高速铁路高墩预压反力架计算及施工技术分析

高速铁路高墩预压反力架计算及施工技术分析

马宝芬

中铁上海工程局集团第七工程有限公司  陕西西安   710000

摘要 为研究高速铁路高墩预压反力架计算及施工技术，本文以集宁经大同至原平铁路跨韩原铁路特大桥为研究背景，通过运用Midas civil 建立反力架模型，研究其力学性能；其次研究预压反力架的施工技术，从而揭示0#块预压反力架的可行性。结果表明：Midas civil反力架模型强度及刚度均满足规范要求，受力合理；通过对反力架施工工艺的阐述，反应了反力架可保证施工安全、降低施工周期；根据预压过程中不同的加载等级下各控制点各阶段的标高，得出反力架受荷时的变形情况，最终确定反力架预压技术的可行性，可为同类工程提供参考。

关键词  高速铁路；预压反力架；Midas civil 建模；施工工艺；

中图分类号：U445.4     文献标志码  A

0引言

近年来，随着我国基建事业的蓬勃发展，中国基建人遇水架桥，克服重重困难，取得了不菲的成绩。但由于时代的发展，在施工中常常会存在于已有线路上方架桥、下方修隧的特殊施工工况[1]。通常在修建新桥梁和隧道时，对既有线路不可扰动，不得影响其正常运营，因此一些既有普遍运用的施工技术便不再适用。

针对铁路高墩桥梁临近既有线施工，此时梁柱式支架搭设不利于既有线的运营，因此0#块施工普遍采用托架法[2-4]。虽然托架施工快速便捷，但托架设计操作不合理造成的施工事故层出不群。因此0#块托架系统在安装完成后需进行预压作业，通过对托架预压，保证托架的安全性；消除托架系统主桁、砂筒及拼接点的非弹性变形，从而测出托架系统在荷截作用下的变形[5-6]。

因此，本文以集宁经大同至原平铁路跨韩原铁路特大桥为研究背景，通过运用Midas civil 建立反力架模型，研究其力学性能；其次研究预压反力架的施工技术，从而揭示0#块预压反力架的可行性。

1 工程概况

集宁经大同至原平铁路位于华北北部，由大张高铁终点引出，经怀仁县、应县、山阴县、朔州市，穿越恒山余脉，再经代县，接入大西客专预留樊家庄线路所。本标段JDYZQ-4标起讫里程DK125+297.26～DK151+746，全长24.014Km。

本桥在DK150+676.905处跨越韩原线，既有铁路与线路大里程夹角为146°08′，转体角度为33°52′（即33.87°）。跨韩原铁路特大桥564#墩、565#墩分别位于韩原线左右两侧，如图所示。其中564#墩位于韩原线西侧，距最近营业线接触网立柱边缘最小距离3.38m；565#墩连续梁边距最近营业线接触网立柱边缘最小距离4.33m。

图1 线路实景图

2  0#块托架预压反力架建模

2.1设计方案概述

0#块支架预压反力架从下往上依次为：支架→千斤顶→双拼I45a工字钢横梁→贝雷梁→双拼I45a工字钢→双拼22槽钢。预压支架采用25mm 精轧螺纹钢与桥墩锚固。

图2  0#块反力架正立面图

2.2荷载计算

在计算支架预压反力架所需施加的竖向荷载时，应按照梁体、模板及楔形架与2I32a工字钢重量的110%进行施加，各截面的预压荷载为：=1.1×（梁体荷载+模板荷载）

1、0#块支架各截面荷载

翼缘板荷载A：（12.524+12.524）×2.95×6.5=480.2954kN

腹板荷载B:（182.150+161.0）×0.9×6.5=2007.4275kN

底板荷载C：（42.686+21.294）×4.9×6.5/2=1018.88kN

根据预压千斤顶布置在托架顶部，计算预压荷载时需要计算托架布置图中楔形架及底部双拼I32a工字钢的重量。

单片楔形架重量：17.17×19.74=338.94kg=0.339t

单根双拼32工字钢重量：52.7×2×12=1264.8kg=1.265t

2、预压荷载计算

腹板位置荷载：（480.295+2007.426） /10 + 8×1.1×0.339 +4×1.1×1.265 +4×1.1×0.6324（翼缘板处I32a）=260.11t

底板位置荷载：1018.88/10+14×1.1×0.339+4×1.1×1.265=112.675t

3、千斤顶加载

预压千斤顶在腹板区域共计布置8台，每台千斤顶预压110%时顶升力为260.11/8=32.52t（实际取33t），底板区域预压千斤顶共计布置8台，每台千斤顶预压110%时顶升力为112.675/8=14.08t（实际取15t）。

2.3反力架模型建立

图3 组合应力图

图4 剪应力图

图5 位移云图

由上图可看出，强度指标中的组合应力及剪应力最大的位置均位于反力架的中心，其值分别为组合应力157MPa<310MPa，剪应力56.9MPa< 180MPa ；刚度指标中的变形其最大值位于反力架两侧，呈上挠趋势，变形值为。综上，反力架强度及刚度均满足要求，受力合理，可进行施工。

30#

块托架预压施工工艺

3.1 施工工艺流程

托架预压通过梁体预埋精扎螺纹钢将贝雷梁锚固在墩顶，底部采用工字钢作为临时支垫，在托架顶部（贝雷梁下部）安装千斤顶，通过千斤顶顶升对托架产生向下的力达到预压的目的，消除托架的非弹性变形，得出托架的弹性变形。对0#块托架进行预压，预压荷载按0#段自重荷载的110％的施工荷载考虑，根据施工的实际情况，预压加载仅针对悬臂端，墩顶范围不做预压

3.2反力点的设置

在墩身内部大小里程方向，各预埋两排共计16根φ32精轧螺纹钢筋，每排4根，预埋进入墩身2m。具体点位如图6中蓝色点所示；

图6托架反力点布置图

3.3施压过程

1、千斤顶的布置方式：根据0#块件的重量分布特点采用12只100t油顶同时对称对0#块托架进行反力预压。

2、千斤顶反压系统压载的具体步骤：整个托架系统采用12只千斤顶分60%、100%及110%三级加载完成，按1.1倍自重+施工荷载进行超载预压，以检验托架的安全性，首先加载到60%时203.34T，考虑到力传递的滞后效应，静载10分钟，基本稳定后，在加载100%时338.9t，然后再加载到110%时372.785t，静载1小时，待稳定后，观测沉降值，将数据整理后上报监控单位。

3.4测量数据分析

加载过程中的具体测控步骤如下：测量各观测点加载前的标高H1，12只油顶必须同步对称加载，分三次加载，根据油顶校验曲线观测每段油表读数，每级静载预压时间为10分钟，最后一级静载1小时，至0#块托架承受钢筋混凝土的1.1倍（重量+施工荷载）=372.785t。在加载期间，测出前三级加载重量后各沉降控制点标高H2，然后卸载，完毕后再测量一次各点标高H3。

根据测出的各控制点各阶段的标高，预压过程中根据不同的加载等级，分别测量5个测点的高程，测量结果如图7；

图7 托架预压位移变化值

由上图可知，跨韩原铁路特大桥564# 0#块段采用反力架发多托架预压，待卸载完成后，与模型所得高程误差基本维持在5mm以为，符合相关规范技术的要求。

4结尾

本文以集宁经大同至原平铁路跨韩原铁路特大桥为研究背景，通过运用Midas civil 建立反力架模型，研究其力学性能；其次研究预压反力架的施工技术及预压过程测量分析，得到如下结论：

（1）通过Midas civil建立等比例反力架模型，通过加载得到模型各构件强度及刚度均满足规范要求，受力合理；

（2）通过对反力架施工工艺的阐述，反应了反力架可保证施工安全、降低施工周期的优点；

（3）根据预压过程中不同的加载等级下各控制点各阶段的标高，得出反力架受荷时待卸载完成后，与模型所得高程误差基本维持在5mm以为，符合相关规范技术的要求。

参考文献

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[2]朱静洁. 弯梁桥桥面偏位成因分析及维修加固方法研究[D].东南大学,2016.

[3]赵东元. 基于有限元的铁路简支梁静载试验结构设计与分析[D].石家庄铁道大学,2016.

[4]李永龙.在建高架桥墩柱病害的处治施工技术[J].铁道建筑技术,2021(09):107-110.

[5]王再强,戴声茂.高墩连续刚构桥0~#块托架反力架预压技术研究[J].四川水力发电,2019,38(06):31-34.

[6]童俊豪,朱超,代希华.虎门二桥坭洲水道桥主索鞍吊装施工技术[J].桥梁建设,2018,48(06):6-11.