淺談高速鐵路雙線空心橋墩的設(shè)計

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1、淺談高速鐵路雙線空心橋墩的設(shè)計　　摘要：從高速鐵路雙線空心橋墩的兩種常用墩型的比較入手，介紹了雙線圓端形空心橋墩和雙線矩形空心橋墩各自優(yōu)缺點及適用范圍，歸納了影響橋墩尺寸的主要因素，論述了兩種墩型檢算不同點及地震檢算時柔度系數(shù)的選取，總結(jié)了墩身設(shè)計中的一些規(guī)律，闡述了高鐵雙線空心墩參考圖的設(shè)計流程及其主要控制點。　　關(guān)鍵詞：高速鐵路、雙線空心墩、設(shè)計　　中圖分類號：S611文獻標(biāo)識碼：A　　1、概述　　山區(qū)高速鐵路建設(shè)中，由于曲線半徑以及線路縱坡的限制，常需跨越?jīng)_溝及U形深谷。受力性能好、縱橫向剛度大又可顯著節(jié)省圬工的空心墩越來越多地應(yīng)用于高速鐵路高墩工程實踐中。根據(jù)

2、墩身截面形狀的不同，高速鐵路空心橋墩常分為雙線圓端形空心墩和雙線矩形空心墩。雙線圓端形空心墩，造型流暢，簡潔美觀，可減少水流沖刷的影響，適用于景觀要求高的城市及跨河橋梁(如圖1)。雙線矩形空心墩，造型穩(wěn)重，堅固實用，不利于水流沖刷，適用于對景觀要求低的山區(qū)旱橋;在工程實踐中，為了滿足美觀要求以及減少水流沖刷的影響，常將矩形空心墩的四個角做成倒圓弧的型式(如圖2)。矩形空心墩較之同剛度的圓端形空心墩具有墩身尺寸較小，圬工量更省，模板倒用率高，較省模板等優(yōu)點，更適用于山區(qū)旱橋的建設(shè)。為了提高工作效率及設(shè)計質(zhì)量，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，通常采用編制通用參考圖的辦法對橋墩進行系統(tǒng)性設(shè)

3、計。本文擬對高速鐵路雙線空心橋墩參考圖的設(shè)計要點進行論述?！　　　　　　　〗Y(jié)構(gòu)尺寸的擬定　　高速鐵路橋梁對結(jié)構(gòu)剛度、變形及基礎(chǔ)沉降的要求比普通鐵路更為嚴(yán)格，同時，還要滿足《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》GB50111-2006的相關(guān)要求。這樣，就要求橋墩縱橫向線剛度要適配，墩身水平線剛度過大，地震力會增大，墩身鋼筋會增多，造成圬工浪費;若墩身水平線剛度過小，雖節(jié)省圬工，但基礎(chǔ)配置會很困難，這就要求橋墩設(shè)計時要結(jié)合以上各個因素進行綜合比選?！　?.1墩頂尺寸的擬定　　墩頂外形與梁形有很大關(guān)系，高速鐵路常匹配箱梁，因箱梁支承中心距一般較小，根據(jù)箱梁的構(gòu)造以及架設(shè)特點，墩頂常采用無

4、頂帽設(shè)計。故首先應(yīng)擬定墩頂尺寸，因為墩頂尺寸擬定好后，墩頸尺寸也隨之確定，而墩身結(jié)構(gòu)形式的合理與否與其頂部的尺寸密不可分。墩頂尺寸的擬定主要應(yīng)根據(jù)所采用的梁形、線間距、支座尺寸、支承墊石大小、維修養(yǎng)護需要、施工時架梁需要及支承墊石邊緣距墩頂邊緣的最小距離等，在滿足相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范要求的前提下，來擬定墩頂尺寸。此外，常在墩頂設(shè)置50cm深的凹槽，留出滿足梁底的養(yǎng)護維修凈空，讓檢查人員可以方便地從梁底下到墩身內(nèi)部?！　?.2墩身尺寸的擬定　　根據(jù)對空心墩的研究，墩身水平線剛度是橋墩設(shè)計的主要控制因素，墩頂尺寸、墩身內(nèi)外邊坡、墩頸壁厚等均為影響墩身線剛度的重要因素。按對墩身剛度

5、的貢獻由大到小的排列順序為：墩頸縱向尺寸>墩身外坡率>墩身橫向尺寸>墩身內(nèi)坡率>墩頸壁厚。故合理選擇墩身剛度與基礎(chǔ)剛度的比例關(guān)系，是影響橋墩尺寸的重要因素。如墩身剛度過小，必須加大樁間距以獲得較大的基礎(chǔ)剛度;而墩身剛度過大，較大的墩身尺寸會引起樁基工程量增加，造成墩身剛度的浪費。比如《高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行）》中規(guī)定32m跨度墩頂雙線最小縱向水平線剛度為350KN/cm，在參考圖設(shè)計時，筆者認(rèn)為在墩頂縱向剛度相近的條件下，綜合各方面因素，墩身縱向最小水平線剛度按800KN/cm左右控制，墩身橫向最小水平線剛度按不小于1600KN/cm控制比較合理。在選取了墩身與基礎(chǔ)的

6、合理剛度比后，通過調(diào)整墩頸尺寸、墩身內(nèi)外邊坡、壁厚等達到理想線剛度，使墩身設(shè)計經(jīng)濟合理。　　空心墩包括上、下實體段、上下倒角、空心墩身、墩壁通風(fēng)孔等。墩頂?shù)自O(shè)置一定高度的實體段以及空心與實體交接處梗斜的設(shè)置，是為了使應(yīng)力更好的傳遞與分布。　　空心墩高一般從30m~60m不等，通過合理分級達到模板種類少，圬工量相對合理，方便施工的目的，設(shè)計中首先應(yīng)確定墩身分級，分級過小，墩身圬工節(jié)省，但模板種類多，施工不便。分級過大，模板種類少但造成墩身圬工浪費。參考圖設(shè)計時根據(jù)對比分段，通常按10m高度分級設(shè)計，如H=30～39m、H=40～49m、H=50~60m三個墩高段分別設(shè)計

7、,墩身坡度采用一坡到底，每級采用相同坡率，用同一級別的最高橋墩按最小墩身線剛度要求來擬定本段墩身尺寸。為節(jié)省模板，方便施工，不同墩高級別常采用不同的墩頂尺寸，相同的墩身內(nèi)外邊坡率?！　∮捎陔p線空心墩縱橫向尺寸較大，一般同一種跨度的直線、曲線橋墩常合并設(shè)計，采用相同的墩身尺寸?！　?.3檢查設(shè)施　　墩頂設(shè)置圍欄和吊籃，墩底不設(shè)進人洞，墩內(nèi)設(shè)置檢查爬梯?！　蚨諜z算　　按《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》，目前雙線空心墩多為厚壁結(jié)構(gòu)，墩頸處壁厚不小于0.5m。本文僅針對厚壁空心墩而論。需要作穩(wěn)定性、墩身強度、線剛度、位移、地震力等相關(guān)檢算。　　3.1穩(wěn)定性　　空心