黃小飛

(中鐵上海設計院集團有限公司南昌院，江西南昌 330002)

1 工程概況

本橋為寧西鐵路增建第二線六安下行客車疏解線特大橋，為跨越寧西聯(lián)絡線、合武客運專線、淠河總干渠和105國道而設，橋梁全長4 632.85m。

橋梁于第92跨(91#墩，92#墩)跨越既有合武客運專線雙線鐵路，兩線夾角35.6°，交點里程為疏解線GDIK858+041.50(即合武下行線K521+902.5)。上跨處橋梁平曲線半徑為1 600m。合武客運專線平面為直線，線間距5.01 m，電氣化牽引，線路位于路堤段，堤高約5.2 m，且在91#墩處為既有1孔2.0m×2.5m排水框架涵，如圖1所示。

2 主要技術標準

線路類別:客車疏解線。

設計時速:160 km/h。

設計坡度:0.3‰，-5.6‰。

設計平曲線半徑:1 600m。

抗震設防烈度:7度。

3 方案比選

3.1 2×56 m T構轉體方案

由于客車疏解線右側為既有的寧西聯(lián)絡線特大橋，轉體方案跨度受其影響，無法采用大跨度梁的方案。經(jīng)過比選，采用2×56 m T構方案雖能跨越既有合武客運專線，同時在平面上也能避開既有框架涵，但由于T構中墩承臺施工時靠既有線側基坑開挖深度達9.5m，且防護樁距線路中心凈距只有4.5m;因此基坑施工時對既有合武客運專線干擾時間長，且既有路基位移較難控制。與32 m T梁相比，T構方案軌面標高需上抬0.67 m，導致橋梁長度更長，墩身高度加高，總投資相應加大。

3.2 32 m T梁旋轉承臺方案

本方案跨合武客運專線上部結構采用《通橋(2005)2101》32 m T梁，與本橋其它孔跨采用相同的梁型，既方便預制和架設，同時橋梁長度也相應的縮短，節(jié)省了工程投資。

下部結構橋墩采用圓端形橋墩，基礎采用φ1.25m挖孔嵌巖樁。受疏解線與合武客運專線斜交的影響，倘若按常規(guī)設計布置承臺，則承臺距線路中心最小凈距僅為2.83 m，且91#墩承臺樁基與既有框架涵存在沖突，如圖1所示。為使承臺遠離既有線，同時避開對既有涵的影響，設計通過采用旋轉承臺的方法使得承臺在既有路肩外施工，同時加長91#墩承臺使其跨越既有涵，如圖2所示。針對以上方法，本文主要討論承臺旋轉后的樁基和承臺計算。

圖2 承臺旋轉后平面(單位:cm)

4 受力分析

4.1 墩頂力組合

以91#墩為例計算，橋梁平面位于1 600m圓曲線上，跨度為32 m+32 m T梁，墩頂力為10種組合，見表1。

4.2 樁基計算

由于承臺旋轉后，橋墩與承臺對稱軸不同，每組墩頂力計算至承臺底存在2種組合。91#墩樁基采用8根φ1.25m挖孔樁，布置方式見圖2，樁基嵌入弱風化砂巖(單軸飽和極限抗壓強度Rc=10mPa)。根據(jù)承臺底荷載組合，計算得單樁反力由主力組合7中的邊樁控制，σb=2.61 MPa ＜［σb］=11.8 MPa，Pmax=3 035 kN，［P］=7 392 kN，嵌巖深 0.8 m;樁身至少需配12根 φ25mm 鋼筋，σs=25.48 MPa＜180mPa，σs'=20.98 MPa＜180mPa。

4.3 承臺計算

根據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》，當樁基外緣位于承臺頂面處墩身外緣向下擴散45°至承臺底面處的范圍內時(滿足剛性角)，可不驗算承臺強度［1］，因此92#墩承臺可不進行強度驗算，但91#墩承臺需進行正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力和抗沖切驗算。92#墩承臺采用C35混凝土，分為兩階，第一階尺寸為長4.8 m×寬4.2 m×高1.0m(滿足剛性角要求)，第二階為長13.3 m×寬4.8 m×高2.5m。在主力、主力+附加力作用下，最大單樁反力分別為3 035 kN，3 238 kN。承臺頂配置縱向受壓鋼筋φ20mm@15 cm，共32根，A's=100.544 cm2;承臺底配置縱向受拉鋼筋2 根 φ28 mm@10 cm，共94 根，As=578.852 cm2。

表1 32 m+32 m單線曲線跨墩頂力荷載組合

4.3.1 正截面抗彎承載力驗算

1)極限狀態(tài)法

根據(jù)公路規(guī)范［2］:當承臺下面外排樁中心距墩臺身邊緣大于承臺高度時，其正截面抗彎承載力可作為懸臂梁按“梁式體系”計算。91#墩第一階承臺滿足剛性角要求，外排樁中心距第一階承臺邊緣距離為3.1 m，大于承臺高2.5m。第一階承臺邊緣為最不利截面，須對其進行檢算:

式中:γ0為重要性系數(shù)，取1.1;Md為外排樁最大豎向力設計值乘以根數(shù)對檢算截面的力矩;fcd為混凝土軸心抗壓強度設計值，16.1 MPa;b為承臺寬，4.8 m;h0為承臺有效高度，2.375m;x為混凝土受壓區(qū)高度，經(jīng)計算得0.173 3 m;f'sd為縱向受壓鋼筋的抗壓強度設計值，280mPa;a's為縱向受壓鋼筋合力點至受壓區(qū)邊緣的距離，0.075m。

經(jīng)計算，22 083.2 kN·m≤37 122 kN·m，正截面抗彎承載力滿足要求。

2)容許應力法

根據(jù)鐵路規(guī)范［3］，受彎構件的混凝土強度應按下述計算。

主力+附加力作用下，混凝土壓應力

由此得x=0.360 3 m

受拉鋼筋面積

式中:［σb］為混凝土彎曲受壓的容許應力;［σs］、［σ's］為縱向鋼筋的容許拉、壓應力，主力作用下為180mPa，主力+附加力作用下為230mPa。

經(jīng)計算可得在主力作用下，As=521.14＜578.852 cm2，配筋滿足要求。

4.3.2 斜截面抗剪承載力驗算

根據(jù)公路規(guī)范［2］:承臺的斜截面抗剪承載力計算應符合下列規(guī)定

式中:Vd為計算斜截面外各排樁最大豎向力設計值乘以樁根數(shù);P為斜截面內縱向受拉鋼筋的配筋百分率，當P＞2.5時，取2.5;fcu，k為混凝土抗壓強度標準值，35mPa;m 為剪跨比，m=ayi/h0，ayi取2.53 m。經(jīng)計算，7 123.6 kN≤13 136 kN，斜截面抗剪承載力滿足要求。

4.3.3 抗沖切驗算

根據(jù)公路規(guī)范［2］，承臺應進行抗沖切承載力驗算。

1)墩向下沖切的破壞錐體應采用自墩邊緣至相應樁頂邊緣連線構成的錐體，樁頂位于承臺頂面以下一倍有效高度h0處。錐體斜面與水平面的夾角不應＜45°，當 ＜45°時，取用 45°。

式中:Fld為墩的豎向力設計值減去錐體范圍內樁的反力設計值，為20 605 kN;ftd為混凝土軸心抗拉強度設計值，1.52 MPa;bx，by為墩作用面積的邊長，分別為4.2 m，4.8 m;ax，ay為沖跨，沖切破壞錐體側面頂邊與底邊間的水平距離，≤h0，分別為 0，2.375m;apx，apy分別為與沖跨比λx，λy對應的沖切承載力系數(shù)。

經(jīng)計算，22 665.5 kN≤111 440 kN，墩向下沖切承載力滿足要求。

2)對于墩向下的沖切破壞錐體以外的角樁，其向上沖切承臺的沖切承載力按下式計算

式中，F(xiàn)ld為角樁最大豎向力設計值，為3 238 kN;bx，by為承臺邊緣至樁內邊緣的水平距離，分別為0，1.65m;ax，ay為沖跨，即樁邊緣至相應墩邊緣的水平距離，≤h0，分別為 0，2.35m;a'px，a'py分別為與沖跨比 λx，λy對應的沖切承載力系數(shù)。

經(jīng)計算，3 561.8 kN≤12 237.9 kN，角樁向上沖切承臺承載力滿足要求。

5 結束語

1)當兩線斜交時，通過旋轉上跨橋承臺，既可以使得上跨橋基礎施工時遠離既有線，同時又避免了使用大跨度梁，縮短橋長，降低了工程造價。

2)按鐵路規(guī)范，對滿足剛性角的承臺根據(jù)經(jīng)驗可不驗算承臺強度;但對超過剛性角的承臺暫沒有明確的計算理論［4-5］。本文將承臺當做懸臂梁進行正截面承載力計算，并采用了公路規(guī)范的極限狀態(tài)法和鐵路規(guī)范的容許應力法進行計算，比較發(fā)現(xiàn)容許應力法計算結果更偏安全。

3)斜截面抗剪承載力和抗沖切承載力按公路規(guī)范進行計算，計算發(fā)現(xiàn)承載力比較寬裕。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國交通部.JTG D62—2004 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］婁宇欣.客運專線橋梁承臺板配筋設計的探討［J］.鐵道標準設計，2010(11):56-60.

［5］楊宇，程愛軍.關于既有橋梁基礎驗算中的幾個問題探討［J］.鐵道建筑，2011(3):10-12.