中铁上海设计院集团有限公司 200070
摘要：艰险山区修建铁路,需要跨越深沟峡谷,必然出现大量的高墩大跨桥梁。随着新建铁路运行速度及墩高的增加,为满足桥梁动力性能,针对山区地形地质特点,采用不同的高墩型式,对墩身工程数量及经济指标影响较大。本文重点围绕某铁路高墩的实心墩与空心墩的分界展开研究,确定合理墩高适用范围以及经济指标等。
关键词：铁路高墩 受力性能 经济性
1、工程概况
某新建高速铁路时速为350km/h双线无砟轨道铁路。线路位于皖南山区，地势起伏较大，地貌多样，地势总体呈北低南高、双峰隆起的“驼峰型”。山地由核心部位向边缘逐级下降，形成构造中山、构造低山和剥蚀丘陵层状格局，在三条平行的山系间分布许多山间盆地和谷地，湖泊零星分布。根据贯通方案的桥墩布置，对墩高进行了分类统计如表1。
表1 墩高分类统计表
2、桥墩及基础形式选择
为满足列车高速运行平稳性的要求，高墩结构应具有足够的纵、横向刚度，需要选择合理的墩型满足受力及刚度要求。根据《高速铁路设计规范》所规定的的32m简支梁桥墩线刚度控制标准，分析32m简支梁圆端形实体与空心桥墩的构造尺寸及经济性。基础采用钻孔灌注桩，根据地质条件，桩基大多是嵌岩桩。
3、桥墩技术经济指标对照分析
根据墩高的分类统计，在相同的地质条件下，分别对5种墩高（H=20m，25m，30m，35m，40m）进行了实体墩与空心墩的分析比较。
3.1 计算结果
实心墩墩高≤14m采用直坡，＞14m采用纵横向1:45放坡。空心墩采用纵横向相同的坡度，墩身外坡1:35，墩身内坡1:70放坡，墩顶壁厚0.5m，墩顶实心段3.5m，墩底实心段3.0m。相关计算结果见表2。
表2 桥墩计算结果汇总表
从上表可以看出，两种墩型的纵向刚度和横向位移均满足规范要求。空心墩具有较大的纵横向刚度，墩高20m、25m差别更大，桥墩和基础的刚度分配基本为1:1，反之实体墩和基础的刚度分配比基本为3:7，刚度较小。
3.2 经济性分析
在桥墩及基础满足受力和刚度的前提下，对桥墩的经济指标对比见表3.
表3 经济指标对比表
从上表可以看出：（1）20m以下的空心墩墩身的圬工量、钢筋用量均高于实体墩，承台及桩基础基本一致，20m空心墩造价超过实体墩26.4%。
（2）20m至25m的空心墩墩身混凝土圬工量开始小于实体墩，钢筋用量高于实体墩，承台及桩基础基本一致，25m空心墩造价超过实体墩21.2%。
（3）30m以上的空心墩的墩身、承台、桩基础的混凝土圬工量均小于实体墩，且承台的厚度小于实体墩承台，基坑开挖量较小，围护措施费低，钢筋用量仍高于实体墩，造价与实体墩进一步缩小，30m空心墩超过实体墩11.7%，35m超5.3%，40m时基本持平。
4、结论
针对不同墩高下实体墩、空心墩的计算结果及经济性对比，可以得出以下结论：
（1）随着墩高增加，空心墩圬工量与实心墩比较逐步减少直至少于实体墩，钢筋用量与实心墩比较逐步减少但仍超过实体墩；空心墩造价与实体墩进一步缩小，30m空心墩超过实体墩11.7%，35m超5.3%，40m时基本持平。
（2）25m以上的实体墩桥墩刚度对整体刚度贡献较小，桥墩与基础刚度比偏低。
（3）当实体墩较高时，水化热较大，需要进行分层浇筑施工，增加工期；在墩高一样时，空心墩能提供比实体墩大的线刚度，更小的墩顶横向水平位移；对于地质一般地区，设计为摩擦桩时，采用空心墩可减少桩数；但空心墩模板相对复杂，钢筋作业量大；空心墩后期需要检查设备，定期检修维护。
因此，建议一般情况下25m及以下采用实体墩，30m以上采用空心墩，25m至30m之间根据桥梁设计具体情况而定；同一座桥，尽量采用相同的桥墩形式与外形。
参考文献：
【1】陈思孝、吴再新、钟亚伟，铁路桥梁高墩适应性研究，铁道工程学报，2014年11期。
【2】高速铁路设计规范。TB 10621-2014。