轨道高架桥预应力简支梁上拱控制措施分析

孙伊圣 陈浩威

1 重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司 重庆 401147 2 重庆市市政设计研究院 重庆 401147

正文：

1 引言

重庆轨道交通四号线二期工程区间高架段全长约11.2km，全线涉及单、双、三、四线桥梁，以梁宽10.4m标准双线桥为主。结合沿线道路条件、桥梁高跨比、城市景观等因素，主要标准桥跨布置方案为35m双线预应力简支箱梁。

由于全线采用无碴轨道，预应力混凝土梁的变形就给后期运营过程带来了运营平顺性的问题。预应力混凝土梁的变形包括施加预应力后梁体产生预拱度、混凝土收缩徐变导致的变形、恒载作用下产生的下挠、墩台基础的不均匀沉降等等。由于导致这些变形的不确定因素较多，本次仅讨论对运营平顺性影响较大的施加预应力后梁体产生预拱度及徐变变形的影响。

由于轨道交通发展时间较短，现阶段国内针对轨道交通的预应力简支梁上拱分析还处于初期阶段。而铁路针对无碴轨道桥梁的上拱分析已较成熟，其中就有徐美庚[1]、许锡昌[2]等人进行了探讨，其提出了预应力徐变上拱的主要影响因素及减少预应力徐变上拱的有效措施。

2 预应力简支梁上拱

2.1 预拱度上拱

根据《城市轨道交通桥梁设计规范》（GB51234-2017）[3]第7.1.5条，后张法预应力梁为了保证成桥时线形与理论线形基本一致，且在无活载作用时保持一定的上拱度，须考虑预应力和自重（二期恒载）和铺轨前收缩徐变变形，结合轨道建设经验，预拱度仅考虑铺轨前的收缩徐变变形。

因此，无活载作用时的上拱度等于张拉上拱值减去自重（二期恒载）作用下产生的下挠值。

2.2 徐变上拱

轨道四号线二期预应力混凝土简支梁为全预应力结构，在预应力和自重（二期恒载）的作用下，截面不允许出现拉应力，截面处于偏心受压状态。此时，主梁各截面受到预应力的作用，出现桥梁顶面梁长较底面梁长长的现象，即徐变上拱变形，徐变上拱变形与时间有关，张拉初期增长较快，后期逐渐减少趋于稳定。

3 上拱值控制措施

由于轨道四号线二期全线采用的无碴轨道，其能提供的钢轨调整量为10～20mm，上拱过大将影响轨面高程，而全线行车速度在100km/h，高速行车将影响轨道交通的安全运营。

而上拱值与预应力简支梁的跨度成正比，跨度越大，上拱值越大，对运营的影响也更加明显，因此，解决该上拱的影响对轨道交通的发展具有重要意义。

现针对设计、施工、运营期三个阶段分别提出解决措施。

3.1 设计阶段

（1）增大梁高。根据重庆轨道建设经验，35m跨简支梁采用2m梁高时即可满足要求，现轨道四号线二期通过增加梁高至2.2m可达到减小预应力从而减小跨中截面预压力的目的，同时可以增加主梁的刚度，通过该设计措施可有效减小上拱值。

（3）推迟张拉。混凝土的徐变上拱与张拉时混凝土的龄期有较大关系，龄期越短，上拱值越大，龄期越长，上拱值越小。因此，适当推迟张拉，也能够有效减小徐变上拱值。但由于施工进度的原因，一般施工单位在满足规范要求后即进行张拉。由于《高速铁路桥涵工程施工技术规程》（QCR9603-2015）[4]规定钢束张拉前应保证有效龄期达5天，因此，轨道四号线二期在设计时，结合施工进度的要求，对35m预应力简支箱梁采用龄期达7天后方可张拉的措施以减小上拱值。

3.2 施工阶段

（1）加强混凝土标号控制。施工过程中混凝土的强度应严格按设计要求进行配合比设计，由于上拱值与混凝土的弹模成反比，因此不同混凝土标号的弹模将导致上拱值的偏差。

（2）加强混凝土水灰比控制。根据研究，混凝土水灰比越大，其徐变越大，因此，施工过程中应进行混凝土配合比试验以减小混凝土的后期徐变。

（3）推迟道床混凝土浇筑时间。由于全线采用无碴轨道，轨道与箱梁顶面间需要浇筑混凝土道床。因此，在徐变上拱等梁上拱均已基本完成后再浇筑道床混凝土，也可效解决运营时轨面不平顺的问题。由于简支梁段不是轨道四号线二期全线的控制性节点工程，其施工均较早即可完工，按重庆现有轨道施工进度经验，一般道床混凝土均于箱梁混凝土张拉后半年才进行浇筑。通过浇筑时间的调整，可有效降低上拱对运营的影响。

3.3 运营阶段

由于产生上拱的因素多，设计时采用的假定导致实际上拱值与理论设计计算值存在一定的误差，虽然设计及施工阶段均已较充分的考虑各种措施降低其影响，但仍不可避免会存在运营期不平顺的问题。因此，在运营阶段，通过钢轨10～20mm调整量对其进行微调可减小不平顺的问题。若调整值不够，可通过整体垫钢板等措施进行调整，以满足轨面标高平顺的要求。

4 结语

综上所述，通过设计、施工、运营三个阶段的有效措施，能够有效降低预应力混凝土简支梁上拱对行车平顺舒适的影响。主梁的构造、预应力张拉、龄期等均是对上拱值影响较大的因素，轨道建设过程中应注意对该因素的控制，以确保在建设前期就尽量消除其对运营的影响。

轨道交通开通运营前三年，上拱变形对轨面不平顺的影响是最大的，但其后期变化量逐渐减小，因此待上拱变形较小后由于其它因素共同引起的不平顺是否趋于稳定还需进一步研究、监测。