铁路小半径曲线桥梁施工简述

杨渊

摘要：随着中国社会经济的飞速发展，近几年应十二五规划高速铁路建设步调逐年加快，中国铁路建设网格化、立体化日益成型，为合理利用铁路资源，各种联络线应运而生，小半径曲线桥梁在铁路建设中的应用越来越广泛。

关键词：小半径；曲线桥梁；施工定位；预偏心

引言

小半径曲线桥梁具有复杂力学性能的空间结构体系，由于梁的平面弯曲使得下部结构墩柱的受力支撑点不在同一直线上，为均衡桥梁内外侧应力及提高桥梁整体稳定性，经深入研究及受力分析，通过将桥梁各部位设置支点预偏心，合理设置不对称预应力荷载，以使内外受力达到比较均衡的状态，这也使得在施工过程中预偏心的设置成为关键，同时也给桥梁的空间定位工作提出了新的特有的要求，曲线一直是桥梁结构较薄弱的环节，施工中由于预偏心得设置出现误差甚至错误的情况较为多见，准确确定曲线桥梁施工预偏心及预偏心的应用设置，具有较高的工程实践意义。本文结合南三龙铁路外南联络线西芹特大桥的施工，就小半径曲线单线桥梁施工中的一些注意事项及心得体会做一简述。

1、工程概况

1.1、设计概况

南三龙铁路外南联络线，铁路等级为Ⅰ级、单线铁路，设计时速为80km/h，外南联络线西芹特大桥平面位于曲线和直线上，孔跨布置采用（13-32m）单线简支T梁+（8-32m）简支槽形梁，桥梁全长为698.5m，基础采用钻孔灌注桩、桥墩采用圆端形实体桥墩、桥台采用单线T型桥台，采用直线法布置、梁部曲线采用平分中矢法布置。

本桥1#-17#墩位于曲线范围内，桥墩沿径向布置，圆曲线半径为450m，属于小半径曲线单线桥梁。

1.2、施工概况

钻孔灌注桩采用旋挖钻、冲击钻成孔，导管灌注水下砼；承台、墩台身采用大块定型钢模板，溜槽或汽车泵浇筑砼；简支T梁采用预制架设，槽形梁采用支架法现浇施工。

2、里程标高计算

开工前应对施工图进行审核，具体为里程、标高、工程量等，根据梁跨、梁缝等参数复核桥墩处梁缝中心里程，这里注意同类梁型之间的梁缝中心一般为相邻梁端的绝对中心，不同梁型之间的梁缝中心未必在绝对中心处，例如本桥13#墩为简支T梁与简支现浇梁过渡墩，该处梁缝宽度为19cm，梁缝分配为简支T梁端13.5cm，简支现浇梁端5.5cm，关于梁缝分配原则根据施工图为准，图纸未明确的咨询设计进行核实。标高复核一般根据线路纵断面图进行，复核每个桥墩里程处轨面标高，根据桥梁实际结构层次自上而下推至桩底标高处。

根据线路坡度可计算对应里程处的高程，涉及到变坡的线路存在竖曲线情况，竖曲线计算是标高复核的关键，我们可利用EXCEL软件计算竖曲线范围内的线路高程，具体为：

计算高程H=单坡高程H1+/-竖距d（凹曲线时+，凸曲线时-）

d=（ABS（2R*PI（）*（（DEGREES（ATAN（i1））-DEGREES（ATAN（i2）））/720））-ABS（K变-K））^2/2R其中：R=竖曲线半径；K变=变坡里程；K=计算里程；i1=坡度1；i2=坡度2（上坡为+下坡为-）

以上分解介绍了高程及竖距的计算方法，在实际应用中可利用IF函数、区间函数综合使用来计算全线标高，由于数据量较大，此处不再呈列。

3、预偏心设置

为改善桥梁受力状态，不等跨桥梁需设置纵向预偏心（铁路常用跨度组合为L=16+24m、L=24+32m，分别设置10cm、5cm纵向预偏心），即墩帽、墩身和基础中心线对梁缝中心线向大跨度方向偏移10cm、5cm。曲线桥梁需设置30cm、40cm横向预偏心，即墩帽、墩身和基础中心线相对两相邻梁跨中心线之交点，沿桥墩横向中心线方向往曲线外侧偏移30cm、40cm，梁端偏距E值为预制T梁考虑梁部曲线时平分中矢布置产生的横向偏心值，等于以梁长为弦线的中矢值的二分之一，具体计算：

圆曲线E=L^2/（16*R）；缓和曲线E=L^2*t/（16*R*l）

其中：L=交点距（梁长+梁缝）；R=曲线半径；t=计算点距ZH（HZ）点的距离；l缓和曲线长。

墩顶以下结构物施工放样时需注意上述纵横向关系。曲线上不等跨桥墩需考虑纵向预偏心，横向预偏心和E值共三个偏距，等跨度桥墩需考虑横向预偏心和E值两个偏距，横向预偏心和E值需累加计算，本桥设计不考虑横向预偏心，全桥32m等跨布置，也不需考虑纵向预偏心，所以仅需考虑E值即可，本桥1#-17#墩位于曲线范围内，梁端偏距E值为4.1cm～14.9不等。

4、垫石及支座预留孔定位

4.1、垫石施工定位分析

曲线桥梁横向预偏心是为平衡列车离心力引起向曲线外侧的力矩而设置，桥梁垫石定位不考虑横向预偏心，仅需考虑梁端偏距E值，垫石间距需根据实际T梁腹板中心距定位（小半径曲线T梁腹板中心距为2.2m+△，△为腹板中心距增大值，R=450m时，△=0.2m，所以本桥左右垫石间距为2.4m），垫石大小应满足铁路桥梁设计规范，由于曲线直梁造成支座偏位，需根据实际情况加宽垫石尺寸，一般垫石位置及大小设计均会予以明确，施工时需要核对垫石位置及尺寸是否合理。

4.2、支座预留孔施工定位分析

支座预留孔是为简支T梁支座四个地脚螺栓埋设定位预留的，由于曲线线路梁体采用平分中矢布置原则，预留孔的位置需根据支座偏位情况考虑偏移，如果预留孔位位置存在偏差，将直接导致架梁时无法准确定位梁体，出现梁体偏位等质量事故，所以支座预留孔定位至关重要，梁体布置形式见〈曲线梁体布置示意图〉：

曲线梁体布置示意图

单线桥每个墩四个支座，共计需设置16个预留孔，若逐孔计算偏位的话，无疑工作量庞大，且容易出错，这里介绍通过EXCEL计算偏角，再使用CAD绘图软件旋转功能定位。

预制T梁均为直线梁，支座位置是根据梁端位置确定的，那么我们只需要准确定位梁端线即可定位支座预留孔位置，首先根据设计提供的梁缝宽度（曲线桥梁缝宽度是渐变的，设计给出的梁缝宽度是指线路中心处对应的两孔梁端之间的间距），绘制出直线梁端及支座预留孔位置，然后根据该梁端偏距E值，找到线路中心线与梁端线的交点，接下来我们只需要以该点为基准点，利用CAD旋转功能将梁端线及支座预留孔整体旋转一个偏角θ便可定位预留孔位置，这个偏角θ是指实际梁端线与梁缝中心线的夹角（见曲线梁体布置示意图），具体EXCEL公式为：

θ=ASIN（（L+f）/2/R）*180/PI（）

其中：L=梁体长度；R=线路曲线半径；f=线路中心处梁缝中心到梁端的距离（梁缝中心为梁端的绝对中心时，f=梁缝宽度/2），

旋转偏移完成后，标示出每个孔位与垫石的位置关系，在施工中便可通过测量放样垫石位置准确定位支座预留孔，结构关系见〈墩顶结构位置关系示意图〉：

墩顶结构位置关系示意图

5、接触网基础施工定位分析

电气化铁路桥梁上需设置接触网立柱，一般简支T梁段，接触网立柱安装在桥墩墩帽的伸臂板上，现浇梁段接触网立柱安装在梁面上，接触网基础施工需根据图纸要求的里程偏距准确定位，该偏距为线路偏距，特别注意在桥墩上设置的接触网基础，很容易引用桥墩中心的偏距定位接触网基础，由于曲线桥墩设置的横向预偏心及E值，桥墩中心与线路中心不重合，若采用桥墩中心定位接触网基础，实际偏距将会出现错误，例如本桥简支梁墩施工时向线路曲线外侧偏移E值，最大为14.9cm，若按照桥墩中心定位接触网，实际接触网中心将比设计要求偏距偏离线路外侧14.9cm，严重超出接触网定位误差要求，接触网定位时需根据图纸给出的接触网中心限界距离，引用线路中心偏距定位，接触网基础定位示意见〈墩顶结构位置关系示意图〉。

6、结束语

以上是铁路小半径曲线单线桥梁施工定位中容易忽略的问题，施工当中应着重关注以上几点，为提高施工效率，避免出现施工误差，造成返工或其他损失，需在施工前认真研读设计图纸，揣摩设计意图，提前做好交底，相关部位定位可参考以上资料，在施工过程中进行有效的控制，杜绝因施工计算不到位造成的质量问题发生，确保小半径曲线桥梁施工安全优质，相关细节能够一步到位，不留后患。

参考文献：

［1］《小半径曲线桥梁设计方法分析》中国水运第11卷第1期

［2］《铁路曲线桥梁施工放样计算方法与应用》网络

［3］《单线圆端型实体桥墩》经规院通桥（2012）4103

［4］南平至龙岩铁路外南联络线西芹特大桥施工图