铁路门式刚构桥跨越既有框构桥U型槽的设计与施工

摘 要：本桥设计主要是为满足施工期间不中断既有公路行车需求，采用了门式刚构这种结构形式。文中分别从设计和施工两方面加以介绍。在设计方面，采用空间有限元分析方法，建立“板-桩”模型对结构进行计算分析，考虑桩基刚度对上部梁板结构的影响。在施工方面，采用万能杆件结合型刚支架搭设施工平台进行梁板的施工，支架设计中考虑了公路行车的需求，支架与既有U型槽相连形成倚靠支架，增强了支架的整体稳定性。

关键词：铁路；门式刚构；U型槽；有限元法；型钢支架；既有线防护

中图分类号：U212.33+7 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）26-0110-02

1 概述

本桥位于平齐线K319+156处，既有框构桥为1-12m钢筋混凝土结构，由主桥及两侧U型槽组成。本次在下行侧增加一条货物线，线路中心距离框构主桥边缘7.4m，货物线位于既有U型槽上方。由于此道路为城市主干道，交通量大，不具备封闭及改路条件。本次设计采用门式刚构形式来跨越既有U型槽。

2 门式刚构桥的设计

2.1 桥式

门式刚构的结构形式及与既有U型槽的位置关系见图1、图2所示。门式刚构的顶板跨度（顺线路方向）为22.4m，板宽10.05m，顶板及墙厚均1.2m。基础采用单排钻孔桩基础，桩径1.5m，间距4.0m，钻长32m。

摘 要：本桥设计主要是为满足施工期间不中断既有公路行车需求，采用了门式刚构这种结构形式。文中分别从设计和施工两方面加以介绍。在设计方面，采用空间有限元分析方法，建立“板-桩”模型对结构进行计算分析，考虑桩基刚度对上部梁板结构的影响。在施工方面，采用万能杆件结合型刚支架搭设施工平台进行梁板的施工，支架设计中考虑了公路行车的需求，支架与既有U型槽相连形成倚靠支架，增强了支架的整体稳定性。

关键词：铁路；门式刚构；U型槽；有限元法；型钢支架；既有线防护

中图分类号：U212.33+7 文献标志码：A 文章編号：2095-2945（2017）26-0110-02

2.2 结构计算

采用Midas Civil有限元软件对框架进行结构静力计算。顶板及侧墙均采用板单元进行模拟，共划分540个单元。

（1）荷载及荷载组合

静力计算考虑的主要荷载包恒载、活载、温度、基础变位、风载等。荷载组合包括：

a.恒载：自重、二期恒载、收缩、徐变、基础变位；

b.主力组合：恒载+活载+横向摇摆力；

c.主力+附加力组合：主力+制动力+温度及主力+风力+温度的两种情况。

（2）约束条件

本桥约束考虑了土对桩的作用，采用弹簧来进行模拟。对于弹性桩，弹簧刚度按照《铁路桥涵地基和基础设计规范》中附录D“墩台基础考虑土的弹性抗力的计算”方法进行。首先根据地质情况将桩沿长度方向每隔1m划分一个单元，然后确定每段桩的计算宽度b0，水平地基系数Cy=my，以上两者与节段长度的乘积就是弹簧的水平刚度，水平X/Y方向的刚度相同。对于桩底的弹筑刚度可以由桩的截面积与地基竖向抗力系数C0=mh的乘积得到。

（3）计算结果

强度验算：根据结构受力特性，在主力及主加附作用下分别选取了以下截面检算结构内力：顶板角偶处截面，跨中截面；侧墙检算截面为：侧墙角偶处截面，侧墙底截面。位置见图3。提取出图中控制截面的板单元在不同荷载组合下的轴力、弯矩、剪力之和作为截面检算内力。对MIDAS提取出的内力进行并发力分析，分别得到单项荷载效应下轴力、弯矩、剪力最值时对应截面内力。最后对单项效应进行荷载组合，不同组合下对于有利荷载不予加载。

经计算，钢筋及混凝土应力均满足规范要求，主力作用下最大裂缝宽度为ωf=0.16mm，主加附作用下最大裂ωf=0.20mm，均满足规范要求。

结构变形验算：钢筋混凝土结构截面刚度按0.8EI计算。静活载所引起的最大竖向挠度（跨中）S=5.7mm≤L/800=25mm满足规范要求。由恒载+列车竖向静活载引起的变形为13.75mm，根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》当由恒载及静活载引起的竖向挠度等于或小于15mm或跨度的1/1600时，可不设预拱度。

2.3 基础设计

本桥地质条件较差，承台底以下为深厚的粉质粘土及粉砂层。受场地限制，设计采用单排钻孔桩基础。本桥承台可看作墙下条形基础，按例置弹性地基梁计算承台梁内力。验算侧墙和基桩对承台的冲切承载力，以确定承台的厚度。

单排桩基础的沉降计算按承台底地基土不分担荷载的桩基考虑。桩端平面以下地基中由基桩引起的附加应力，按考虑桩径影响的Mindlin解计算，考虑计算点处桩产生的附加应力的叠加，采用单向压缩分层总和法计算土层沉降，并计入桩身压缩量。

3 门式刚构桥的施工

3.1 施工方案介绍

本桥U型槽与门式框架侧墙间采用万能杆件搭设支架法施工对应部分的梁板。由于施工期间不能中断公路行车，因此，既有U型槽上方的梁板不适用满堂支架法施工，故采用了型钢搭设临时支撑形成施工平台，支架留有足够空间，单向机动车道净宽不小于3.5m，满足车辆通行条件。

3.2 支架设计

支架立柱采用φ609×12mm钢管，钢柱支点按照等面积法设于每份截面的重心处。顺线路方向布置3排，排距5.25m；横桥向每排布柱4根，柱间距3.0m。每排钢立柱顶端搭设双拼50a工字钢横梁并采用U型螺栓连接。横梁上搭设40a工字钢分配梁，间距0.5m。分配梁上设置调整木楔及钢模板，具体见图4。本支架采用了倚靠式，既U型槽侧锚固20a工字钢与边跨立柱焊连，充份利用既有结构来提高支架的整体稳定性。

经计算，支架构件应力安全系数大于1.3，稳定安全系数大于1.5，均满足《铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬臂浇筑施工技术指南》的要求。

3.3 支架预压

底模板安装完成后对支架进行静载预压，以检验支架及地基的强度和稳定性，消除支架的非弹性变形和地基沉降变形。预压期间除观测支架变形外还需加强对既有U形槽变形的观测。支架的预压荷载采用不小于1.1倍的最大施工荷载。加载时分三次进行，分别为总荷载量的60%、100%、110%。

3.4 施工防护

本桥为毗邻既有线施工时应采取必要的防护措施。采用φ=1.0钻孔防护桩，桩长14m，间距1.2m，在靠近既有线一侧（基础边至桩边0.6m）呈“八”字形布置，桩顶设置冠梁。施工期间列车限速慢行45km/h。

4 结束语

在既有路基拓宽增线工程中，对于框构桥的改建，多采用D型施工便梁加固，凿除既有翼墙，再对孔接长的方案，这种施工方案的前提条件是既有的公道需要封闭改移后方可进行施工。但在很多情况下，由于下穿道路为城市主道，交通繁忙不具备封闭或改道条件，在这种情况下，按原结构形式接长的方案就无法实施了。采用门式框架结构可以很好地解决这个问题，但时在设计过程中，要充分考虑到既有铁路及公路的防护。施工中，现浇支架应留由最够的净空保证公路行车。本文对类似工程有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]殷涛.严寒地区铁路隧道的病害成因与根治措施[J].铁路建筑技术，2005（6）：35-38.

[2]赫广成.严寒地区铁路隧道的病害整治的体会[J].铁道标准设计，1992（10）：31-32.

[3]徐卓宁.寒区铁路运营隧道渗漏水检测与整治技术[J].铁道建筑，2014（7）：73-76.

[4]李航.浅谈既有铁路隧道渗漏水病害整治设计方法[J].科技创新与应用，2017（4）：240.endprint