京沪高速铁路济南黄河大桥主桥设计
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论述高强度大体积混凝土防裂施工摘要:本文以京沪高速铁路黄河大桥为例论述了高强度大体积混凝土防裂施工。
关键词:桥墩承台;大体积混凝土;防裂;施工技术。
中图分类号: tv544+.91 文献标识码: a 文章编号:一、工程概况京沪高速铁路黄河大桥位于山东济南市境内,距上游济德高速公路杨庄大桥约3km,距下游泺口铁路大桥约11km。
济南黄河特大桥设计起止里程为ck406+918.874~ck412+062.274,大桥独立起止里程为dk6+187.4~dk11+330.8,全长5143.4m,包括正桥、北引桥和南引桥。
全桥墩台基础均采用钻孔灌注桩,正桥为(112+3×168+112)m下承式、等高度、连续、刚性梁柔性拱桥,正桥滩地采用54m预应力混凝土连续箱梁;引桥采用32.7m预应力混凝土简支箱梁,跨越南临黄大堤、北展宽区大堤处采用主孔80m预应力混凝土连续箱梁。
主桥位于0~5 号墩之间,其中3 号墩设计为固定墩. 0、5 号墩基础均设计为21 根准2.0 m 钻孔灌注桩,0 号墩设计桩长90 m,5 号墩设计桩长70 m. 1、2、3、4 号墩基础均设计为28 根准2.5 m 钻孔灌注桩,1、4 号墩设计桩长90 m,2 号墩设计桩长102 m,3 号墩设计桩长98 m. 0、5 号墩承台设计长度34.6 m,设计宽度13.8 m,设计厚度4.5 m,每个承台混凝土体积为2 148.66 m3;1、2、3、4 号墩承台设计长度42.5 m,设计宽度23.3 m,设计厚度6.0 m,每个承台混凝土体积为5 941.5 m3。
桥梁设计水位34.96 m,最高通航水位34.46 m,河流平均流速2.07 m/s,枯水期仅主河槽有水,桥址范围内地表水主要是黄河水,水质特点是泥沙含量大,水质浑浊;地下水稳定水位在地表以下约2.0 m 处,地下水对混凝土无侵蚀作用。
二、施工准备1 选定混凝土配合比承台混凝土设计强度等级为c45,为提高混凝土的耐久性,改善混凝土的施工性能和抗裂性,在混凝土中掺入适量的优质粉煤灰,承台大体积混凝土的水泥用量不大于450 kg/m3 . 根据承台大体积混凝土的技术要求,设计不同配合比的混凝土制作力学性能和抗裂性能对比试件,按规定养护至规定龄期进行试验. 根据不同配合比对应混凝土拌和物的施工性能、抗压强度、抗裂性以及耐久性能试验结果,按照工作性能优良、强度、抗裂性和耐久性符合要求、经济合理的原则,从不同配合比中选择一个最佳的配合比作为优化后的理论配合比。
市政工程滑动斜拉式挂篮的设计与施工[摘要]随着我国建筑行业的不断发展,在市政桥梁的建设工程当中,滑动式斜拉式挂篮式的实际与施工得到了普遍的应用。
其应用不仅能解决重载的问题,而且挂篮结构轻,节约钢材,水平力可以控制在合理的范围,使水平制动装置较为简单安全,具有明显的经济效益和较大的推广应用价值。
本文就京沪高速黄河大桥为例,介绍挂篮方案的选定,以及斜拉式挂篮设计与施工的具体步骤等内容。
[关键词]市政工程;斜拉式挂篮;设计与施工中图分类号:u445.5 文献标识码:a 文章编号:1009-914x(2013)05-0038-01引言京沪高速铁路济南黄河大桥位于济南境内,2008年4月18日开工建设,包括主桥、北引桥和南引桥三部分,是北京至上海、太原至青岛铁路两线共用的四线桥。
京沪高铁济南黄河大桥分为正桥、北引桥和南引桥三部分,其中正桥分为五跨,中间三个主跨长度均在168米,两侧跨径各为112米。
大桥全长5143.4米,跨度728米,宽3l米,共有144个桥墩,由70多万个螺栓连接而成。
中间柔性拱共三跨,每跨拱架设有10个节段。
采用单箱单室断面,顶面宽13.5m,底宽为7.0m,箱梁根部端面梁高10.5m,跨中合拢段断面梁高2.6m,箱梁底板下缘按二次抛物线变化,主桥箱梁采用悬臂平衡浇筑施工,一个耐句分25对箱梁梁段,分段长度分别为3.42m,4.6m,边跨合拢段长12.3m,跨中合拢段长2.7m,梁段最大重量为3260kn。
1.挂篮设计方案选定1.1方案选定由于桥址所处位置偏僻,施工场地狭小,并且工期紧张,要求施工所用挂篮具有轻便、便于拼装、施工速度,决等特点。
根据对平行桁架式挂篮、弓弦式桁架挂篮、三角型组合梁挂篮、滑动斜拉式挂篮等各类挂篮的比较和分析,认为在修建石村沟大桥时,滑动斜拉式挂篮值得优先考虑。
该挂篮的浇筑混凝土质量几乎全部直接传递至桥梁已浇筑梁段,这与其他挂篮需要靠挂篮的桁架体系来承受浇筑混凝土质量有很大的差别。
一、铁路基本建设项目流程图铁路基本建设项目流程图项目建议书阶段可行性研究阶段勘测设计阶段开工报告阶段设计院铁路基本建设项目流程图计划编制阶段铁路基本建设项目流程图开工建设阶段铁路基本建设项目流程图竣工验收阶段附件2:铁路基本建设项目建设管理各阶段职责分工附件3:利用外资项目建设管理流程——世行和亚行贷款项目前期阶段北京市汉卓律师事务所内部资料请勿传阅注:1、报告①、②、③、④可在项目报国务院的同时进行编制。
2、董事会批准贷款后,可以选期进入项目招标实施。
北京市汉卓律师事务所内部资料请勿传阅利用外资项目建设管理流程——土建招标阶段北京市汉卓律师事务所内部资料请勿传阅国外贷款机构注:中文评标报告由建设单位报部招标办核准后,英文评标报告由外资中心和招标公司报贷款机构审查。
利用外资项目建设管理流程——设备招标采购阶段北京市汉卓律师事务所内部资料请勿传阅案例:京沪高铁一、京沪高铁建设基本流程:北京市汉卓律师事务所内部资料请勿传阅北京市汉卓律师事务所内部资料请勿传阅北京市汉卓律师事务所 内部资料 请勿传阅二、案例:京沪铁路建设时间流程1990年12月,铁道部完成“京沪高速铁路线路方案构想报告”。
1994年,当时的国家科委、国家计委、国家经贸委、国家体改委和铁道部课题组完成了“京沪高速铁路重大技术经济问题前期研究报告”的深化研究。
1994年12月,国务院批准开展京沪高速铁路预可行性研究;同月,铁道部成立京沪高速铁路预可行性研究办公室。
1996年4月,完成“京沪高速铁路预可行性研究报告(送审稿)”。
北京市汉卓律师事务所内部资料请勿传阅1997年4月,完成“京沪高速铁路预可行性研究报告补充研究报告”,并据此上报了项目建议书。
1998年10月至2000年4月,当时的国家计委委托中咨公司对“京沪高速铁路预可行性研究报告”进行了评估。
铁道部按评估意见完成了“京沪高速铁路预可行性研究报告(评估补充稿)。
2000年1月,按国务院要求,铁道部配合中咨公司完成并上报国家计委《关于高速轮轨与高速磁悬浮比较的论证报告》。
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。
济南黄河二桥济南黄河二桥该桥位于山东省济南市西郊,是京沪、京福高速山东重合段上横跨黄河的特大桥,也是跨越黄河的第一座高速公路桥梁,具有重要的战略地位。
该桥工程总价为4.29亿元,于1999年7月6日开始通车,全长5.75公里,采用跨径200米预应力混凝土及连续钢梁结构,桥宽35.5米,双向六车道,设计行车速度为120公里/小时。
济南黄河二桥,南北向横跨黄河,,向西接济聊一级汽车专用路;终点由大杨庄互通立交向东,接通与济青高速相接的北联络线,向南通向泰安。
大桥为济南市西外环的组成部分。
大桥设计荷载汽超20,拖120,地震烈度7度设防,设计流量10000立方米/秒,同行流量9000立方米/秒,其余如地质、气象、降水、风雪、冰凌等从略。
建筑设计结构济南黄河二桥的建设采用了设计、施工联合投标的方式,山东省交通规划设计院为设计、社工总承包;山东省交通工程总公司承包A 段工程[二道坝北引道+50孔北引桥+南主桥+南引道+13孔南引桥及引道],全长为3065米;北京公路一局承包B段工程[55孔北引桥+北引道+北主桥],全长为2685米。
上述A、B段均包括路基、桥涵、路面等工程。
大桥全长5750米,由主桥及南、北引桥和引道组成。
桥梁部分总长5100.64米。
主桥为主跨210米的5孔连续刚构连续梁体系,跨径组成为:3.83+7*35+65+160+210+160+65+35+3.83=947.66米。
济南黄河二桥主墩采用大直径桩,充分的发挥其抗弯优势,A段:主桥刚构墩基础为直径2.0米的钻孔灌注桩,每墩设13根,呈梅花型分布,桩长93.5米,连续墩基础为之境2.0米的钻孔桩,每墩设8根,桩长79米;共用墩基础为之境1.5米的钻孔灌注桩,每墩设6根,长长60米。
刚构墩墩身高19.452米,墩身长宽为1000*835cm,承台厚4.5米为八角形长宽为2190*1360cm。
连续墩墩身高20.556米,墩身长宽为835*280cm,承台厚4.0米,长宽为1320*1190cm。
文章编号:1003-4722(2006)S2-0094-03京沪高速铁路济南黄河大桥主桥设计张 强(中铁大桥勘测设计院有限公司,湖北武汉430050)摘 要:京沪高速铁路济南黄河大桥的主桥桥式方案选择时充分考虑了水文及高速行车对结构的要求,采用刚性梁柔性拱方案。
重点介绍了新型带K 撑的主桁结构及正交异性整体式桥面在该桥的应用。
关键词:铁路桥;钢桥;桥式方案;正交异性板;桥面;桥梁设计中图分类号:U448.13;U448.36文献标识码:ADesign of Main Bridge of Ji c nan Huanghe River Bridgeon Beijing 2Shanghai High Speed RailwayZHANG Q iang(China Zhongtie Major Br idge Reconnaissance &Design Institut e Co.,Ltd.,Wuhan 430050,China)Abstr act:At the time the bridge type alternative for the main bridge of Ji'n an H uanghe River Bridge on Beijing 2Shanghai H igh Speed Railway was selected,the hydr ologic conditions at the Bridge site,the requirements for the structure accommodating to the high speed running trains were fully consider ed and the bridge type of r igid girder and flexible arch was finally chosen for the main bridge.In this paper,the application of the new type of main tr uss structure with K 2struts and monolithic orthotr opic deck to the bridge is mainly dealt with.Key words:railway bridge;steel bridge;bridge type alternative;orthotropic plate;deck;bridge design 收稿日期:2006-10-11作者简介:张 强(1976-),男,工程师,1998年毕业于西南交通大学桥梁工程专业,学士学位。
1 引 言京沪高速铁路济南黄河大桥是京沪高速铁路跨越黄河的通道,可研阶段主桥按京沪双线桥开展研究。
为节约有限的桥位资源,减小对黄河行洪排凌的影响,根据铁道部相关会议精神,初步设计阶段主桥按京沪高速和太青客运专线四线共建考虑。
济南位于黄河下游河段,河道水少沙多、淤积严重。
桥址处河道属弯曲性的河道,其特点是河道窄而弯曲多,弯曲半径小。
工程修建后,对行洪排凌的影响、对河床形态的调整和洪水期水位的表现,以及河道的淤积等问题均需要开展研究。
京沪高速铁路是我国设计时速最高的客运铁路。
本桥设计时速为350km/h 。
为保证列车运营安全和舒适,设计中对桥式方案、主桁结构及桥面形式等均进行了分析。
2 主桥孔跨布置在进行主桥孔跨布置之前,对桥址处的河势演变进行了分析。
受两岸控导工程和险工控制,中水河槽和河势溜向已初步得到控制,因此河势变化研究时以近期河势及河道统测断面资料为主。
通过比较河段1980~2001年主溜线变迁图,选用了6个年份的汛末主溜线套绘河势图,确定桥位主溜宽度为250m 。
桥址下游1.2km 的郑家店断面的河道边界条件与桥位处相似,借鉴郑家店断面的1980~2001年河道统测断面资料,确定桥位处主94桥梁建设 2006年增刊2槽的摆动幅度为600m。
根据上述分析结果,初步拟定了(112+2@168 +112)m桥式布置进行河工模型试验。
按河工模型试验结果,枯水期排凌要求主孔跨应紧靠北临黄大堤前以利排凌,因此主孔整体向北平移,以主桥边跨跨越北临黄大堤,同时为满足主孔总长不小于600m的防洪要求,桥式布置改进为(112+3@168 +112)m。
按黄委会对济南河段的孔跨要求,南岸滩地采用不小于50m的孔跨。
以改进后的桥式方案重新进行河工模型试验,试验结果表明:洪水过程中桥位断面有桥与无桥方案调整状况相差不大,有桥方案的排冰效果基本与无桥方案相同。
济南河段为堆积性河道,长期看主槽和滩地基本呈同步抬升趋势。
为确保防洪安全,目前采用大堤加高培厚的方法。
1999年底小浪底水库投入运用,其调节径流泥沙的运行方式将在一定年限范围内对下游河段的冲淤造成影响,使河道下切,减少了部分淤积。
根据黄河水利科学研究院进行的水文泥沙分析,桥址处未来50年总的预计淤积高度为4.0 m,在不影响桥长及纵断面布置的条件下,按5.04 m预留此部分大堤加高后的建筑高度。
3主孔桥式方案比较根据5京沪高速铁路设计暂行规定6(简称暂规)的要求,在ZK活载作用下,跨度大于80m的梁,采用有碴桥面时,梁端竖向折角不应大于2j,梁体的竖向挠跨比($/l p)限值为1/1000。
预应力混凝土梁轨道铺设后,梁的徐变上拱不宜大于20mm。
可研阶段提出过预应力混凝土连续梁、预应力混凝土部分斜拉桥和连续钢桁梁方案。
预应力混凝土连续梁方案结构变形均满足暂规要求,但因梁高较高,主孔轨底高程较钢桁梁方案高出5.1m,导致正桥两边的纵坡随之加大,增加了基础的工程数量,并且对长期运营能耗不利。
同时,因梁体质量较重,对结构的抗震不利。
而部分斜拉桥方案,梁体的收缩徐变对结构线形的影响较难控制,最终也予以舍弃。
钢桁梁方案进行了变高度连续钢桁梁及等高度刚性梁柔性拱方案的对比,见图1、图2。
两方案主要计算结果比较见表1。
图1变高度连续钢桁梁方案图2等高度刚性梁柔性拱方案表1两方案主要计算结果竖向挠跨比$/l p中跨边跨梁端转角/j 变高度连续钢桁梁方案1/15651/2060 1.576等高度刚性梁柔性拱方案1/29221/2128 1.604较变高度连续钢桁梁方案,等高度刚性梁柔性拱方案不仅在提高钢梁竖向刚度上具有明显优势;由于桁高的降低使腹杆的长度减少,杆件受力更为合理;单根杆件的最大重量也较变高度连续钢桁梁方案为小;杆件的制造与安装更加方便。
因此,桥式方案最终确定为等高度刚性梁柔性拱方案。
4主桁断面设计根据可研阶段的研究结论,初步设计阶段未进行方案的比选,按刚性梁柔性拱方案开展四线桥的相关设计工作。
刚性主梁采用带竖杆的等高度三角形桁架,桁高16.0m,节间14.0m。
柔性拱肋按圆曲线布置,矢高30.0m,矢跨140.0m,矢跨比1/4.67,拱肋在拱脚与支点处斜杆通过节点相连。
因主桁宽度大,初步设计时就30m总桁宽采用两桁和三桁进行计算分析,其断面布置见图3、图4。
主要静力计算分析结果见表2。
图3两桁方案主桁断面布置图4三桁方案主桁断面布置95京沪高速铁路济南黄河大桥主桥设计张强表2两桁和三桁方案主要静力计算结果桁式方案弦杆最大内力/kN支座反力(中桁)/k N支座反力(边桁)/kN(一桁)最大竖向挠跨比$*/l p 拉力压力边支点中支点1中支点2边支点中支点1中支点2边跨中跨两桁4980021140)))2570083150913001/25451/3733三桁38500160001700056110628301135044030507301/28721/4097注:*为静活载作用下的最大竖向挠度绝对值。
从计算结果可看出,采用两桁和三桁方案结构的刚度均满足规范要求。
主桁采用两桁方案具有结构受力明确,构造相对简单等优点。
当结构受力很大,杆件截面选择时钢板厚度及截面尺寸超出现阶段钢材所允许最大尺寸时,采用三片主桁可有效解决此问题。
本桥跨度相对较小,在四线ZK活载作用下,2片主桁时其杆件最大内力为49800kN。
另外当采用3片主桁时,由于整体桥面横梁与主桁连接的构造要求,主桁下弦杆件须具备必要的高度以适应与横梁的连接,由于构造要求而导致结构的用钢量增大。
因此两桁方案更优。
两桁方案的杆件截面,弦杆采用箱形截面,截面高度在1500mm以内,内宽1300mm。
腹杆除受力较大的斜杆采用箱形截面外,其余均采用便于拼接的/H0截面,箱形截面高800~1700mm,/H0截面高900mm,腹杆截面外宽均为1300mm。
主桁平弦部分节点采用整体节点设计,考虑制造及安装方便,拱肋节点采用拼装节点。
主桁最大板厚控制在50mm以内。
杆件截面选择时钢板厚度及截面均满足常规尺寸及现阶段已有材料、制造施工工艺的要求。
5桥面结构设计目前我国铁路桥常用的桥面结构为纵横梁桥面系。
在纵横梁桥面系的设计计算中,为防止纵横梁参与主桁共同作用而引起横梁过大的面外弯矩,通常在跨间设置伸缩纵梁。
但伸缩纵梁造成桥面的不连续性将对高速行车带来不利影响。
为此,本桥桥面设计为桥面板和下弦杆结合的低高度桥面[1]。
用正交异性板整体桥面代替纵横梁桥面体系,取消下平联、伸缩纵梁及制动架,桥面结构与下弦杆共同受力。
根据资料我国最早采用正交异性板桥面的淮南复线拓皋桥运营状态良好。
开口纵肋具有制作、焊接方便,易于根据不同的内力改变截面等优点,因此桥面纵肋采用开口肋。
由于整体桥面板与主桁下弦杆采用焊接,横梁与竖杆及横联形成了节点完全刚性的横向框架,竖杆须承受较大的面外弯矩,为改善横梁及竖杆的受力状态,本桥的横联设计为带/K0撑的结构。
在两桁方案中,通过对横向平面框架的分析研究,横联采用/K0撑的结构,竖杆的面外弯矩为2200kN#m;而无/K0撑的结构,竖杆的面外弯矩达9460kN#m。
6主桥下部结构设计据钻孔资料揭示,桥位工程地质地层以第四系河流相粉质土为主,其间多夹粉、细、中砂及粉土、粘土薄层或透镜体,钻孔深40m以下姜石含量较高,姜石层分布较多。
根据物理力学性能试验分析,较好的工程持力层为地表以下20.0m深度以下的硬塑粉质粘土层。
该桥工程地质土适合于桩基和沉井基础。
采用大直径打入钢管桩成本太高。
而沉井基础由于地层含钙质胶结的姜石分布较广,沉井下沉进度慢,不利于工期的控制。
最终,主桥基础采用适应性好的钻孔灌注桩基础。
7结语京沪高速铁路济南黄河大桥设计过程中通过分析国内外的高速铁路桥的建造技术,结合国际咨询的成果,形成了适合于本桥特点的结构设计。
目前主桥施工图设计正在进行。
参考文献:[1]马坤全,吴定俊,曹雪琴.高速铁路钢结构桥梁桥面结构布局探讨[J].铁道标准设计,2003,(12):56-59.96桥梁建设2006年增刊2。