铁路钢盖梁钢门式墩优化技术研究

铁路钢盖梁钢门式墩优化技术研究

巴黎

中铁三局集团有限公司运输工程分公司  山西晋中  030600

摘要：近几年我国铁路建设不断修建完善，新建铁路跨越既有线路在所难免，因受施工现场环境等因素影响，门式墩跨越既有线设计方案愈加成熟，铁路门式墩钢盖梁施工为桥梁建筑工程中重要项目，能够合理解决上跨既有构筑问题，以某上跨既有铁路桥梁工程为工程背景，结合该工程实际情况，通过受力分析、施工方案分析、成本分析对钢盖梁门式墩优化方案的技术可行性及经济性进行研究，确定钢盖梁门式墩最优优化方案，本次施工具有良好的施工质量。

关键词：上跨既有铁路；钢盖梁门式墩；结构验算；方案优化；应用；

0引言

目前，在经济社会不断发展过程中，对交通路网的跨越式发展具有极大的推动作用，特别在高速铁路等发展方面，使得新建铁路和原有铁路线路的交叉情况比较常见，钢盖梁门式墩是新建铁路小角度跨越既有铁路、公路、油气管道的常用方案。采用钢盖梁门式墩可减少大跨度连续梁的使用，有效缩短桥跨结构施工周期，大大减少对既有结构的影响。

1工程概况

本次研究依托工程项目为某新建城际铁路项目，该项目邻近既有铁路施工，多次跨越既有铁路，共设置15个钢盖梁门式墩。盖梁均为“门”字型（钢横梁+钢立柱）钢盖梁，结构高度8.2m，其中横梁高2.5m，钢立柱高度5.7m。最大重量110.8t，最大吊装高度超过36m。为此，对钢盖梁结构形式进行优化，缩短钢立柱长度，降低钢盖梁重量，降低吊装高度，缩短施工作业时间，降低施工风险，节约投资。本文以某桥98#墩为例详细论述钢盖梁门式墩方案优化。

图1钢盖梁分布平面图

2钢盖梁钢门式墩优化

2.1门式墩原设计概况

98#墩于某铁路DK198+412处跨越既有铁路，夹角为14°，门式墩横向计算跨度15.0m，钢盖梁横向宽17.6m，高2.5m，纵向宽3.3m，钢盖梁立柱高5.7m，插入柱5.0m。墩全高31.0m，左右柱等高，基础采用5根φ1.25m桩基；立柱采用普通钢筋混凝土结构，柱顶横桥向宽为3.4m，纵桥向宽为3.9m。钢盖梁所用钢板板厚20mm，横隔板间距≤2.5m。如图2。

2.2方案优化原因

98#墩墩高为31.0m，钢盖梁立柱高为5.7m。钢盖梁吊装时钢立柱需插入墩身预埋钢筋内，钢盖梁吊装高度需高于门式墩墩身预埋筋约6.0m，吊装总高度达36.0m。钢盖梁吊装时，钢盖梁立柱四周剪力钉与墩身预埋钢筋存在互相干扰现象，钢盖梁落位相对困难，导致重载状态下吊装作业时间长，施工风险高。钢盖梁吊装定位固定后，墩顶5.0m后浇筑段厚度约30cm，立完外模后，施工空间狭小，作业难度较大。

图2 门式墩断面布置（cm）

2.3方案优化总体思路

为降低施工风险，确保施工安全，通过缩短钢盖梁立柱长度，将“门”字形钢盖梁优化为“一”字形钢盖梁，取消钢盖梁5.7m柱，采用柱顶后浇钢混结合段形成柱梁固结体系。降低起吊重量，减少起吊高度，缩短作业时间，同时节约工程投资。

图3优化后的门式墩断面布置（cm）

2.4设计方案优化

2.4.1优化方案

钢盖梁结构横向宽度由17.6m增加至18.6m，纵向宽度维持3.3m不变；立柱长度由（横梁以下）5.7m缩短至1.2m。

混凝土立柱增高0.5m，柱顶埋设1.2m高的外包钢板。墩顶设置钢混结合段，钢板深入混凝土柱中1.0m。深入柱钢板截面为箱形，外轮廓尺寸为3.1m×3.1m（横桥向×顺桥向）。横桥向外侧钢板与墩柱外缘齐平，横桥向内侧钢板外包混凝土横桥向厚度为30cm，顺桥向厚度均为40cm，并设置墩柱钢筋深入钢混结合段范围内。如图3、4。

图4 墩顶连接细部构造示意图

2.4.2 结构验算分析

对比两种结构主要变化表现在墩柱固结方式有变化，混凝土有所增加，需要进一步对结构检算，确保安全。

结构优化后由于墩柱顶存在钢混结合段，刚接刚度相比较大，导致墩柱顶外侧弯矩变大，钢盖梁支点处弯矩变大，钢盖梁支点有效钢截面弯矩减小，跨中弯矩变小，跨中位移变小。左柱桩基反力增加，右柱减少，变化均少于1%，影响较小。

（a）原施工图（b）优化盖梁图

图5 主力弯矩图（kN-m）

（a）原施工图（b）优化盖梁图

图6 主力+附加力弯矩图（kN-m）

（a）原施工图（b）优化盖梁图

图7 恒载变形图（m）

表2 钢横梁应力检算对比表（MPa）

表3 墩柱应力检算对比表

2.5施工方案优化

2.5.1加工方案优化

原设计方案盖梁要求采用分节段制造，运输至现场组拼，整体吊装。盖梁钢立柱高达5.7m，整体制造完成后，运输困难，需分段运输至施工场地内与横梁进行组装焊接，因焊接标准高，对施工现场、设备有较高要求，且无法保证现场焊接质量；优化后钢盖梁可直接在厂内整体加工，运输至现场吊装，现场无需焊接作业，能较好的保证加工质量。

2.5.2吊装方案优化

原设计方案钢盖梁吊装时，钢立柱下沿要高于柱顶预留钢筋顶部约6米，导致钢盖梁整体起吊高度超过26.5米。钢盖梁立柱四面设置剪力钉，最小间距200mm，较为密集。剪力钉与混凝土柱顶预留钢筋相互干扰，安装过程对位较为困难。每次对位需要约2.5-3个小时。原设计方案构件的迎风面积大，吊装过程定位控制难度较大。

方案优化后，钢盖梁起吊高度为19米，较原方案降低了6.5米。起吊重量由108.8吨减少至90.4吨。起吊设备可由650t履带吊改为450t履带吊。

通过方案优化避免了剪力钉与预埋钢筋的碰撞，同时通过在墩顶设置楔形就位导向板，加快了钢盖梁对位的速度，钢盖梁可在1.5小时内完成对位。缩短了吊装设备在负重工况下的工作时间，降低了吊装作业难度，保障了施工安全。

3施工效果检验

在钢盖梁施工中，通过方案优化比选，优化钢盖梁自身结构形式，减少钢盖梁自重，降低钢盖梁高度及墩梁固结体系，有效的降低了吊装安全风险，提高了施工效率，并节了钢料的使用。钢盖梁吊装工艺改进节约费用345万，其中钢梁材料及加工费节约165万元，履带吊租赁费用节约70万，汽车吊租赁费用节约10万元，人工费用节约20万元，燃油费节约10万元，综合管理费用节约70万。

4结束语

通过本文上述论述，门式墩优化设计可以使新路网对原有路网的干扰性得到有效控制，并确保施工的高度安全性。在跨既有铁路大桥门式墩盖梁中，“一”字形钢盖梁设计施工方案得到应用，对钢盖梁门式墩施工技术深入研究，提拱了一套技术方案，并通过现场试验验证了该方案的可靠性与可行性，加快现场施工进度，具有良好的经济效益。为以后钢盖梁加工吊装施工提供了理论支撑。

参考文献

[1]李小乐. 铁路工程中的门式墩钢盖梁吊装施工技术[J]. 工程建设与设计, 2022(000-004).

[2]刘勇. 跨铁路不利施工条件下大跨度门式墩施工技术研究[J]. 价值工程, 2022, 41(11):3.

[3]王振浩. 基于钢门式墩的现浇梁侧位横移力学性能研究[J]. 铁道建筑技术, 2022(009):000.