高速铁路桥梁主要设计原则1. 一般原则为了满足高速列车安全运行和旅客乘坐舒适度的要求,高速铁路桥梁结构应具有安全舒适,造型简洁,设计标准化,便于施工架设和养护维修的特点,并须具有足够的耐久性和良好的动力性能。
正是基于上述基本要求,桥梁上部结构一般采用预应力混凝土结构,下部结构一般采用混凝土或钢筋混凝土结构。
跨度大于或等于20m的梁部结构,采用双线整孔箱形截面梁,必要时,也可采用两个错孔布置的单线箱形截面梁。
跨度小于20m的梁部结构,一般采用钢筋混凝土刚构、框构和多片式T梁,多片式T梁需施加横向联结形成整体桥面。
简支梁桥的上部结构一般采用架桥机架梁,中小跨度连续梁桥一般采用架桥机架设后连续张拉的施工方法,有条件的地方,也可采用满布支架现浇施工。
大跨度预应力混凝土梁采用悬臂灌注施工。
高速铁路桥梁设计主要依据《京沪高速铁路设计暂行规定》(以下简称《暂规》)、《铁路桥涵基本设计规范》、《铁路桥涵钢结构设计规范》、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》、《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》、《铁路桥涵地基和基础设计规范》、《铁路工程抗震设计规范》、《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》等规程或规范。
根据上述规范,高速铁路桥梁的主要设计原则主要体现在以下几个方面:(1)设计活载采用ZK活载,动力系数、离心力、制动力、横向摇摆力、脱轨荷载等均按《暂规》计算,并考虑由于桥上铺设超长无缝线路而产生的长钢轨纵向力。
(2)为了保证桥上轨道的平顺性和结构具有良好的动力性能,对结构刚度和基频进行严格控制。
(3)为了保证桥上无缝线路保持正常的使用状态,增加了墩台最小纵向水平线刚度限值的要求。
(4)对基础工后沉降及不均匀沉降严格限制。
(5)提高桥梁结构的整体性。
(6)桥面构造更为合理,满足各种桥面设施的安装要求,采取了提高结构耐久性、减振降噪等措施,满足养护维修的要求。
2. 桥涵设计细则(1)梁跨结构及标准跨度1)高速正线V≥200Km/h时,标准梁跨采用京沪高速铁路标准梁;200Km/h>V≥160Km/h 时可采用秦沈线标准梁。
采用的标准梁跨有:多片式简支T梁:L=12、16m。
简支箱梁:L=20、24、32、40m。
中小跨度连续梁:3×20、2×24、3×24、2×32、3×32、4×32、2×40。
连续箱梁:32+48+32m、40+64+40m、48+80+48m。
连续结合梁:32+40+32、40+50+40、40+56+40m。
2)高速动车段走行线、高中速联络线V≤160Km/h时,可采用采用普通梁。
(2)桥跨布置1)除受控制点影响外,尽量按等跨布置,等跨布置以32m、24m梁跨为主。
一座桥尽量采用同一梁跨类型。
2)跨越河堤的桥孔应尽量一孔跨越,堤上及边坡上不宜设墩,如确有困难,桥墩应设在背水坡。
特殊困难时,另行研究。
3)斜交过路过河时,尽量采用较大跨度通过,可采用双线圆形桥墩,可采用异形墩或带洞式背靠背T台进行调孔。
(3)桥跨结构1)跨度20m及以上选用双线整孔箱梁。
2)跨度20、24、32m采用双线简支箱梁或中小跨度连续梁。
3)跨度20m及以下可用刚构、框构或简支T梁。
4)跨河桥梁以32m梁为主,旱桥根据技术经济比较确定24m梁跨或32m梁跨。
5)当全桥控制工点较多,梁跨形式较多时,或地质较差,沉降不易控制及采空区影响范围,采用简支梁。
6)当特大桥或大桥全桥孔跨较为单一,地质较好沉降容易控制时,采用中小跨度连续梁布置桥孔。
24m跨度以3×24m为主,辅以2×24m连续梁。
32m跨度以2×32m为主,辅以3×32m、4×32m连续梁。
(4)墩台1)高速铁路采用京沪高速专用墩台。
分为矩形双柱墩、圆形双柱墩、圆端形板式墩、圆端形桥墩、单圆柱形桥墩、矩形空心墩、圆端形空心墩等,根据道路斜交、水流条件和墩高等不同情况分别选用。
2)8度地震区的墩台需经专门检算后使用。
3)桥台使用耳台、T台。
4)不采用柔性桥墩。
5)水中部分正交或斜交角较小时采用圆端形墩,斜交角较大时采用独柱圆墩;旱地部分采用矩形墩或圆端形墩等。
6)桥墩刚度满足《暂规》6.3.6条下部结构水平刚度的要求。
(5)线桥分界高度根据经济技术比较确定一般地段可采用7~8m,城镇附近可采用5~6m,软土地段以桥代路时按有关专业要求办理。
(6)跨越河堤的桥孔,宜一孔跨越。
确有困难时,桥墩不应设在背水坡,且一般宜用桩基、承台上抬,尽量少挖或不挖河堤。
(7)桥孔布置时,在各控制点之间,应尽量用标准孔跨调节,若有困难时,可采用框架墩或带洞的形墩过渡。
(8)桥台后30m左右以内路基需要设置涵洞时,可采用延长桥孔或改路、沟等至桥下的办法取消涵洞,以免影响行车的平顺性。
(9)当两桥台尾之间的间距小于150m,且为路基相连时,两桥宜设置为一座桥梁。
(10)既有桥涵的利用、加固、改建及涵洞接长的设计原则高速铁路引入既有站,既有线上涵洞结构处于正常工作状态时,一般接长或原式利用。
如果经检算,既有桥梁能满足既有桥梁处高速铁路列车通过速度要求时,既有桥梁可原式利用,否则需要加固改造利用;当需要废弃既有桥梁时,应综合比较线路绕行方案后研究确定。
(二)设计洪水频率、设计活载及活载图式1. 桥梁设计洪水频率为1/100,特大桥或技术复杂,修复困难的桥梁按1/300洪水频率校核,涵洞设计洪水频率为1/50。
2. 设计活载(1)高速正线、高中速联络线、动车走行线采用ZK标准活载。
(2)枢纽内可能走行普通客货列车的地段及相关的既有线改造,中—活载。
(3)公路桥按现行公路规范办理。
3. 活载图式其图式如图9.1。
图9.1 京沪高速铁路活载图式(三)桥梁建筑限界按“京沪高速铁路建筑接近限界基本尺寸及轮廓图”执行。
(四)高速铁路桥梁分布情况全线桥涵总数2887座,桥梁工程(含相关工程)计575座846396.7折合双延长米(特大桥226座,大桥154座,中桥192座,小桥61座);框构桥76座;涵洞2167座。
正线部分桥梁总数519座(特大桥193座、大桥150座、中桥176座),长769.154km,、小桥58座、各类涵洞2068座。
桥梁占正线长度46.3%,扣除桥梁长度后,每公里线路涵洞3.3座/km。
其中:北京至徐州段桥涵总数1567座,其中桥梁(不包括公路桥及框构桥)335座(特大桥109座,大桥75座,中桥148座,小桥3座),长408001.7双延米(含相关工程及黄河桥);框构桥76座;各类涵洞1145座。
正线部分桥梁总数300座(特大桥89座,大桥74座,中桥137座),358424.04折合双延米,框构桥41座;各类涵洞1046座。
桥梁占正线长度54.1%,扣除桥梁长度后,每公里线路涵洞3.27座/km。
其中长度大于5km的桥有17座,分别是跨北京环线特大桥(7496.3m),跨六环路特大桥(5049.3m),跨京津塘高速公路特大桥(10286.0m),北运河特大桥(110710.7m),永定新河特大桥(9947.8m),三角淀特大桥(32273.3m),子牙河一号特大桥(5760.7m),团泊洼1号大桥(23182.9m),团泊洼2号大桥(23512.6m),子牙新河(16218.1m)、石黄高速公路特大桥(8236.1m),南运河2号特大桥(9434.6m),宣惠河特大桥(10313.5m)漳卫新河特大桥(16763.7m),104国道特大桥(6402.2m),黄河桥(13292.55m),跨兖石铁路特大桥(5705.9m)。
徐州至上海段桥涵总数1320座,其中桥梁(不包括公路桥及框构桥)240座(特大桥117座,大桥79座,中桥44座),长438.395km(含相关工程);小桥58座、各类涵洞1022座。
正线部分桥梁总数219座(特大桥104座、大桥76座、中桥39座),长410.73km;小桥58座、各类涵洞1022座。
桥梁占正线长度47.77%,扣除桥梁长度后,每公里线路涵洞3.65座/km。
其中长度大于5km的桥就有12座,分别是荆山引河特大桥(5627.76m)、淮河特大桥(11304.45m)、滁河特大桥(10095.9m),秦淮河特大桥(5158.7m)、常州特大桥(11583.48m)、三山港特大桥(12121.89m)、无锡特大桥(18921.37m)、苏州特大桥(13461.52m)、昆山特大桥(17002.87m)、跨沪宁特大桥(7415.96m)、蕴藻浜特大桥(22533.83m)及大胜关长江特大桥(11765m)。
一般中小跨度桥梁均采用多孔的简支梁结构或中小跨度连续梁结构,当跨度需要大于40m 时采用连续梁结构,当跨度需要大于100m时,采用了斜拉桥、刚梁刚拱、钢桁拱组合结构新结构、新技术。
(五)高架线路设计说明京沪高速铁路徐沪段沿线经济发达,道路、通航河流众多,地势较为平坦,高速铁路与它们交叉时引起路肩高程抬高而设置较长高架线路。
另外有些地段地质条件较差,引起的路基工后沉降较大或路基地基处理费用较高,经技术比较后,在这些地段设置高架线路。
高架线路的路基高度一般在15m以内,所以高架线路桥式主要采用了Lp≤32m的简支梁、等跨连续箱梁以及3×10+8m的连续刚架桥。
简支梁梁部在跨度Lp≤16m时,双线桥采用4片式T梁,单线桥采用2片式T梁,横桥向张拉预应力筋;Lp=20、24、32m时,双线、单线桥均采用单箱单室箱梁。
桥墩主要采用了空心墩(含矩形和圆端形)、实体墩(含矩形和圆端形);桥台采用双线T 台。
空心墩底部设有进人孔,检修人员可以由此进入墩顶及箱梁内检查;T台胸墙前预留有空间,检修人员可以由T台胸墙前进入箱梁内检查。
高架线路桥梁基础一般采用扩大基础、φ0.8m、φ1.0m、φ1.25m的钻孔桩或φ0.55m的预制管桩等。
简支梁、等跨度连续梁等多采用预制架设施工方法,连续刚架桥采用现浇施工方法。
(六)重点桥梁说明1. 跨北京环线特大桥(正在勘测)(计划首批开工)2. CⅠK139+899.3天津团泊洼1号特大桥(计划首批开工)该桥为跨越独流减河及团泊洼滞洪区而设,全长21692.3m。
独流减河设计流量4011m3/s,设计水位5.40m,与线路斜交角66.5°,团泊洼滞洪区滞洪水位5.56m。
另外本桥还跨越规划京沪高速公路联接线、静王公路、周卢铁路等控制点。
桥址区分布有软土。
跨越京沪高速公路联络线采用2×40.0m连续梁;跨越独流减河采用56.0m简支箱梁,单圆柱桥墩,以减少租水;跨津晋高速公路为48+80+48m连续梁,悬臂灌注施工,其他段落均采用32、24.0m 简支箱梁。