支座在鐵路橋梁門式墩中的使用

杜 巖

1 采用門式墩的必要性

近年來,在我國繁忙干線及城際間率先修建客運專線,實現客貨分線已達成共識,新一輪鐵路建設再掀高潮。鐵路建設中為了最大限度地吸引客源,車站的設置盡量靠近城市中心,也意味著橋梁需要穿越城區,而當鐵路與城區地面公路交角較小、斜度較大時,或者地面布墩有困難時,門架式墩是一種經濟節省的選擇。主要表現在采用門架墩后跨徑往往可以得到較好的控制。

2 支座在門式墩中的應用

鐵路上常用的門式墩有“門”形、“π”形,輕軌中也會用到“h”形,均為全剛接超靜定結構。而采用支座進行蓋梁與墩柱的鉸接,則可以釋放掉梁體、列車以及溫度應力等引起的彎矩。分別對三種門式墩彎矩情況進行對比,見圖 1～圖9。

3 應用實例

3.1 概述

海南東環鐵路海口高架特大橋橋長21 332.4 m,采用無砟軌道結構,雙線整孔箱梁。受線路選線控制,本橋穿越海口市,高架于南海工業大道、龍昆南路兩條市內主要干道的中央分隔綠化帶之上,多處與橋下公路小角度交叉,該橋的24號～28號墩由公路外側切入至南海工業大道的中央分隔帶中,其中24號墩采用帶支座的門式墩結構,墩高16.5 m。

3.2 地質情況

表層為1 m厚的人工填土,基本承載力0.15 MPa;第二層為火山噴發形成的弱風化玄武巖,厚9 m,基本承載力0.7 MPa;底層為粉質黏土,基本承載力0.15 MPa。

該墩位于8度地震區,地震動峰值加速度為0.2g,地震動反應譜特征周期為0.35 s。

3.3 基礎設計

采用一般門式墩結構,在基礎的設計上存在以下問題:

1)按明挖基礎設計,3層基礎基底出現拉應力,應力重分布后壓應力大于容許應力,不能滿足設計要求;采用非常規的4層明挖基礎可以滿足,但是一方面基底至玄武巖下的粉質黏土層距離不到6 m,另一方面由于該橋墩的墩柱一個靠近路邊,另一個位于道路中間的綠化帶中,開挖防護工程量大、破壞路面范圍大,且公路在施工期間仍然使用,施工存在較大的安全隱患。2)按柱樁基礎計算,承臺厚2 m,樁長一般不宜小于 6 m,樁底至玄武巖下的粉質黏土層距離不到3 m,不能滿足設計要求。3)按摩擦樁基礎計算,承臺厚2 m,每個柱采用6根1 m樁,樁長47 m才能滿足承載力及沉降要求。施工難度大,需要打穿9 m厚玄武巖,且圬工量大。

采用蓋梁兩端設置支座的門式墩結構,由于柱身僅有支座摩阻力產生的彎矩,采用正常的3層明挖基礎即可滿足設計要求。

4 設計需注意的問題

1)位于地震區時,由于該橋墩承受了兩個半孔梁的荷載,所以在蓋梁的防落梁設計強度需大于2倍的梁體防落梁設計強度。2)橋梁的設計年限為100年,支座的設計年限為20年。當支座需要更換時,兩端鉸接的門式墩需要將該橋墩上相鄰的兩孔梁同步頂起,才能更換支座,一端鉸接的門式墩更換支座需要采用非常規方法解決。

5 結語

在今后的鐵路設計,小角度切入公路,高架車站的橋墩設計中將更多的采用門式墩或多跨門式墩結構,在合理的位置采用支座鉸接,可以更大限度地節約基礎圬工,優化設計。

[1]張 偉,徐志強.更換T梁橋支座的一種施工方法[J].山西建筑,2008,34(6):314-315.