刘金国
【摘 要】为总结大型下穿铁路顶进式排水框架桥的设计经验,对天堂河改道下穿京九铁路5-16 m超宽排水框架桥的工程特点进行总结,并对设计中采用的技术措施进行详细阐述;利用框架桥主体结构的有限元计算数据与实际施工中框架桥监测数据进行对比分析,进一步印证这些创新性的设计措施的先进性、合理性、可靠性,得出这些设计经验可以作为其他类似结构进行设计时参考的结论,为我国铁路行业今后建造更大规模的此类桥梁拓宽设计思路.%To summarize the design experiences of large drainage under railway frame bridge jacked in place,this paper focuses on the engineering characteristics of Beijing ～ Kowloon Railway 5-16m super wide drainage frame bridge under Paradise River Diversion Program,and the technical measures taken in the design.The advancement,rationality and reliability of the innovative design measures are verified by comparative analysis and the finite element calculation data of frame bridge main structure and the monitoring data from site construction.The design practices can serve as references for the design of other similar structures and broaden design concepts for building this kind of bridges of larger scale. 【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2017(061)010
【总页数】6页(P79-84)
【关键词】排水框架桥;下穿铁路;超宽;顶进;设计
【作 者】刘金国
【作者单位】中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600
【正文语种】中 文
洗洁精加工
【中图分类】U442.5
Abstract： To summarize the design experiences of large drainage under railway frame bridge jacked in place, this paper focuses on the engineering characteristics of Beijing～Kowloon Railway 5-16m super wide drainage frame bridge under Paradise River Diversio
n Program, and the technical measures taken in the design. The advancement, rationality and reliability of the innovative design measures are verified by comparative analysis and the finite element calculation data of frame bridge main structure and the monitoring data from site construction. The design practices can serve as references for the design of other similar structures and broaden design concepts for building this kind of bridges of larger scale.
Key words： Drainage frame bridge; Under-passing railway; Super wide; Jacking; Design爬墙式
光杆排线器
天堂河(北京段)新机场改线(一期)工程下穿京九铁路工程位于北京市大兴区榆垡镇。由于现状新天堂河自西向东横穿北京新机场规划用地，新机场建设将占压现状新天堂河部分河道，因此需要对其进行改道。
改道后的新天堂河与京九铁路相交，交角86°，详见图1。根据相关规划要求及水文计算，桥梁拟采用5-16 m顶进连体框架桥的形式。既有京九铁路为双线电气化铁路，另外，根据铁路规划，既有京九铁路西侧和东侧分别预留增建1条铁路疏解线的条件，线间距为5.3 m。远期桥位处铁路为四线格局，框架桥顺河道方向顶板长度33.18 m，底板长24.66 m，
沿铁路方向总宽度达85.60 m。
框架桥顶板顶部距京九铁路下行线钢轨底最小距离0.8 m，结构总高度9.4 m，结构净高7.1 m，顶板厚1.0 m，底板厚1.3 m，边墙厚1.1 m，中墙厚1.0 m。框架桥顶板加腋采用1.5 m×0.5 m，底板加腋采用0.5 m×0.5 m(以上尺寸均为正截面尺寸)。框架桥总宽85.6 m，总长度31.68 m，结构锐角86°。顶进阻力263 872 kN，顶进距离46.9 m。
参考有关规定要求[2-3]，框架桥主体结构前端刃角长5.0 m，后端尾墙长3.5 m。尾墙侧人行道悬臂板长度2.0 m。框架桥顶进就位后，需对刃角、底板进行补齐。
框架桥横断面及立面尺寸详见图2与图3。
框架桥顶进就位后，在框架桥内现浇槽结构，槽边墙厚40 cm，底板厚56.6 cm，边墙高5.95 m，底板加腋采用0.5 m×0.5 m。槽边墙与框架桥中墙迎水面处做分水尖，分水尖与槽结构一起现浇施工。
本桥规模大，主体混凝土用量达5 959 m3，U形槽1 712 m3，为大体积混凝土。主体灌注时，混凝土硬化期间水泥放出大量的水化热，内部温度不断上升，由于受到外部约束和温 远程监控安防度场的不均匀作用，常常在结构表面引起拉应力，气温的变化也会在混凝土表面引起很大的拉应力，当其超过混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。参考既有资料研究成果[4-6]及有关规范要求，设计中有针对性地采取了如下措施。
(1)加强了纵向构造配筋，由φ16@125 mm加密为φ18@100 mm钢筋[7]。
(2)沿桥长方向分段浇筑，分段长度不大于15 m[8]。
(3)原材料宜选用高强度等级、低水化热、较小干缩性的粉煤灰硅酸盐水泥。同时适当增加微膨胀剂，以部分补偿混凝土收缩，改善骨料级配，尽量提高粗骨料用量，选用无反应性和吸水性小的骨料。
纳米硬盘(4)从施工角度，对粗骨料预冷降温，以降低混凝土的入模温度，混凝土浇筑采用分层浇筑，厚度不大于50 cm，便于及时散热。混凝土浇筑完毕后，及时覆盖养护。采用长时间养生，规定合理的拆模时间，做好保湿保温处理，混凝土内外温差不超过25 ℃。
(5)虽然本工程从结构设计、材料配制、施工多方面进行了控制，但实际工程中仍难完全杜绝细微裂缝产生。考虑到本项目为过水桥的特点，桥内增设槽结构，槽边墙厚度0.4 m，底
板厚度0.566 m。中墙前后端设为圆端形。槽与主体结构之间设置防水板进行防水，使无法完全避免的环向裂缝不发生在同一位置，以保证主体结构耐久性。
本工程沿铁路方向85.6 m，沿河道方向主体底板长24.66 m，宽长比为3.47，结构相对较柔，顶进过程中箱体易发生偏转，在纠偏过程中，框架桥容易产生过大的拉应力引起混凝土结构的开裂。设计中采取如下措施。
(1)框架桥宽度方向(顺铁路方向)过长，施工单位顶进过程中，千斤顶需要均匀布设，施工过程中，采用滑板跟进，尽量减少纠偏。千斤顶需根据需要而设，施工单位应根据滑板的实际摩阻力布置千斤顶的个数。
(2)按照局部拉力由加强钢筋承担的原则进行结构的加强配筋设计。
底板配筋：在底板宽度方向上，布置3排加强钢筋，分别与各排主体钢筋排架绑为一体，最外侧一排加强筋为长筋，长度与框架宽度相等，靠内侧的2排加强筋为短筋，为框架宽度的一半。
顶板配筋：由于顶进纠偏时顶板人行道悬臂为受拉结构，因此对其最外侧配筋进行加强。
根据计算，顶板悬臂外侧需增加φ18 mm钢筋20根，长度按框架总宽度的一半配置，增加方式为将原来的单筋改为双筋，且在悬臂中间位置增加1排钢筋。
钢筋混凝土框架桥是按支承于弹性地基上的结构来计算的，底板的受力状态与底板的刚度直接相关。对同样的地基来说，跨度越大，结构越宽，意味着底板相对于地基的刚度越小，地基应力分布的不均匀程度越大，边墙和中墙下应力集中现象越明显。文献[9]显示，对相同厚度的底板来说，底板的刚度与框架桥总宽度之半的4次方成反比。本桥为连体框架结构，总宽度达85.6 m，底板刚度小，对结构受力和变形状态的影响显著增加。
(1)对多孔框架桥(尤其是大宽长比的情况)来说，顶进施工中对结构影响最大的因素是沿铁路方向的不均匀沉降[10]。通过计算分析，确定本桥结构底板为1.3 m，较大地提高了结构的刚度，改善了桥体的受力和变形。
(2)设计中采取了滑板跟进的措施，最大程度地降低了底板以下地基土的不均匀沉降，有效地减少了结构受地基变形的影响。
目前排水桥一般均采用梁式桥形式，桥墩多数采用桩基础，桥体抗冲刷能力强。由于本项
目为在既有线上增建桥涵，梁式桥施工对既有京九铁路运营影响极大，因此，在方案设计阶段中就否定了梁式桥的形式。本框架桥为浅平基，基础埋置深度较小，框架桥底板底部高程19.000 m。设计中充分考虑过水断面要求及河道冲刷对框架桥的影响。将框架桥侧墙及中墙视为矩形墩，基础按扩大基础考虑，且不考虑上下游河床铺砌进行冲刷计算。经水文计算，桥址处一般冲刷线高程19.724 m，局部冲刷线高程16.346 m，所以必须对框架桥基础进行适当的防护，以策安全。
框架桥两侧设钢筋混凝土河床铺砌，长度分别为22.80 m和24.60 m，铺砌两端设置防冲刷的旋喷桩及挖孔桩。旋喷桩桩径0.6 m，桩间距0.4 m；高压旋喷桩外侧各设置1排φ1.0 m的C30混凝土抗冲刷桩，桩间距1.0 m，上游铺砌端桩长4.0 m，下游铺砌端桩长6.0 m。以上游为例，见图4。
通常框架桥跨度越大，顶进阻力中，框架底部的摩阻力在总阻力所占的比重也会越大，本框架桥顶进距离为46.9 m，最大顶力为263 872 kN，单位最大顶力为2 950 kN/m，后背采用钻孔桩形式。根据经验估算，框架底部的摩阻力在总阻力所占的比重约80%以上[11]。
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