥墩的墩柱一个靠近路边,另一个位于道路中间的绿化带中,开挖防护工程量大、破坏路面范围大,且公路在施工期间仍然使用,施工存在较大的安全隐患。2)按柱桩基础计算,承台厚2 m,桩长一般不宜小于 6 m,桩底至玄武岩下的粉质黏土层距离不到3 m,不能满足设计要求。3)按摩擦桩基础计算,承台厚2 m,每个柱采用6根1 m桩,桩长47 m才能满足承载力及沉降要求。施工难度大,需要打穿9 m厚玄武岩,且圬工量大。

采用盖梁两端设置支座的门式墩结构,由于柱身仅有支座摩阻力产生的弯矩,采用正常的3层明挖基础即可满足设计要求。

4 设计需注意的问题

1)位于地震区时,由于该桥墩承受了两个半孔梁的荷载,所以在盖梁的防落梁设计强度需大于2倍的梁体防落梁设计强度。2)桥梁的设计年限为100年,支座的设计年限为20年。当支座需要更换时,两端铰接的门式墩需要将该桥墩上相邻的两孔梁同步顶起,才能更换支座,一端铰接的门式墩更换支座需要采用非常规方法解决。

5 结语

在今后的铁路设计,小角度切入公路,高架车站的桥墩设计中将更多的采用门式墩或多跨门式墩结构,在合理的位置采用支座铰接,可以更大限度地节约基础圬工,优化设计。

[1]张 伟,徐志强.更换T梁桥支座的一种施工方法[J].山西建筑,2008,34(6):314-315.