跨石長既有線沅江特大橋墩門式支架設計研究

于東洋

(中鐵三局集團有限公司 ，四川成都 610031)

1 工程概述

既有石長線為電氣化雙線客貨共線鐵路，施工區域內常益長鐵路與石長鐵路并行，間距3.88～20 m不等；設計時速160 km/h，如圖1所示。沅江特大橋跨石長鐵路(32+90×2+32) m拱承斜拉橋位于位于湖南省常德市武陵區，橋梁起點里程為DK9+335.49(對應石長線里程為K88+916.49)，終點里程為DK9+581.19(對應石長線里程為K89+162.19)，全長245.7 m，處曲線半徑R=2800m圓曲線上。橋址于DK9+370～DK9+530(對應石長線里程為K89+951～K89+111)跨越既有石長鐵路，與既有鐵路夾角約18 °[1]。地質分層描述：地層自上向下分別為：雜填土、粉質黏土、細圓礫土、泥巖。

2 墩門式墩支架設計概況

邊墩及輔助墩采用矩形雙柱墩，墩頂設橫梁。其中207#墩結構如圖1所示。

圖1 207#墩結構(單位：cm)

門式墩蓋梁截面高度 4 m，寬度 3.8 m，門型跨度 8.6 m。施工時門式墩頂部一次澆筑。底模采用木模結構，支架采用鋼管立柱支架結構。其支架布置如圖2所示。

圖2 支架布置(單位：cm)

3 計算參數

3.1 采用允許應力法進行驗算[2]，具體參數如下：

(1)Q235B鋼參數：容許彎曲應力[σ]=140MPa，容許剪應力[τ]=80MPa。

(2)Q345B鋼參數：容許彎曲應力[σ]=210MPa，容許剪應力[τ]=100MPa。

(3)貝雷梁容許承載力如表1所示。

表1 321 型貝雷梁桿件特性

(4)鋼彈性模量Es=2.05×105MPa; 各荷載組合系數均為 1.0。

3.2 計算荷載

(1)混凝土澆筑荷載：橫梁面積為15.2 m2，長約8.6 m，混凝土密度按2.6 t/m計。橫梁自重為15.2×8.6×2.6=340t。

(2)風荷載：為考慮最不利狀況，這里考慮風荷載影響[3]，根據TB 10002.1-2005《鐵路橋涵設計基本規范》，風荷載強度按下式開展W=K1K2K3W0，式中K1為風荷載體型系數，對于圓形界面取值為0.8，對于舉行矩形截面取值為1.3；K2為風壓高度變化系數，取值1.0；K3為地形、地理條件系數，取值1.0；W0為基本風壓值，取值0.3 kN/m2；則支架迎風面荷載為：

F=WA=1.3×1.0×1.0×0.4×2.0×8.6×0.3=2.7kN(以集中力的形式作用與鋼管立柱頂部)。

(3)施工荷載 橋梁工程:4 kPa。(4)結構自重 模型自動計入，考慮 1.2 的自重系數。

4 計算結果分析

4.1 竹膠板計算

橫梁厚度 4.0 m，底部采用 100 mm×100 mm 木方,間距 200 mm，竹膠板為厚度15 mm，計算凈跨徑 0.1 m，取 1 m 寬板單元，按三跨連續梁進行計算：

4.2 木方計算

橫梁木方間距 200 mm，橫梁高 4.0 m，底部分配梁水平間距 750 mm，按三跨連續梁進行計算，其最大彎曲應力：

4.3 支架驗算

貝雷片及鋼管支架建立整體模型計算，模型如圖3所示。

圖3 支架整體模型

4.3.1 貝雷梁計算

計算結果如表2所示。

表2 貝雷梁桿件及內力計算值

模型計算貝雷梁位移云圖如圖4所示。

圖4 貝雷梁支架豎向位移

根據上面的計算可以看出，貝雷片支架受力滿足要求，最大豎向位移：

6.2 mm<5500/4=13.8 mm。

4.3.2 樁頂分配梁計算

樁頂分配梁位于鋼管支架柱頭上方處，結構為 3I32b，其計算結果如圖5～圖7所示。

圖5 組合應力(max:105MPa)

圖6 剪應力(max:56.7MPa)

圖7 豎向位移(max:3.3mm)

樁頂分配梁最大彎曲應力 105 MPa<140 MPa，最大剪應力 56.7 MPa<80 MPa，最大位移 3.3 mm<2500/400=6.2 mm，受力滿足要求。

4.3.3 鋼管支架計算

鋼管立柱受力計算結果如圖8、圖9所示。

圖8 鋼管立柱應力(單位：MPa)

圖9 位移等值線(單位：mm)

鋼管柱最大應力 72.5 MPa，最大位移值為 2.6 mm，變形滿足施工要求。

4.4 鋼管柱穩定性計算

鋼管柱穩定性計算結果如圖10、圖11所示。

圖10 鋼管支架軸力(單位：kN)

圖11 鋼管彎矩(單位：kN · m )

φ=0.90

計算結果為79.3 MPa，小于140 MPa，滿足φ609 mm 鋼管抗壓彎承載力要求。

5 施工要點

207#、208#、210#、211#墩共計8個墩柱(門式墩)，4個蓋梁。墩柱鋼筋綁扎由機械配合人工進行，墩四周搭設雙排簡易施工腳手架平臺，垂直運輸采用汽車起重機提升，泵送混凝土分層連續澆筑，機械振搗，一次澆筑混凝土。模板采用定型鋼摸板[4]。為保證墩柱鋼筋及模板的穩定性，需在遠離鐵路的位置拉設不小于三道纜風繩。蓋梁采用滿堂支架法施工，垂直運輸采用汽車起重機提升，泵送混凝土分層連續澆筑，機械振搗，一次澆筑混凝土[5-6]。

6 結束語

新建常益長鐵路沅江特大橋(32+90+90+32)m拱承斜拉橋跨越既有石長鐵路，大橋門式墩的支架設計更是影響施工安全的重要因素。本文通過數值計算，對竹膠板、木方、支架以及鋼管柱的受力進行驗算，門式墩現澆支架結構受力滿足施工要求。最后分析大橋門式墩的施工要點，要求施工時門式墩頂部混凝土一次澆筑。底模采用木模結構，支架采用鋼管立柱支架結構。研究成果以期為類似工程提供參考。