沪杭高速铁路大跨径预应力混凝土桥梁工程与技术创新.pdf
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1、沪杭高速铁路大跨径预应力混凝土 桥梁工程与技术创新 钱 桂 枫 ,程飞 ( 沪杭铁路客运专线股份有限公司 ,上海2 0 0 2 3 7 ) 摘要 : 沪 杭 高 速铁 路 沿 线 河 渠 密 集 , 通 航 河 道 及 高 等 级 公 路 星罗密布 , 与高速公路 相交有 l 8处, 跨 等级 航道 3 6处。桥 梁 占线 路 长 度 比重 高达 9 0 , 特 殊 孔 跨 有 1 5 5联 , 有 连 续 梁 、 道 岔 梁 、 刚 构 、 刚 架 、 特 殊 墩 台 等 多种 形 式 。 首 先 介 绍 沪杭 高 速 铁 路 大跨径桥 梁设计施工 的总体 情况 , 结合 横潦 泾 大桥 ,
2、 重 点介 绍 了 大跨 径 预 应 力混 凝 土连 续 梁 桥 设 计 技 术 及 快 速 施 工技 术 , 结 合 两座 跨 高速 公 路 大 跨 径 自锚 上 承 式 拱 桥 , 重 点介 绍 了 高速 铁 路 桥 梁转 体 施 工 技 术 , 最后 介 绍 了沪杭 高 速 铁 路 桥 梁 的 其 他 创 新 技 术 关键 词 : 沪 杭 高速 铁 路 ; 大 跨 度 桥 梁 ;特 殊 桥 梁 ;技 术 创 新 ; 转 体 施 工 中 图分 类 号 : U2 3 8 ;U 4 4 5 文 献 标 识 码 : A 文章编号 : 1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1 1 ) 0 6
3、 0 0 6 3 0 4 1 概 述 沪 杭 高 速 铁 路 自上 海 虹 桥 站 引 出 , 终 到 杭 州 站 ( 杭 州东 站在 建 ) , 运 营里 程 2 0 2 k m, 沿 途设 松 江南 、 金 山北 、 嘉善南、 嘉兴南 、 桐 乡、 海宁西、 余杭南等站。沪 杭 高速铁路 设计 时速 3 5 0 k m, 建 设 标 准高 、 质 量 优 、 速 度快 、 运 营安 全稳定 。沪杭 高速 铁路 于 2 0 0 9年 4月 开 工建 设 , 2 0 1 0年 1 0月 2 6 日正 式 开 通 运 营 , 在 沪 杭 间 构筑 起一 条安全 、 方 便 、 快 捷 的 大 能
4、力 客 运 通 道 , 对 推 动 沪浙两 地 和长三角 地 区的经 济一 体化 发展具 有 十分 重 要 的意 义 。 沪杭 高速 铁路 具 有 如 下鲜 明 的特 点 : ( I ) 设 计 速 度 3 5 0 k m h , 技 术新 , 系统 集成 度高 。( 2 ) 沿线 经 济 发 达 , 城 镇规 划完 善 , 环境 敏 感 点 多 , 环 保 、 水 保 要 求 高 。 ( 3 ) 广 泛分 布深厚 软土 层 , 工程地 质 条件 差 。 ( 4 ) 桥 梁 比重 高 , 特 殊桥跨 、 类 型 多 。沿线 河 渠 密 集 , 通 航 河 道 及 高等级公 路 星罗 密 布 ,
5、 与 高速 公 路 相 交有 1 8处 , 跨 等级 航道 3 6处 。桥 梁 占线 路 长 度 比重 高达 9 0 , 特 殊孔跨 有 1 5 5联 , 有 连 续梁 、 道 岔 梁 、 刚 构 、 刚 架 、 特 殊 墩 台等多种 形式 。 针 对桥 梁 的技 术 特点 , 沪杭 高速铁 路 因地制 异 , 采 取 了技 术创 新 : ( 1 ) 在 沪 杭 高 速 铁 路跨 沪杭 高速 公 路 和跨石 大公路 2座 1 6 0 m 大跨 连续 自锚上 承式 拱 桥施 收 稿 日期 : 2 0 1 1 0 1 2 6 ;修 回 日期 : 2 0 1 1 0 3 2 8 作者简介 : 钱桂枫
6、( 1 9 6 4 一 ) , 女, 提高待 遇 高级工程 师 , 1 9 8 8年毕业 于 东南 大学 , 沪杭铁路客运专线股份有 限公司总经理 。 铁道 标 准 设 计RAI LWAY ST ANDARD DES I G N 2 0 1 1( 6) 桥 梁 工 中 , 采用 转 体 施 工 方 式 。 ( 2 ) 首 次 设 计 并 建 成 了高 速铁路 跨度 最大且 孔数 最 多的 2 1 3 5 m混凝 土连续 梁 桥 横潦泾 大桥 , 鉴 于工期 要求 , 横潦 泾桥采 取 了一 系列的技术创新 , 最终实现了在保证安全和质量的前 提下 , 快 速施 工 , 节约综 合投 资 , 保
7、 证 了全 线按 期贯通 。 ( 3 ) 沿线 主跨 超过 1 0 0 m 的特 大跨连 续梁桥 还有 l 0余 座 , 采取 了一 系列 创新 技 术 , 提 高 了工程 质 量 , 保 证 了 施 工安 全 , 并 加快 了施 工进 度 。 这 些技 术创 新很 多属 于我 国高速铁 路桥 梁建设 史 上 开创 性 的工 作 , 本 文对 此做 简要概 述 , 期 望对今 后我 国高速 铁路 的建设 提供借 鉴 。 2 2座转体 施 工 自锚 上承 式 系杆 拱桥 在 2处 上 跨 繁 忙 公 路 处 设 计 为 8 8 8 m+1 6 0 r n + 8 8 8 m 自锚 上 承式拱 桥
8、 , 主跨跨 越 沪杭 高 速公 路 主 线 和石大 路公路 , 重 点 介 绍前 者 。沪杭 高 速公 路 与 沪 杭 高速铁路轴线夹角为 3 3 。 , 沪杭高速公路 目前 已拓宽 为双 向8车道 , 路肩正宽 4 1 5 m, 边坡 1: 1 5 , 净高要 求 5 5 n 3 , 交 通 十分 繁 忙 。桥址 处 软 土 厚度 一 般 1 0 2 5 m、 埋 深 3 3 5 m, 软 土强度 指标低 , 压缩 性 高。在 高 速公 路 两侧设 置 2个 主墩 , 每个 主墩 采用 1 8根直 径 为 2 m 的钻 孔 桩 , 桩 长 为 1 2 9 m, 顺 桥 7排 , 横 桥 向
9、 5排 。 承台设 计为平 面 尺寸 1 9 1 m( 顺 桥 向) 2 2 9 m( 横 桥 向) 6 5 m, 为尽量避开高速公路的边坡 , 承台四角作 切 角处 理 , 切 角尺 寸 为 2 2 5 m( 顺 桥 向) 4 2 m( 横 桥 向) 。拱 肋采 用抛 物线 线形 , 矢跨 比为 1 6 , 边 、 中跨 拱 肋跨 中截 面高 4 0 m, 边 、 中跨 拱 肋拱 脚 处 截 面高 6 0 m。 主 拱 截 面 采 用 单 箱 单 室 箱 形 截 面 , 顶 板 宽 7 5 F n , 顶 、 底 板及 腹板 厚 度 均采 用 6 0 e lT l , 拱 脚 处局 部 加厚
10、 。边 拱在 主拱 的端部 、 拱脚 、 拱 上立柱 等处各 设相 应 厚度 的横 隔板 。 中拱 主拱 的拱脚 、 拱上 立柱 、 中合龙 等处 各设 相应 厚度 的横 隔板 。拱 上 立柱均 采用矩 形实 体截 面 。拱脚 上 立 柱 纵 向厚 度 为 2 0 m, 两 边 拱 肋 立 柱纵 向厚 度 为 1 8 m。上 部 采 用 花 瓶 形 状 , 横 向宽 度 由 5 5 13 1 过渡 到 7 5 m。拱 上连续 梁计 算跨 度 为 ( 2 0十 2 2 + 2 2 + 2 0 )m, 为 配合拱 肋 曲线景 观需 要 , 边跨 支点 梁 高为 4 5 m, 跨 中梁高 为 3 m
11、。拱 上连 续梁 共设 置 5道 横隔板 , 在 对应 支点 位 置 处 设 置 。拱 上 连 续 梁采 用 先 简支 后连 续 的施 工 方 法 。 系杆 分 临 时 系 杆 及 永 久 系 63 桥 梁 钱桂枫 , 程 飞一沪杭高速铁路大跨径预应力混凝土桥梁工程与技术创新 杆 , 是 该桥 的重要受 力 结构 , 采 用 高强 度 、 低 松 弛钢 绞 线 。临时 、 永久 系杆 均为体外 预应力 形式 , 临时索采用 直索布置, 永久系杆部分在梁端做平弯处理 , 在拱肋端 部 锚 固。采用转体 法施 工 。通 车后 的跨 沪高 速公路 自 锚 上承式 混凝 土转 体拱桥 见 图 1 。
12、图 1 跨沪杭高速公路 自锚上承式混凝 土转体拱桥 2 0 1 0年 5月 1 8日, 跨 沪杭 高速公路 1 6 0 m特 大桥 自锚上承式拱桥顺利合龙 , 创下 3项世界第一: 高速铁 路 自锚上 承式拱 桥世 界第 一 跨 ; 软 土地 基 上第 一 座跨 度 达 1 6 0 m 的 自锚 上 承 式 拱 桥 ; 单 边 转 体 质 量 达 1 6 8 0 0 t , 为世 界 同类 桥 梁 之 最 。其 次 , 该桥 主跨 跨 度 达 1 6 0 n l , 拱肋 矢跨 比为 1 6 , 整 个结构 给人 以轻盈 、 通 透之感 , 这在 高速铁 路桥梁 中是较 少见 的 , 该桥 的
13、转 体 过程如 图 2所示 。 图 2 沪 杭 高速 铁 路跨 沪 杭 高 速公 路 8 8 m+ 1 6 0 m+ 8 8 m 自锚上承式系杆拱桥转体施工 该桥在设 计 阶段 始终运 用安 全 、 适用 、 经济美 观的 设 计理 念 , 经 过多种 方 案 的 比选 , 才最 终 确定 此 方案 。 安全性由设计计算及构造保证 ; 适用性体现在 , 由于采 用 转体施工 , 使得新 建桥 梁对 既 有 沪杭 高速公 路 的影 响降至最小 , 同时在 软土地基建造 拱桥 , 采用 自锚 上承 式 系杆体系 可以完美解 决拱脚水平 推力难 以克服 的问 题, 因此这种体系是适用于软土地基的;
14、经济美观性可 由拱结 构的 普 遍 特性 来 阐述 , 首先 , 拱结 构 以受 压 为 主 , 可 以充 分发挥 混凝土抗压 强度高 的优势 , 同样跨度 的桥梁 , 拱 结构通 常 比连续 梁 、 连续 刚构 节约 材料 , 其 次 , 拱结构 与生俱来 的 曲线 外形 是传 统 审美标 准 下美 的典 型 。 在具 备先进 设计 理念 的 同时 , 本工 程在 技术 层 面 上 的创新 更加 突出 。本工 程主桥设计 为基础 、 拱肋 、 梁 固结体 系 , 采用支架 现浇 、 转体 就位 的施 工方法。为 了 实现这样 的施工工 艺 , 需 要 解决 几 大技 术难 题 : 首先 ,
15、球铰的制作与安装精度要求非 常高, 这直接关系到能 否转动 的 问题 , 实际操作 中 , 通过对工 厂制作把关 以及 现场安 装 的严格 要求 , 来 确保 球铰 的精 确安装定位 , 整 个转动体 系的构造 如 图 3所 示 ; 其 次是施 工 过程 中的 稳 定性控制 , 如此大 跨度 的悬 臂 结构 在转 动 过程 中 的 稳定 性非 常重要 , 稍有 不慎就会 发生灾难性 的后果 , 实 际转体 过程 中 , 转体 的速度 是受 到控 制 的, 既要保证 连 续性 , 又要保证 平稳 ; 再 者 是施 工 控制 较复 杂 , 由于 经 历多次体系转换 , 使得施工全过程仿真分析的影响
16、因 素种类繁多, 难以把握, 体现在预拱度的设置和应力、 变形 控制上 , 同时 , 合 龙前 的高 程调整也是难 点 。最后 沉 降徐 变变形 观测 和控制 复杂 , 对于 无类 似工 程实 践 先例 的大跨转体 桥 , 从 基坑 施 工 开始公 司走专 家治 理 路线 , 论 证重大施 工方案 , 明确基础沉 降梁体变形观 测 方案 , 加密 观测点 , 在 每次体 系转换到位 后加密观测频 次 , 在经专 家论证分 析综合设计 意见 , 采用 预 留徐变值 等措施 后进行 无砟 轨道 施 工。最 终 , 在克 服重 重 困难 之后 , 本桥顺 利实现合龙 , 目前 已投 入使用 。 图
17、3转 动 体 系 构 造 图及 有 限 元 模型 ( 单 位 : c m) 在取得技 术突 破 的 同时 , 相关 技 术在 理 论 上也 得 到 了深化 。通 过对 本项 目几类 技 术难 题 的 科研 攻关 , 取 得 了一 些理论成 果 , 如 运用 拉 压 杆模 型 对本 工 程 承 台的配筋 进行论 证 , 结 果是满 足要求 的 , 并对今 后此类 构件 的设 计提 出建 议 ; 同时 运 用 有 限元 软件 A n s y s和 Mi d a s , 考虑结构 体 系转换 , 研究 了收缩 徐 变对 桥 梁成 桥 状态及 长期使用 性能 的影 响 , 对转 体 结构 的存 放时
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- 关 键 词:
- 高速铁路 大跨径 预应力 混凝土 桥梁工程 技术创新
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