高速铁路桥梁工程(张少锋)

1、高 速 桥 梁 一、高速铁路桥梁特点二、高速铁路桥梁设计原则三、高速铁路桥梁施工四、目前国内设备研制情况一、高速铁路桥梁特点高速铁路桥梁的特点总述： 高速铁路上的桥梁，除须满足一般铁路桥梁的要求外，还需满足一些特殊的要求，这是因为在高速列车运行条件下，结构的动力响应加剧，从而使列车运行的安全性、旅客乘坐的舒适度、荷载冲击、材料的疲劳、列车运行时的噪声、结构的耐久性等等问题都与普通铁路不同。所以，桥梁结构必须具有足够的强度和刚度，必须保证可靠的稳定性和保持桥上轨道的高平顺状态，使高速铁路的桥梁结构能够承受较大的动力作用，具备良好的动力特性。 高速列车的运营要求较高，能用于检查、维修的时间有限。因

2、此，从总体上来说，高速铁路上的桥梁结构应构造简洁，规格和外形力求标准化，消除构造上的薄弱环节，使得便于施工、建造质量容易得到控制，达到少维修的目的。一、高速铁路桥梁特点特点：两“大”、两“严”、一“高”两“大”桥梁刚度“大”；施工难度“大”；两“严”：桥梁沉降控制“严”;桥梁徐变上拱控制“严”；一“高”：对桥梁结构的耐久性要求“高”一、高速铁路桥梁特点 列车过桥时，不仅产生竖向振动而且产生横向振动，这都影响列车运行的安全性和旅客乘坐舒适性，对桥梁结构的竖向刚度和横向刚度应有一定的要求。对梁体的变形进行了一定的限制。一、高速铁路桥梁特点1、桥梁刚度”大” 对桥梁上部结构： 规范规定：桥梁上部结构

3、应优先采用预应力混凝土结构，亦可采用钢筋混凝土结构、钢结构和钢-混凝土结合结构。结构要有足够的竖向刚度、横向刚度和抗扭刚度，并保证结构的整体性。预应力混凝土梁部结构，宜选用双线整孔箱形截面梁。需要时可选用两个并置的单线箱形截面梁。 梁部结构在ZK活载静力作用下，跨度L80m的梁端竖向折角不应大于2。 梁体的竖向挠度限值梁体的竖向挠度限值 一、高速铁路桥梁特点对桥梁上部结构： 在列车横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，梁体的水平挠度应小于或等于梁体计算跨度的1/4000。 在ZK活载、横向摇摆力、离心力、风力和温度的作用下，桥跨结构横向水平变形引起的梁端水平折角应不大于1.0。一、高速铁路桥

4、梁特点 对桥梁上部结构： 随着列车速度的提高，乘坐舒适度要求桥梁有较大的刚度，动力效应也要求高速铁路桥梁较之普通铁路线上的桥梁有更大的刚度（即较高的固有频率）。 为了避免桥梁出现激烈的振动，保证高速列车运行的安全性和乘坐的舒适性，对桥梁的最小自振频率加以限制。 研究结果表明，桥梁的竖向固有频率（自振频率）是促使桥梁动力系数出现峰值的根本原因。桥梁动力系数出现峰值，就意味着共振的发生，这就会造成道床松散，钢轨损伤，影响轨道结构的正常工作，也会引起混凝土开裂，结构疲劳，承载力降低，甚至危及桥梁的安全。 对于一定跨度的桥梁，可以采用不同的结构形式和不同的材料，并具有不同的固有频率，但都要满足强度和刚

5、度的要求。所以，对于跨度一定的桥梁而言，其固有频率是有一定范围的，研究桥梁固有频率的变化对动力系数的影响也很有必要。一、高速铁路桥梁特点 规范中要求： L80m简支梁竖向自振频率不应低于不应低于下列限值： L40m 时no=120/L 40L80 m时 no=23.58L-0.592 式中 no 简支梁竖向自振频率限值（HZ）； L 简支梁跨度（m）。 常用简支梁竖向自振频率限值常用简支梁竖向自振频率限值一、高速铁路桥梁特点对桥梁下部结构：铺设焊接长钢轨的混凝土简支梁，桥梁下部结构的纵向水平刚度应满足下表所列数值的要求。 纵纵 向向 刚刚 度度 限限 值值一、高速铁路桥梁特点2、桥梁施工难度“

6、大” 由于高速铁路桥梁中常用跨度主要是32、24米箱形梁，自重分别达到850、620吨。因此采用预制（梁场的布置、台座、模板）、架设（起吊、运输、架设）、现场浇筑（支架法施工、造桥机施工、悬臂浇筑）等施工方法进行施工，具有一定的施工难度。一、高速铁路桥梁特点1、桥梁沉降控制“严” 墩台基础的沉降量应按恒载计算，其工后沉降量不应超过下列容许值： 墩台均匀沉降量： 对于有碴桥面桥梁： 30 mm 对于无碴桥面桥梁： 20 mm 外静定结构相邻墩台沉降量之差： 对于有碴桥面桥梁：=0.5L（mm），并不大于 15 mm 对于无碴桥面桥梁：=0.15L（mm），并不大于 5 mm 相邻墩台沉降量之差，

7、单位mm。 L相邻墩台间的梁跨长，单位m。 对于外静不定结构，其相邻墩台均匀沉降量之差的容许值，除要满足外静定结构相邻墩台沉降量之差的要求外，还应根据沉降时对结构产生的附加应力的影响而定。一、高速铁路桥梁特点2、桥梁徐变上拱控制“严”； 目前，我国普通铁路上的部分预应力混凝土梁，徐变上拱问题比较突出，以跨度32m预应力混凝土梁为例，实测徐变上拱值约为6cm。 对于高速铁路中为保证轨道地高平顺状态，规范中对桥上线路铺设后的徐变上拱进行了严格地控制。即：轨道铺设后，有碴桥面梁的徐变上拱值要求不大于20mm；无碴桥面梁的徐变上拱值不大于10mm。一、高速铁路桥梁特点对桥梁使用寿命要求对桥梁使用寿命要

8、求“高高” 设计规范中提到“桥涵主要承重结构应按100年使用要求设计”。 国内外大量桥梁的使用经验说明，结构的耐久性对桥梁的安全使用和经济性起着决定的作用。经济合理的设计应当是：使建造费用与使用期内的检查维修费用之和达到最少。片面地追求较低的建造费用而忽视耐久性，往往会造成很大的经济损失。因此，高速铁路的桥梁结构设计中十分重视结构物的耐久性设计，统一考虑合理的结构布局和结构细节。一、高速铁路桥梁特点混凝土结构：采用高性能混凝土 抗冻融、抗碳化、抗渗、碱-骨料反应。 支座： 尽量做到： 少维修,少更换。 一般的讲，支座容易损坏或丧失其使用性能。高速铁路桥梁，由于长钢轨纵向力、制动力、列车动力作用

9、和机车车辆横向摇摆力等动力影响较之普通铁路桥梁加剧，因而对支座的减振、消振性能就提出了新的要求。为满足减、消振性能的要求，除个别桥梁采用钢支座外，其余均采用盆式橡胶支座。以保证： （1）水平纵向剪切刚度较小，能够使上部结构在水平方向得到柔性支承，避开振动的卓越周期，有效的降低结构的振动反应。 （2）具有足够的横向刚度，在风力或列车横向摇摆作用下，不致使结构产生有害的振动位移，以满足正常使用的要求。一、高速铁路桥梁特点ZK标准活载图式普通桥梁设计活载：一、高速铁路桥梁特点有碴桥面布置图 一、高速铁路桥梁特点无碴桥面布置图二、高速铁路桥梁设计原则1. 一般原则一般原则 为满足高速列车安全运行和旅客

10、乘坐舒适度的要求，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。 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，并施加横向联结形成整体桥面。二、高速铁路桥梁设计原则高速铁路桥梁的主要设计原则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、气动力等均按暂规计算，并考虑由于桥上铺设

11、超长无缝线路而产生的长钢轨纵向力。 （2）为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。二、高速铁路桥梁设计原则2. 桥梁设计细则 （1）标准跨度简支箱梁：L=20、24、32、40m。中小跨度连续梁：320、224、 324、232、332、 240连续箱梁：32+48+32m、40+64+40m

12、、48+80+48m。连续结合梁：32+40+32、40+50+40、40+56+40m。二、高速铁路桥梁设计原则（2）桥跨布置除受控制点影响外，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。跨越河堤的桥孔应尽量一孔跨越，堤上及边坡上不设墩，如确有困难，桥墩应设在背水坡。斜交过路过河时，采用较大跨度通过，可采用双线圆形桥墩，可异形墩或带洞式背靠背T台进行调孔。二、高速铁路桥梁设计原则（3）桥跨结构 跨度20m及以上选用双线整孔箱梁。 跨度20、24、32m采用双线简支箱梁或中小跨度连续梁。跨河桥梁以32m梁为主。 跨度16m及以下用框构、斜交刚构或简支T梁。 对

13、全桥控制工点较多、梁跨形式较多、地质较差、沉降不易控制的情况，采用简支箱梁。 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324为主，辅以224连续梁。32m跨度以232为主，辅以332连续梁。二、高速铁路桥梁设计原则（4）墩台 高速铁路采用高速专用墩台。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。 8度地震区的墩台经专门检算后使用。 桥台使用耳台、T台。 不采用柔性桥墩。 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

14、部分可采用矩形墩、圆端形墩等。三、高速铁路桥梁施工 高速铁路桥梁由于具有如前所讲的特点，因而对于采用常用跨度简支梁的桥梁，也决定了施工方法与普通铁路桥梁相比具有一定的相同点和不同点。相同之处主要体现在桥梁下部结构的施工，不同之处主要体现在桥梁上部结构的施工。当然对于特殊结构形式的桥梁，其施工方法需根据桥梁设计中的具体要求，有针对性的选择施工方法，制定相应的施工工艺，进行施工。如斜拉桥、拱桥、钢桁梁桥等。三、高速铁路桥梁施工1、桥梁下部结构施工 虽然高速铁路桥梁下部结构【钻（挖）孔桩、承台、墩身】的结构形式采用了专用的墩台结构，但其施工方法基本与普通铁路桥梁结构相同。具体施工机械、设备的配置、施

15、工工艺的选择等均需根据地质及环境情况确定。三、高速铁路桥梁施工2、桥梁上部结构施工 对于高速铁路桥梁，桥梁上部结构主要以常用的32、24米跨度箱梁为主。（京沪全线约23500孔32、24米常用跨度的箱形梁）。虽然其施工方法可采取集中预制架桥机架设、桥位现浇、节段预制拼装、顶推法或多种施工方法并举的方式进行。但由于箱梁体积大、梁体重（32M梁：328m3，853吨，24M梁：239m3，622吨）施工时的控制指标高，因此不论采用哪种施工方法，桥梁上部结构施工成为工程施工的难点和重点。三、高速铁路桥梁施工 对于采用集中预制架桥机架设施工： 适用于常用跨度箱梁数量多的桥梁或施工区段。相对于桥位现浇，

16、施工质量易于保证。 制梁所需的辅助生产设施投入大。（混凝土生产设备、制存梁场地、提升设备等） 预制箱梁运输较困难，运梁通道修筑标准高。 国内现有的运架设备不能满足要求，需重新研制开发或从国外引进。三、高速铁路桥梁施工 采取桥位现浇法进行施工 不论是造桥机还是支架法进行施工，从造桥机（支架）就位、模板调整、钢筋绑扎、混凝土浇筑、养生、张拉、造桥机（支架）移位 ，均是高空作业，从保证质量方面来说，相对于集中预制较差。 支架法现浇施工时对地基承载力的要求均比普速铁路梁对地基承载力的要求高，一般地基的容许承载能力难以满足要求，而且随着孔跨位置的变化，相应的地质情况也有可能有所变化，因此，需根据现场的地

17、质情况作相应的加固处理。 另外，支架的稳定、变形控制及后期的混凝土浇筑、养护、张拉等工序也是保证施工质量的关键。三、高速铁路桥梁施工集中预制架设施工： 1、箱梁的预制、存放； 2、箱梁的运输； 3、箱梁的架设；桥位现场浇筑施工： 1、造桥机施工； 2、支架法施工；三、高速铁路桥梁施工一、集中预制架设施工1、箱梁的预制、存放 梁场的布置应有利于箱梁的预制、存放、运输和架设。梁场位置的选择主要根据全盘铺架计划同时结合交通状况、材料来源、相应的地理环境、地质情况和后期存储运输综合考虑确定。 箱梁自重大、数量多。 对于高速铁路箱梁的预制、存放来说，因为在整个制（存）梁过程中，梁体混凝土、模板、施工机具

18、等重量（存梁时，梁体、防水层、保护层的总量），均由预制（存）梁台座承受，因此对制、存梁台座对强度、刚度、稳定性均提出更高的要求，同时还需设置防排水措施，以防止不均匀沉陷造成梁体开裂。 三、高速铁路桥梁施工 由于梁体的体积大，混凝土浇筑需一次完成，浇筑时间又有限制，同时施工模板（内、外模）需多次倒用，因此对模板的强度、刚度、稳定性要求高，另外，庞大的混凝土箱梁体积给后期的养护也带来一定的困难。因而，在质量保证方面难度大。制定详细的施工工艺显得尤为重要。 从制梁台位到存梁台位，箱梁的移位难度大；（如：采用滑道、顶推的方式，对滑道的平顺度，强度、刚度要求高；如采用吊机提升移位，对吊机的提升能力、吊机

19、的走道要求高，重点项目指标均需通过受力检算确定。 梁场提升吊机的起重能力要求高； 梁场运梁道路的强度要求高；三、高速铁路桥梁施工一、集中预制架设施工2、箱梁运输 首先要确定运梁车所通过的路线，然后需要检算线路上各种结构能否承受运梁车运梁时的各种工况下荷载。普通运梁线路的填筑标准基本与新建路基的质量相同，纵向坡度和横向坡度分别不得大于30和4。重载走行速度应控制在3公里小时左右。 对于在新建路基上运行时，运梁车的接地比压不得超过路基的允许承载能力。否则可能会对路基造成永久性损坏。 另外，通过特殊区段时（现场平交道或既有特殊孔跨结构）的安全防护要引起重视。三、高速铁路桥梁施工一、集中预制架设施工

20、3、箱梁的架设 架桥机应严格按照通过技术监督部门审查认证的产品使用说明述和操作手册进行安装、架梁、移机操作。 箱梁架设前，应根据架桥机的操作规程编制详细的施工组织设计、施工工艺和安全操作细则，认证组织实施，并建立完善的检修、保养制度，定期对重要部件进行检查。 对于特殊部位箱梁的架设，需有针对性地制定详细箱梁的架设工艺以保证架梁地安全。如：架设最初一孔或最后一孔（桥台处）；架设变跨处的箱梁（特殊孔跨和常用孔跨处、常用孔跨24、32变跨），架桥机施工秦沈线架桥机施工秦沈线架桥机施工秦沈线架桥机施工架桥机施工三、高速铁路桥梁施工二、桥位现场浇筑： 1、造桥机（移动模、支架法） 移动模架法自从1950

21、年在德国克钦卡汉桥施工以来自得到广泛应用，现已成为主要的桥梁施工方法之一。 近年来国内已开始引进这一施工方法。并在公路桥梁中得到应用。我国修建的“秦沈客运专线”中在小凌河特大桥中也采用了这中施工方法。 在国外高速铁路施工中对于32米、24米中等跨度整孔箱梁，尤其在等高度连续梁的施工中一般采用移动模架连续浇筑法施工。三、高速铁路桥梁施工 由于造桥机（移动模架）每到一个制梁孔位，受预设支架位置偏差的影响，因此造桥机就位后，均需调整其标高（模板标高、预拱度设置标高），以满足施工的要求。另外，钢筋骨架的整体绑扎、运输、吊装等的施工难度较大，对现场运输道路的要求较高；混凝土泵送距离较长，控制混凝土坍落度

22、损失的难度较大；后期的养生、张拉均在高空作业，施工难度也大。因此，对于孔跨数量较多的桥梁，不宜采用。 对于移动支架法施工，存在预制场、预制节段运输、节段间接缝处理、张拉等问题。移动模架法（下承式）施工移动模架法施工Song La / Pal Kok, 韩国韩国最大跨度最大跨度: 40 m桥梁宽度桥梁宽度: 14 m上部结构重量上部结构重量: 300 - 350 kN/mMSS重量重量:625 t施工周期施工周期:8 - 12 days pr. span 移动模架法（上承式）施工Rio Major, 葡萄牙葡萄牙最大跨度最大跨度: 40 m桥梁宽度桥梁宽度: 15,35 m上部结构重量上部结构重

23、量:210 kN/mMSS重量重量: 400 t施工周期施工周期: 7 - 9 天孔天孔移动模架法施工示意节段拼装法（移动支架造桥机）施工示意节段拼装法施工I-90/93 C19BI, Boston, Massachusetts, 美国美国最大跨度最大跨度: 44,5 m / 56 m桥梁宽度桥梁宽度: 12,1 m上部结构重量上部结构重量 : 580 t节块最大重量节块最大重量:65 t施工周期施工周期:1 2 孔孔/周周最小半径最小半径:130 m高速铁路桥梁施工二、桥位现场浇筑：2、支架法 采取支架法现浇施工时，由于对地基承载力的要求高，需根据现场的地质情况，通过检算地基承载力，结合实际施工方案，对地基作相应的加固处理。 如：采用局部换填、分层夯实或根据设计的支架结构进行桩基加固的措施，以减小地基变形提高地基的承载力；另外，如在雨季施工，还要增设防排