连盐铁路黄沙港特大桥主桥下部结构设计

王　勇

(中铁第五勘察设计院集团有限公司桥梁设计院,北京　102600)



连盐铁路黄沙港特大桥主桥下部结构设计

王勇

(中铁第五勘察设计院集团有限公司桥梁设计院,北京102600)

摘要：黄沙港特大桥是新建连盐铁路跨越黄沙港的一座双线特大桥,主桥采用(60+100+60)m预应力混凝土连续梁,受行洪影响,位于河道中的主墩采用圆形墩。针对圆墩顶帽悬臂短及承台为薄八边形台体的结构特点,分别用牛腿法及“撑杆-系杆体系”对结构进行设计计算,并对桥梁下部结构形式及设计要点进行阐述,简要介绍主墩基础施工方案。

关键词：双线铁路桥；下部结构；圆墩；悬臂顶帽；基础；设计

1概述

黄沙港特大桥是新建连云港至盐城铁路的重要组成部分，位于江苏省盐城市岗东镇，主桥桥位距下游黄沙港闸水文站34.5 km，距连盐铁路终点盐城北车站16.7 km。桥址处为里下河沿海垦区，地形平坦、开阔，地层主要为第四系全新统冲积和上更新统冲洪积黏土、粉质黏土、粉土、粉砂。桥梁全长5 962.95 m，其中主桥采用跨度为(60+100+60) m的预应力混凝土连续梁；连云港侧引桥采用123孔32 m及3孔24 m预应力混凝土简支T梁；盐城侧引桥采用50孔32 m预应力混凝土简支T梁。主桥立面布置见图1。

图1　主桥立面布置(单位：cm)

2主要技术标准

铁路等级：国铁Ⅰ级；

正线数目：双线；

速度目标值：200 km/h；

主桥上线路条件：2.5‰及5‰的变坡道、直线；

设计荷载：中—活载。

桥位处黄沙港设计流量及水位：Q1/100=750 m3/s，H1/100=2.24 m。

通航要求：Ⅳ级航道，净宽×净高为70 m×7.5 m，最高通航水位1.83 m。

地震参数：地震动峰值加速度0.1g，场地基本烈度7度，反应谱特征周期0.75 s。

3下部结构设计

3.1桥墩结构形式3.1.1主墩

江苏省水利厅及盐城市水利局对连盐线桥梁跨越黄沙港的防洪要求：侵入设计水位线的桥墩采用圆形桥墩，墩底截面直径不超过6 m。127、128号墩位于河道中，桥墩按直坡、圆形截面设计，截面直径6 m，为了满足墩顶安放连续梁支座及检查梯的要求，墩顶设计为悬臂顶帽，顶帽根部高5 m，端部高2 m，横向宽11 m，根部纵向长6 m，端部纵向长4 m，127、128号墩顶帽以下墩身高度分别为7 m、5.5 m，墩身与梁部构造比例协调，造型优美。其中，128号墩构造见图2。

图2　127号主墩构造(单位：cm)

3.1.2交接墩

连续梁左右侧边跨均与32 m预应力混凝土简支T梁相接，交接墩尺寸除满足构造及受力要求外，尚考虑了上下部结构尺寸比例协调、造型简洁明快的美观要求。桥墩采用圆端形截面，设计为直坡，截面纵向长4 m，横向宽11 m，偏向简支梁侧设置0.35 m偏心，桥墩顶部靠简支梁侧设纵向长1.65 m、高1.95 m的超高，126、129号墩墩高分别为10、8.5 m。交接墩构造见图3。

图3　交接墩构造(单位：cm)

3.2桥墩设计要点3.2.1墩身设计

(1)纵向水平力计算

梁体收缩徐变、温度变化、列车制动力或牵引力及长钢轨力对桥墩产生的纵向水平力按照固定支座“不固定”，活动支座“不活动”的原则来考虑[1]，且以静摩阻力作为活动支座是否滑移的控制条件。计算支座摩阻力时采用恒载作用下的竖向力，支座静摩阻系数采用0.05，残余摩阻系数采用0.03，如果支座滑移，则再次分配纵向力时采用支座残余摩阻力。计算活动墩时采用静摩阻力，计算固定墩时采用残余摩阻力。

各种工况的纵向水平力在梁上组合后再按刚度分配到各墩，并根据组合性质分别与各墩梁体收缩徐变或升降温产生的力组合。

(2)荷载计算

黄沙港特大桥按中—活载设计。下部结构设计荷载包括：恒载、列车竖向静活载、长钢轨纵向水平力、列车横向摇摆力、制动力、风力、地震力、长钢轨断轨力、流水压力及船撞力[2]。墩身计算荷载分别按照主力、主力+附加力、主力+特殊荷载进行组合。其中，128号墩墩底截面控制外力计算结果见表1。

表1　128号墩墩底截面控制外力

注：Px为顺桥向剪力；Py为横桥向剪力；N为竖向力；Mx、My、Mz分别为绕x、y、z方向的弯矩。

(3)墩身配筋设计

墩身按偏心受压构件进行截面验算，压杆计算长度按一端刚性固定另一端自由考虑[3]。根据计算结果，127、128号主墩采用364φ32 mm钢筋(HRB335)，箍筋采用φ12 mm钢筋(HRB335)；交接墩采用174φ16 mm(HRB335)，箍筋采用φ12 mm。

3.2.2主墩悬臂顶帽设计

从结构设计和构造上分析，悬臂顶帽是主墩的关键部位。

(1)荷载计算

悬臂顶帽亦按中—活载设计。其设计荷载包括：恒载(含预加力、混凝土收缩和徐变影响)、列车竖向静活载、列车横向摇摆

在项目选址过程中将相关指标因子按照隶属关系划分为不同的层次结构，采用层次分析法来确定指标因子的权重[9]。具体过程如下：

力、风力及地震力。根据文献[2]，计算荷载分别按照主力、主力+附加力、主力+特殊荷载进行组合。其中，128号墩悬臂顶帽上设固定支座的垫石顶控制外力计算结果见表2。

表2　128号墩悬臂顶帽上设固定支座的垫石顶控制外力　kN

(2)配筋设计

根据结构构造及受力特点，采用牛腿计算办法对结构进行配筋计算[4]。计算时，预应力按等效节点荷载施加于悬臂端部，方向指向墩身。根据计算，128号墩悬臂顶帽设3排φ32 mm钢筋(HRB335)，每排25根，其中，第1、2排钢筋竖向并置设置，顶层钢筋距顶帽顶10 cm，第3排钢筋距顶帽顶29.3 cm；预应力钢筋采用7-φj15.2 mm钢绞线，共设3排，每排6束，张拉控制应力σcon=1 200 MPa≤0.75fpk=1 395 MPa[4]，各排预应力筋距顶帽顶分别为40、100、160 cm；同时，根据文献[4]要求，配置了足够数量的水平箍筋及弯起钢筋。

桥墩悬臂顶帽配筋示意见图4。

图4　桥墩悬臂顶帽配筋示意(单位：cm)

3.2.3基础设计

同墩身及悬臂顶帽设计，基础计算荷载亦按主力、主力+附加力、主力+特殊荷载进行组合，并分别对控制桩长及桩身截面应力的荷载进行组合。其中，128号墩基础控制荷载见表3。

表3　128号墩基础控制荷载(基底外力)

(2)基础设计

交接墩基础采用10φ125 cm钻孔灌注桩，梅花形布置，纵向3排、横向6排，桩长69～70 m，承台尺寸8.3 m×12.8 m×2.5 m；主墩采用14φ180 cm钻孔灌注桩，桩长91～92 m，承台采用分台阶的八边形台体，128号墩基础构造见图5。

本桥主墩承台不满足“承台板底面处桩顶的外缘位于自承台板顶面处墩台身外缘向下按45°角扩散的范围内[5]”的要求，故承台短悬臂按“撑杆-系杆体系”进行撑杆抗压及系杆抗拉承载力的检算，并相应地对承台斜截面抗剪、桥墩向下及桩基向上冲切承台的冲切承载力进行了验算[6-7]。根据计算结果，下层承台底面纵横向均布置双层φ25 mm(HRB335)钢筋，钢筋间距10 cm，承台侧面、顶面及第一层承台均按文献[4]配置构造钢筋。

图5　128号墩基础构造(单位：cm)

(3)沉降计算

本桥主桥梁部按边、中相邻支座不匀沉降差不超过2 cm设计。根据文献[5，8]，将桩基视作实体基础对边、中墩的总沉降量进行了计算，126～129号墩沉降计算深度分别取25、30.6、31.8 m及25 m[9]，最终沉降量分别为15.05、32.69、32.71 mm及15.65 mm，相邻墩台均匀沉降量之差最大17.64 mm，满足上部结构受力要求。

4主墩基础施工要点

127、128号主墩均位于河边，常水位深分别为3.68、2.77 m，常水位距承台底高差分别为8.4 m、7.2 m。基础采用插打钢板桩防护施工，并优先搭设钢栈桥，主墩基础主要施工顺序如下[10]：

搭设钢栈桥→定位并吊放围囹→打定位桩固定围囹→围囹上搭平台、安钻机→打钢板桩→钻孔灌注桩→吸泥、开挖基坑→桩基检测→验坑、封底→抽水、修筑承台及墩身。

主墩承台为大体积混凝土结构，施工时应采取有效措施减少混凝土水化热[11]，并按规范要求通水降温，以确保承台混凝土的质量。桩基及墩身施工应注意预留钢筋及临时支撑钢筋埋设，保证其连接部位的整体性。

5结语

黄沙港特大桥是连盐铁路重难点工程之一，其主桥位于深厚软土地基上，墩台基础采用异型结构，技术含量高，施工难度大。在其下部结构设计中，综合考虑了通航、行洪、受力及整体构造的要求，经过严密思考与计算，最终形成了一个安全适用、结构合理、形式美观的设计，并为类似桥梁下部结构设计提供了一种新思路[12]。

参考文献：

[1]陈晓波，沈文进.连续梁桥墩纵向水平力计算分析[J].交通科技，2003(3)：4-6．

[2]中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范[S].北京：中国铁道出版社，2005．

[3]中华人民共和国铁道部.TB10002.3—2005铁路桥梁钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005．

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010—2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010．

[5]中华人民共和国铁道部.TB10002.5—2005铁路桥涵地基和基础设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005．

[6]中华人民共和国交通部.JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004．

[7]娄宇欣.客运专线桥梁承台板配筋设计的探讨[J].铁道标准设计，2010(11)：56-59.

[8]李聪林.时速200 km铁路桥梁桩基在高烈度地震软土地区设计及沉降控制的基本特点.[J].铁道标准设计，2010(4)：19-23.

[9]田万俊，马建林.黏性土地区高速铁路桥梁桩基础沉降计算方法研究[J].铁道标准设计，2013(4)：55-59.

[10]凌志平，易经武，洪毓康.基础工程[M].北京：人民交通出版社，2004．

[11]胡炜.大体积混凝土预埋冷却水管降温施工技术[J].铁道建筑技术，2013(6)：24-27.

[12]常丽慧，王祯.青藏铁路拉萨河特大桥下部结构设计[J].桥梁建设，2005(5)：28-30.

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

中图分类号：U441+.2

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.01.017

文章编号：1004-2954(2015)01-0070-04

作者简介：王勇(1984—)，男，工程师，2009年毕业于兰州交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士，E-mail：wangyong@t5y.cn。

收稿日期：2014-04-09； 修回日期：2014-05-16