高速铁路简支箱梁施工组织设计研究

武佳佳

（中铁六局集团路桥建设有限公司，山西 晋中030600）

0 引言

为了满足我国高速铁路跨越式的发展需求，增加高铁设计企业的综合竞争能力，工程设计专业必须紧跟国内外先进的核心技术，及时研发并指导高速铁路的设计建设施工。我国在20世纪90年代就已经开始着手高速铁路的研究工作，但是直到21世纪初才真证付诸于实践，代表工程主要有京津城际和武广客运专线项目等。高铁的铺架工程是建设项目总工期的关键，在铺轨设计完成以后，众多的箱梁架设成为了施工设计重点，而受平滑性和整体性以及其它力学方面的影响，我国高铁大多采用中小跨度的简支或者连续梁结。同时，由于高铁受到速度、转弯半径和坡率等方面的限制要求，一般桥梁比重大，并且简支结构比较普遍。在现有的高铁桥梁设计施工中，应用制架梁的施工方案能够达到80%以上。所以，研究高铁简支箱梁的施工技术、工期和规模等具有重要的现实意义。

1 高速铁路简支箱梁的影响因素

（1）高速铁路建设施工的全线工期要求。根据不同的全线工期，我们可以制定不同的制架梁方案。

（2）控制工程的工期。高速铁路桥梁如果横跨江河，那么就会受到地形、水利、通航和孔跨等因素的制约限制，成为控制工程，直接影响了箱梁的施工方案。

（3）工序和工期安排。桥梁的架设必须在路基机床表层的级配碎石施工完成以后的1—2个月开始实施。简支梁应该在设置的工地梁场现场预制，大多采用有轨或者无轨运输，特制架桥机架设，连续梁主要采用支架或吊篮的施工方法。同时，成品梁的架设往往影响无碴轨道铺轨等后序工程安排。

2 设计原则和技术参数

（1）线路情况。双线直曲线上梁，间距5.0m，最小曲线半径R≥5500m。

（2）宽度。两边人行过道的栏杆内侧净距离为13.2m，桥面顶宽为13.4m。

（3）设计的荷载。恒载计算主要有桥面附属设施自重和结构自重，列车竖向活载纵向计算主要采用的是ZK标准活载，动力系数为：

其中：LU为梁的计算宽度，U1为剪力动力系数，U2为弯矩动力系统。

3 材料

（1）混凝土。梁体混凝土为C50，封端混凝土为C40，而保护层的纤维混凝土为C40。

（2）钢筋。N级钢筋应该符合5钢筋混凝土用热轧光圆钢筋6（GB13013），0级钢筋应符合5钢筋混凝土用热轧带肋钢筋6(GB1499)。

（3）防水层。我国高速铁路对桥梁的防水性和耐久性提出了更高的要求，因此我们首先应该保证防水层的材料质量和建设施工质量以及保护层的厚度控制等。

（4）支座。我国高速铁路常常采用跨度梁配套系列的盆式橡胶支座，每孔双线箱梁都采用固定支座，纵向和横向活动支座，多向活动支座。

4 结构形式

我国现在应用的高速铁路简支箱梁都是双线简支箱梁单箱单室截面，主要有下面几个类型。根据轨道的结构分为有碴轨道简支箱梁和无碴轨道简支箱梁。根据预应力的体系分为先张法预应力混凝土简支箱梁和后张法预应力混凝土简支箱梁。根据施工的方法有整孔预制法施工和整孔现浇法施工，跨度通常有20，24，32，40，除了40采用整孔现浇法的施工方法以外，其余均采用整孔预制法。本文研究结构类型都是有碴轨道的简支梁。

5 施工架设

我国在秦沈客运铁路建设中，大吨位的架桥机已经得到了成功应用。架桥机的最大吨位达到了600吨，并取得了宝贵的经验。但是大多数高速铁路简支箱梁的最大吊重为900吨。所以，在对高铁箱梁结构设计的同时，我国多家架桥机的研制单位已经开始了900吨级的高铁架桥机研制。由于架设吨位的不断增加，这就对架设时的指标控制要求更加严格。但是各个架桥机的结构形式不一，对桥梁作用也不尽相同，为了保证假设过程的安全性，我们必须对架设的梁型和运梁车以及架桥机的施工荷载进行检算，以满足架设要求。

6 结构尺寸

6.1 梁端尺寸的优化

现代高铁桥梁的梁端设计在满足结构受力的要求下，还要充分考虑运行期间的检修和维修便利，应满足各种施工方式的可操作性。国外发达国家高速铁路桥梁中，预应力混凝土标准简支箱梁相邻梁端的支座距离在1.3—2.0m，无粘结预应力混凝土槽形梁能够达到3.2m。高速铁路的两端尺寸应充分考虑使用的上支座板的纵向尺寸、锚板高度和封锚的要求等，要减少梁端制作结构和锚具之间的相互影响，进人孔和设备的移入尺寸要方便梁体、支座的日常维修和检查。

6.2 截面形式

京沪铁路的简支箱梁截面形式为双线单箱单室，其梁体的横向刚度大，箱宽的取值对其横向刚度无决定性的作用，是在满足桥面上各个结构要求后，根据箱体本身受力而定。虽然腹板中心线和线路中心线重合时梁体腹板的受力最均匀，但是这种梁体外悬臂大，容易产生震动，所以要尽量减少小桥面的横向悬臂板长度。采用斜腹板时，箱底宽度可以相应的减小，到达顶部适当增大，这可以减少梁体对墩台顶帽的尺寸要求，还可以减少横向悬臂板的长度，使得受力均匀，同时比较美观。

6.3 进人孔设计

高速铁路为了方便维修人员的日常检查维修，对进人孔的设计主要有：（1）底板开洞。这种方法，使得箱梁底板的预应力不能均匀布置，导致梁端底板容易形成横向拉应力区，所以此种方案大多不宜采用。（2）梁端腹板纵向悬臂法。这种方法在两个孔梁之间有很大的操作空间，便于支座的检修，但是要求相邻孔梁支座的间距要大，对墩台的沟槽尺寸要求也要大，不利于桥梁的整体美观。（3）梁端底板中部开槽。这种方案不影响底板的预应力布置，对桥梁的外观造型要求小，便于检修，因此大多高铁桥梁都采用此方法。

6.4 梁端结构

梁端结构尺寸的影响因素众多，不仅要考虑整体简支箱梁的受力情况、结构和外形等，还要很多的施工控制因素需要综合考虑，例如：自动化内模要求的结构空间、顶梁和吊梁的隔墙尺寸以及施工过程中的支点等。实际设计时，从控制支座的不平整量、配置结构抗裂等方面满足模板制造和施工架设的需要。

7 徐变拱度的控制

高速行车对下部结构的平顺度要求比较高，所以京沪高速铁路的设计对结构徐变拱度提出了严格的限制要求，也就是有碴结构为20mm、无碴结构为10mm。因为在实际制梁的时候还要充分考虑徐变变异系数的影响，所以，铁路上预应力混凝土梁实测徐变上拱的变异系数约为13。所以，设计中对那些残余徐变上拱度应该分别按照14mm和7mm予以控制。

预应力混凝土梁的徐变拱度应该通过预应力的形状与施工工艺以及二期恒载上桥时间来控制。所以，为了减少最终的徐变拱度值，二期横载上桥时间可以延长，但是将会导致早期的拱度增大，所以必须根据现场实际要求合理确定二期恒载上桥时间，从而确定结构预拱度和预应力值。

8 耐久性要求

我国高速铁路桥梁在设计时提出了寿命100年的目标。因此，为了保证桥梁结构的耐久性，应该采取以下多种措施：用质量合格的高性能混凝土，严格控制混凝土的配比和添加剂的使用量，保证入模、拆模和养护时的温度指标和时间，进行碱活性试验，加大钢筋保护层厚度和提高防水标准等。

9 结束语

综上所述，笔者从不同的几个方面对高速铁路的设计进行了标准化和系统化分析，希望能够对我国高速铁路的设计和发展提供一定的参考。

［1］铁道专业设计院.京沪高速铁路预应力混凝土简支箱梁设计意见书[Z].北京,2003.

［2］盛黎明,陈良江.秦沈客运专线常用跨度简支梁设计与施工[J].铁道标准设计,2001.

［3］盛兴旺,李志国,邓运清.京沪高速铁路预应力简支箱梁结构参数优选[J].铁道标准设计,2003.