安庆市外环北路下穿宁安城际立体交叉工程设计

2016-06-12储胡照

工程与建设 2016年1期

关键词：受力分析设计方案

储胡照

(中铁上海设计院集团合肥有限公司，安徽合肥　230011)

安庆市外环北路下穿宁安城际立体交叉工程设计

储胡照

(中铁上海设计院集团合肥有限公司，安徽合肥230011)

摘要：以安庆市外环北路下穿宁安城际立体交叉工程为研究对象，从桥型特点、方案研究等方面具体阐述该桥的设计方案，并通过对全桥模型的计算得出该类桥的受力特性及内力分布特点，为同类项目的设计提供参考。

关键词：下穿高铁；设计方案；受力分析

安庆市外环北路位于安庆市东北部,全长14.93 km,横贯西北-东南。外环北路在18 km+509.4 m与宁安城际铁路交叉,宁安城际铁路桩号为252 km+670.130 m,交叉角度为81°46′55″,该段宁安城际铁路为32 m后张法预应力混凝土双线箱梁。目前,该段铁路桥下遗留施工便道,主要为杂填土,施工单位没有外运,采用在铁路征地地界内摊平,填土平均高度约为5.5 m左右。拟建的外环北路下穿宁安城际铁路,从22#、23#、24#号桥墩分幅下穿,断面采用双向八车道主线+非机动车道+人行道的形式(图1)。

图1　立面布置图

1总体设计

宁安城际铁路荔塘河特大桥22#桥墩～24#桥墩相邻承台间垂线距离为27.92 m,22#桥墩承台尺寸为4.8 m×10.08 m,基础为8根Φ1.0 m嵌岩桩,23#桥墩承台尺寸为4.8×10.08 m,基础为8根Φ1.0 m嵌岩桩,23#桥墩承台尺寸为5.0×10.28 m,基础为8根Φ1.25 m嵌岩桩。

安庆市外环北路道路路幅为58.4 m,双向八车道,两侧设有非机动车道及人行道。由于宁安城际铁路相邻承台间沿道路垂线距离均小于道路规划路幅,因此本工程道路采用左右幅道路分别从桥下一跨内居中穿越宁安城际铁路(图2)。

图2　平面布置图

高速铁路对桩基沉降要求严格,为避免新建道路结构自重和汽车荷载对既有铁路桩基产生附加压力,影响铁路桩基沉降及水平变形,从而进一步影响铁路运营安全,方案应选择桥梁施工等对铁路行车安全威胁最小的方案。并考虑设计水位等因素,采用多跨门式刚构[1-4]从铁路桥下通过。

2计算模型及受力分析

2.1模型建立

本次设计模型采用3×20 m,梁高1.1 m,梁长60 m。主梁采用分幅布置。单幅梁顶宽25.5 m,底宽24.0 m。其下为钻孔桩基础,桩径1.0 m。

对于多跨门式刚构桥来说,由于属于超静定结构,其下部结构必然是极为重要,尤其是对于桥墩的厚度和高度来说,其更是极为关键,因此,桥墩结构尺寸的拟定,其直接关系到整体桥梁结构的受力特点,但是在实际的桥梁下部结构拟定过程中,其桥墩高度是不能够随意设定的,往往需要针对实际情况进行恰当的设定,保障其在运营后发挥出其应有的作用和价值,但是在该项目中,因为其现场的特殊性,其高度的可调整性比较突出的,设计时就针对现场的具体情况对该桥的下部结构高度进行合理的设定,促使其表现出较为理想的经济性和安全性效果。因此,提出了两个不同的方案,并分别采用桥梁博士软件建立模型,进行计算,全桥划分71个梁单元(图3)。

图3　计算模型

方案一:不设置桥墩,由桩基、路基土体与钢筋混凝土承载板、帽梁组成地面桥连续桩板结构,它充分利用桩与土、板与土之间的共同作用来满足强度与变形要求[5-7],是介于桥梁与路基之间的一种特殊的结构形式。一般来说,在桥梁竣工时,相对应的路基土体和板是紧密连接的,也正是因为这种紧密连接才能够较好地发挥路基的承载能力,但随着项目的运营,活载的不断往复作用,可能出现脱空现象,从而改变起初的受力体系。计算模拟时可将地基土对板的支撑可视为安全储备,即不考虑地基土对板的支撑作用。

方案二:桥墩高度为5 m,将桥墩和梁板进行刚性连接,从力学角度来看,这种刚性连接的影响也是极为突出的,正是因为这种刚性连接的参与,受力体系发生了较大的改变,使结构在温度、沉降、收缩徐变等因素的作用下,产生较大的次内力。为使其受力状况满足使用要求,应使下部机构有较大的柔度来抵抗上部结构的荷载。

2.2桩基础的模拟

对于这种桩基础的模拟工作来说,其具体的计算是比较核心的一个方面,只有保障计算的准确性才能够提升其模拟的准确性,在该项目中,通过柱底加设1个竖直梁单元和1个水平边界单元,等效模拟整个桩基础,所采用的基本计算图式见以下公式[8-10]。

等效竖直单元长度:L=3H11/(2H13);

等效竖直单元顺桥向宽度:b=(12I/A)1/2;

等效竖直单元横桥向宽度:a=A/b。

其中,H11为在承台顶作用单位水平力时承台顶产生的水平位移(H11>0);H13为在承台顶作用单位水平力时承台顶产生的转角位移;H22为在承台顶作用单位竖直力时承台顶产生的竖向位移(H22>0);H31为在承台顶作用单位力矩时承台顶产生的水平位移(H31>0);H33为在承台顶作用单位力矩时承台顶产生的转角位移(H33>0)。

2.3计算结果

针对上述的两个方案进行详细的分析,其具体的图示如下,从图4中可以看出,桩板结构最大负弯矩出现在墩顶位置,为60 578 kN·m,最大正弯矩出现在边跨的跨中位置,为43 028 kN·m。