高速鐵路現(xiàn)澆簡支梁支架體系設(shè)計

許瑞華

摘 要：隨著經(jīng)濟和科技水平的快速發(fā)展，在高速鐵路選線和縱斷面勘察設(shè)計時，線路平面和縱斷面受地質(zhì)、環(huán)保、江河、道路立交等多方面因素影響，有時會出現(xiàn)較長段落的高橋。如果采用常規(guī)跨度簡支梁會出現(xiàn)高墩密布的現(xiàn)象，景觀效果差，同時橋墩工程費用占比大，橋梁工程投資不經(jīng)濟。因此，應(yīng)對大跨度簡支梁橋與常用跨度簡支梁橋的工程投資進行對比，在梁、墩、基礎(chǔ)滿足高速鐵路設(shè)計規(guī)范限值要求下，得出更經(jīng)濟的橋梁跨度方案。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆梁;支架體系;設(shè)計方案

0 引言

我國高速鐵路橋梁約占線路總長55%，主要以預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁和現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為主，其中標準跨度簡支梁占全部橋梁長度的90%以上。經(jīng)過多年的技術(shù)創(chuàng)新和積累，我國已經(jīng)構(gòu)建了標準梁式橋成套技術(shù)體系。回顧了我國鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土梁的發(fā)展歷程，對高速鐵路橋梁技術(shù)參數(shù)體系、剛度和變形控制設(shè)計技術(shù)、制運架建造技術(shù)等進行總結(jié)和思考。基于高速鐵路標準梁式橋應(yīng)用經(jīng)驗的積累和信息化、智能化鐵路建設(shè)需求，分析了未來的發(fā)展方向，提出既有標準梁優(yōu)化及應(yīng)用智能建造、運維技術(shù)的建議。

1 預(yù)制大跨度簡支梁的意義

橋梁技術(shù)的發(fā)展和進步成為我國高速鐵路建設(shè)工程中的重大技術(shù)突破，并形成了我國自有的技術(shù)標準體系。隨著高速鐵路建設(shè)的發(fā)展，橋梁設(shè)計理論和建設(shè)技術(shù)也在逐步完善和發(fā)展，其中基于預(yù)制架設(shè)施工模式的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁就是其中重要發(fā)展方向之一。我國高速鐵路建設(shè)規(guī)模大，橋梁數(shù)量多，設(shè)計、施工技術(shù)成熟，并依托聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作積累了豐富的試驗數(shù)據(jù)，對于高速鐵路橋梁的建設(shè)和發(fā)展也積累了充足的技術(shù)儲備。根據(jù)近年來高速鐵路常用跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的設(shè)計和試驗研究成果，我們對簡支梁的設(shè)計理論有了更為深刻的認識，為高速鐵路（時速250 km及以上）大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的進一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。高速鐵路跨越河流、溝谷的高墩橋梁以及軟基沉陷地區(qū)的深基礎(chǔ)橋梁，下部結(jié)構(gòu)造價在橋梁建設(shè)費用中的比重較大，大量使用跨度32 m簡支梁時經(jīng)濟性較差;跨度>32 m時若只能采用原位澆筑的簡支梁橋或者連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋，經(jīng)濟性也較差，且質(zhì)量不易控制。發(fā)展跨度40 m及以上預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，并采用集中預(yù)制、運梁車移運、架橋機架設(shè)的施工模式，將顯著提高橋梁的經(jīng)濟性。我國高速鐵路發(fā)展跨度40 m及以上、采用預(yù)制架設(shè)施工模式的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁技術(shù)，不但能夠提高簡支梁橋的跨越能力，還能夠擴大簡支梁橋的適用范圍，并具有一定的技術(shù)、經(jīng)濟優(yōu)勢。

2 現(xiàn)澆簡支梁及其支架設(shè)計方案

2.1 樁的布置形式、樁間距和承臺設(shè)計

（1）樁的排列可采用行列式或梅花式的布置形式。（2）鉆（挖）孔灌注摩擦樁的中心距不應(yīng)小于2.5倍設(shè)計樁徑，鉆（挖）孔灌注柱樁的中心距不應(yīng)小于2倍設(shè)計樁徑。（3）各類樁的承臺邊緣至最外一排樁的凈距，樁徑不大于1 m時，凈距不應(yīng)小于0.5d（d為鉆孔灌注樁設(shè)計樁徑），且不應(yīng)小于0.25 m;樁徑大于1 m時，凈距不應(yīng)小于0.3d，且不應(yīng)小于0.50 m。（4）承臺厚度不宜小于1.5 m，混凝土強度等級不應(yīng)低于C30。（5）承臺樁基布置需滿足基礎(chǔ)剛性角：橋墩墩底邊緣至最外一排樁的凈距與承臺高度之比不大于45°。

2.2 現(xiàn)澆梁支架設(shè)計方案

現(xiàn)澆簡支梁支架采用梁柱式支架形式，由下部鋼管立柱和上部工字鋼及貝雷梁組合而成。承臺施工時，在承臺頂面相應(yīng)位置預(yù)埋鋼管立柱相關(guān)預(yù)埋件，當墩身施工完成時，安裝立柱;立柱結(jié)構(gòu)是630×10 mm的鋼管，用20 mm厚的鋼板焊接封住立柱頂端，用定位好的鋼板焊接牢固立柱底端，鋼板尺寸為邊長70 cm的正方形;主橫梁采用雙拼Ⅰ56工字鋼，緊貼立柱中心線布置;Ⅰ56雙拼工字鋼上布設(shè)貝雷片，貝雷片上部布設(shè)Ⅰ18工字鋼分配梁，分配梁之上設(shè)置10 cm×10 cm方木;橫向立柱之間焊接75×75等邊角鋼作為剪刀撐、橫撐，剪刀撐設(shè)置3 m高，橫撐依據(jù)立柱的間距設(shè)置;貝雷梁材質(zhì)為16號Mn鋼，其他材質(zhì)均為Q235鋼材。

2.3 高速鐵路標準梁設(shè)計技術(shù)

高速鐵路標準梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的總體任務(wù)是在滿足剛度、變形等參數(shù)要求的前提下，開展簡支梁結(jié)構(gòu)尺寸、預(yù)應(yīng)力體系及附屬設(shè)施的設(shè)計，使簡支梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載作用下的縱向、橫向及局部受力滿足規(guī)范要求，同時兼顧施工和建造的技術(shù)能力。經(jīng)過多年對高速鐵路標準梁橋設(shè)計經(jīng)驗的積累，系統(tǒng)、深入地掌握了結(jié)構(gòu)控制參數(shù)、受力特征、計算方法等。高速鐵路運營實踐表明，梁體軌道鋪設(shè)完成后，其徐變變形是核心控制指標，在標準簡支梁設(shè)計中應(yīng)予以重點考慮。根據(jù)實際工程現(xiàn)場條件和應(yīng)用需求，參照40 m簡支梁通用參考圖（圖號：叁橋通（2008）2326-Ⅳ），開展跨度40 m預(yù)制架設(shè)簡支梁的試設(shè)計。橋面寬度參考最新簡支梁通用參考圖選為12.6 m;腹板厚度考慮2種，一種與通用參考圖一致為45 cm，另一種考慮采用大噸位錨具技術(shù)將腹板減為36 cm。通過變化腹板高度使梁高在2.6 m～4.0 m變化（逐級增加0.1 m），共擬定30種截面，來分析不同截面跨度40 m箱梁的剛度設(shè)計值。

2.4 高速鐵路標準梁智能運維

目前高速鐵路橋梁檢測、維修、管理基本采用傳統(tǒng)的管理模式，以紙質(zhì)化或電子存貯方式，以二維圖紙作為信息主要載體，不易攜帶、傳遞和保存;橋梁設(shè)備靜態(tài)檢查主要依靠人工進行，檢測監(jiān)測效率低，且對結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)的劣化預(yù)測分析少;設(shè)備維修以周期修為主，對于結(jié)構(gòu)的主要病害，未建立系統(tǒng)的狀態(tài)評估及預(yù)測技術(shù);不滿足“狀態(tài)修、精確修、預(yù)防修”要求，無法實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)全壽命周期管理的要求。隨著BIM、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計算等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，土木行業(yè)正經(jīng)歷向智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展的信息革命。高速鐵路橋梁運維管理也應(yīng)順應(yīng)發(fā)展，逐步實現(xiàn)智能化。應(yīng)用BIM+GIS技術(shù)，實現(xiàn)橋梁設(shè)備信息和生產(chǎn)信息的追蹤顯示管理，建立三維可視化的橋涵運維管理系統(tǒng)，綜合橋梁設(shè)備的建設(shè)、維修等情況，實現(xiàn)多專業(yè)融合、全維度、全生命周期的橋梁設(shè)備智能管理。

3 現(xiàn)澆簡支梁支架結(jié)構(gòu)驗算荷載

現(xiàn)澆簡支梁支架的計算中，荷載起到?jīng)Q定性的作用，主要考慮以下荷載：（1）澆筑混凝土產(chǎn)生的豎向橫向壓力，其荷載取為26 kN/m3。（2）支架的自身重量，可以根據(jù)支架結(jié)構(gòu)建立支架模型，確定材料的性質(zhì)，通過軟件模擬計算。（3）現(xiàn)澆簡支梁支架強度計算時，基本組合中的澆筑混凝土荷載、支架結(jié)構(gòu)自重以及模板等恒載分項系數(shù)都定為1.2;施工活載分項系數(shù)取1.4。剛度計算時，標準組合的分項系數(shù)定為1;依據(jù)《鐵路混凝土梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程》的內(nèi)容，做穩(wěn)定性驗算時，活載分項系數(shù)定為0.9×1.4，恒載分項系數(shù)定為1.2。

4 結(jié)語

我國高速鐵路標準梁橋技術(shù)集成了我國鐵路橋梁多年來在關(guān)鍵參數(shù)、材料技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝、運營維護等方面的研究成果，成功并大量應(yīng)用于高速鐵路橋梁工程建設(shè)，總體上滿足了我國鐵路橋梁的建設(shè)和應(yīng)用需求，適應(yīng)了我國鐵路建設(shè)的國情。確定了支架體系各結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力滿足規(guī)范的要求;根據(jù)支架體系驗算，深入研究支架施工，提出關(guān)鍵點施工質(zhì)量措施;以此進一步確定了本工程現(xiàn)澆梁支架設(shè)計的合理性，為類似工程設(shè)計施工提供了參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]胡金光.高速鐵路現(xiàn)澆梁支架及鋼管樁基礎(chǔ)施工控制技術(shù)研究[D].天津：天津大學，2014.