城际铁路大跨度矮塔斜拉桥工后收缩徐变计算与控制研究

广东建材2019年第6期工程试验与研究城际铁路大跨度矮塔斜拉桥工后收缩徐变计算与控制研究廖威（广东珠三角城际轨道交通有限公司）【摘对轨道结构的平顺性要求很高，而大跨度桥梁的工后要】目前城际铁路普遍采用无砟轨道，收缩徐变变形和活荷载作用下的弹性变形会显著影响桥上轨道结构的平顺性，因此必须控制轨道铺本文针对广佛环城际铁路跨东平水道矮塔斜拉桥的工程实例，对城际铁路设后桥梁的收缩徐变变形。大跨度矮塔斜拉桥工后收缩徐变计算与控制方法进行了研究，建立了计算模型分析不同因素对桥梁工后收缩徐变变形的影响规律，总结了工后收缩徐变变形的控制要素，对指导施工和确保建成后的轨道平顺性具有重要意义。斜拉桥；预应力混凝土；收缩徐变【关键词】城际铁路；大跨度桥梁；1引言由于无砟轨道相较有砟轨道具有轨道稳定性和耐满足高速通行等突出优点[1]，目前城久性好、平顺性高、际铁路普遍采用无砟轨道。然而，在大跨度预应力混凝路基不同，桥梁结构在土桥梁上设置无砟轨道与隧道、活载作用下的弹性变形以及工后的收缩徐变变形都会直接影响到桥上轨道结构的受力、平顺性及行车安全。对于大跨度桥梁结构无砟轨道而言，由于没有道砟来调无砟轨道的永久变形只能通过扣配件进节轨道的高程，行调整以恢复其正常的轨道几何形状[2]。由于扣配件的为保证轨道的平顺性，研究大跨度可调节量非常有限，混凝土桥梁的工后收缩徐变影响因素并对轨道铺设后具有非常重要的意义。的收缩徐变变形进行控制，墩为19.0m×5.0m圆端形实体截面；桥塔为高25.0m的H形混凝土结构；主梁为三向预应力单（梁顶面起算）箱双室箱梁结构，箱梁顶宽13.5m，箱宽11.0m，中支点斜拉索采用双索面扇形布梁高9.6m，采用悬浇法施工；置，全桥设置8对共32组拉索，梁上拉索水平间距8.0m。图1跨东平水道矮塔斜拉桥总体布置（单位：m）3收缩徐变对预应力混凝土桥梁的影响混凝土的收缩和徐变是与时间有关的两个重要的物理力学性质，受控因素复杂[3]。影响混凝土收缩的因素主要有：水泥品种、混凝土配合比、外加剂种类及掺量、介质温度与相对湿度、养护条件、混凝土龄期等。影响混凝土徐变的因素分为内部和外部因素两部分：①内部因素主要指水泥品种、骨料、水灰比、外加剂等；②外环境相对部因素主要指加载龄期、加载应力、持荷时间、湿度与温度、结构尺寸等[4]。2工程概况珠三角城际轨道交通广佛环城际铁路东平水道特呈南北向以地面大桥位于佛山市禅城区和顺德区境内，高架线形式展布，全长4869m。由于需要满足规划Ⅱ级东平水道特大桥设计以斜拉航道东平水道的通航要求，桥的形式跨越东平水道。跨东平水道主桥为双塔双索面预应力混凝土部分斜拉桥，桥长368m，孔跨布置为（96+176+96）m，采用塔梁固结、墩梁分离的结构体系，为混凝土收缩徐变对大跨度桥梁的变形和内力影响尤其是采用悬臂施工方法时，混凝土龄期短，收缩国内城际铁路在建主跨度最大的无砟轨道矮塔斜拉桥，较大，徐变效应更加明显[5]。在预应力混凝土中，随时间而增桥梁总体布置如图1所示。加的混凝土收缩徐变变形受到内部钢筋的约束将导致主该桥采用桩径Φ2.5m的钻孔灌注摩擦桩基础；-65-工程试验与研究前期结构继应力重分布。施工过程中发生体系转换时，承下来的应力状态所产生的徐变变形增量受到后期结构的约束，也会导致结构内力的重分布。广东建材2019年第6期变形不大于L/5000，且不应大于20mm[6]，因此边主跨的竖向变形控制值分别为±19.4mm和±20mm。从图3和表1可以得出如下结论：⑴各工况下的桥梁边主跨工后收缩徐变竖向变形值均小于相应的控制值，满足规范要求；⑵边跨上拱值随着二期恒载上桥时间往后推移将逐渐变小，主跨下挠值着随着二期恒载上桥时间往后推移将逐渐增大；可减小工后收缩徐变⑶适当延长混凝土张拉龄期，变形（合拢时间越晚对桥梁工后收缩徐变变形的控制越有利），工期允许的情况下尽量延长这个时间。4工后收缩徐变变形计算分析本文按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构[6]设计规范》（TB10002.3—2005）的相关规定，采用MI-DAS建立了如图2所示的跨东平水道矮塔斜拉桥有限计算铺轨后元模型，以铺轨时桥梁的竖向变形为基准，由于混凝土的收缩、徐变引起的至收缩徐变结束为止，桥梁工后竖向变形。按照张拉龄期和二期恒载上桥时间计算工况分为四种，如表1所示。各工况下边主的不同，跨的工后收缩徐变变形趋势如图3所示。当桥梁跨度大于50m时，工后竖向根据规范要求，5工后收缩徐变变形施工控制要素对于分段悬臂浇筑的从上述的计算分析可以看出，大跨度预应力混凝土斜拉桥，为有效控制工后收缩徐变变形，需在施工过程中注意控制如下方面：适当延⑴悬臂施工阶段梁段混凝土张拉龄期控制：将有利于减小混凝土的长预应力张拉时的混凝土龄期，工后收缩徐变变形，张拉龄期不应低于7天。⑵二期恒载上桥时间控制：二期恒载上桥时间不同，桥梁工后收缩徐变变形将会发生变化，适当延长二合拢后的二期期恒载上桥时间，可减小工后收缩徐变，恒载上桥时间不应低于90天。弹性模量对大跨度⑶混凝土强度和弹性模量控制：桥梁的后期徐变影响很大，提高弹性模量能显著改善大因此预应力张拉时混凝土的跨度桥梁的工后收缩徐变，弹性模量必须达到100%设计值要求。⑷施工过程的线形内力控制：加强施工质量控制（包括材料质量控制、实施质量和施工过程施工监控控图2跨东平水道矮塔斜拉桥有限元计算模型表1不同工况下桥梁边主跨工后收缩徐变竖向变形最大值对比项目工况一工况二工况三工况四混凝土张拉龄期(d)7775二期恒载边跨竖向变形(mm)上桥时间(d)计算值控制值605.2±19.4905.5±19.41804.4±19.4605.9±19.4主跨竖向变形(mm)计算值-6.9-8.1-10.9-7.3控制值±20±20±20±20工况一工况二工况三工况四（1/2桥梁跨度）图3不同工况下主梁工后收缩徐变变形变化趋势-66-(下转第64页)工程试验与研究可以定性地分底土体的隆起。通过有限元的模拟分析，通过加长桩析出桩排数的增加对隧道隆起的影响大小。长与减小桩间距来限制基坑下卧隧道的隆起也是同样的原理。模拟结果如图5所示。纵坐标为土体位移，横坐标为土体与隧道中轴线的水平距离。由图5可得，隧道的隆起位移随着抗拔桩排数的增加而减小。对于大部分隧道来说，一排抗拔桩就可以满足大部分地质良好情况下的地铁隧道最大上浮10mm的预警值，实际工程中宜从经济和工期的角度选择合适的桩排数来避免隧道隆起超过预警值。广东建材2019年第6期一个“保护箍”倒扣在隧道上方，有效限制了土体隆起,保护了基坑下卧地铁隧道。⑵不同桩排数对隧道位移的影响是隧道的隆起位由模拟结果以及前移随着抗拔桩的排数的增加而减小。海项目的成功实施可得出，一排抗拔桩就可以满足大部分地质良好情况下的地铁隧道最大上浮10mm的预警值，实际工程中宜从经济和工期的角度选择合适的桩排数来避免隧道隆起超过预警值。●【参考文献】[1]张治国,张谢东,王卫东.临近基坑施工对地铁隧道影响的数值模拟分析[J].武汉理工大学学报,2007,(11):93-97.[2]王卫东,王浩然,徐中华.基坑开挖数值分析中土体硬化模型参数的试验研究[J].岩土力学,2012,33(08):2283-2290.[3]刘国彬,黄院雄,侯学渊.基坑工程下已运行地铁区间隧道上抬变形的控制研究与实践[J].岩石力学与工程学报,2001,(02):202-207.[4]廖俊展,黄茂松,王卫东,陈峥.设置抗浮抗拔桩深基坑的三维数值仿真分析[J].岩土工程学报,2006(S1):1370-1373.[5]刘国彬,吉茂杰.基坑施工对下方隧道影响研究[J].建筑技术,2002,(02):116-117.[6]李家平.基坑开挖卸载对下卧地铁隧道影响的数值分析[J].地下空间与工程学报,2009,5(s1):1345-1348.[7]管龙.抗隆起桩对深大基坑坑底隆起影响研究[J].低温建筑技术,2016,38(05):132-134.（1994-）*通讯作者：卜康正,男,硕士研究生,主要研究方向为岩土与隧道工程,E-mail：2015705878@qq.com.图5抗拔桩排数对隧道竖向位移的影响5结论⑴小竖井在开挖时卸载量要远小于传统的分层分块开挖，小竖井开挖完成后抗拔桩与抗浮板联合形成了(上接第66页)制等），使得桥梁竣工后的线形和内力与设计值吻合，可使桥梁在长期运营后的收缩徐变得以控制[7]。●【参考文献】[1]赵国堂.高速铁路无碴轨道结构[M].北京：中国铁道出版社,2006.[2]宋子威,王德志,薛兆钧,等.铁路混凝土部分斜拉桥设计综述及发展方向[J].交通科技,2015(06):58-64.[3]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社,2001.[4]汪剑,方志.大跨预应力混凝土箱梁桥收缩徐变效应测试与分析[J].土木工程学报,2008(01):75-82.[5]吴冲,曾明根,邵长宇,等.大跨度组合箱梁斜拉桥混凝土收缩与徐变应力分析[J].世界桥梁,2004(S1):8-13.[6]TB10002.3—2005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].[7]谢明志,魏昌辛,杨永清,等.高铁大跨矮塔斜拉桥施工控制研究及应用[J].铁道工程学报,2018(09):142-151.-64-