铁路线路中桥梁工程为主要组成部分，特别是在地势平坦的平原地带，桥梁工程占据线路工程90%以上[1-3]。由于铁路线路呈带状分布，桥梁梁体以集中预制和运架施工为主。在桥梁架设完成后，梁面附属工程的材料运输、设备、作业人员上下桥作业不方便，因此，在附属工程施工阶段需要根据实际情况在桥梁某一位置设置上桥坡道，解决运输车辆、机械设备、人员等上桥作业的交通问题[4-5]。上桥坡道常见的设计形式有钢结构和堆土形式两种。其中钢结构坡道具有设计复杂、施工烦琐、标准要求高及成本较大等特点。堆土形式坡道的优势较明显，但邻近新修建的桥墩会对桥梁造成一定影响。因此，通过有限元软件建立数值分析模型进行计算分析，根据计算结果指导现场施工，确保该类型坡道的安全、可行。1工程概况新建郑济高速铁路中新乡特大桥位于新乡市平原地区，桥址沿线地形平坦、地势开阔，地下水位埋深4.7~19.3 m，地面绝对标高普遍在76~82 m之间。线路设计为无砟整体式道床，上部结构为预制箱梁，桥梁架设完成后原有的施工便道无法满足混凝土、材料、机械设备、施工人员上桥作业要求，需要在线路上设置一处连接原有便道和梁面的上桥坡道；坡道选择在墩身高度较低处，距离拌和站、主便道、工区和工人驻地较近，根据现场实际情况坡道设置在637#~639#墩，梁墩组合高度7.23 m。2上桥坡道设计通过综合比选，上桥坡道所处位置在郑济高铁新乡特大桥637#~639#桥墩，桥墩均为圆端形实体墩，桩基直径1 m，承台尺寸10.2 m×4.9 m×2.2 m，墩身高5 m。上桥位置在639#桥墩，上桥坡道在线路左侧，主要堆载在墩身侧面。上桥坡道设计采用填土方式，土的类型和性质为粉质黏土，填土最大高度6.9 m，总长度79.5 m，坡段长度60 m，宽度4 m，坡率12%，上桥平台长度12 m，宽5 m。靠近639#墩位置采用袋装土进行码砌，防止坡脚扩大；坡道顶平台与箱梁翼缘板采用I20工字钢和10 mm厚钢板进行搭设，箱梁翼缘板搭设长度2.4 m；坡面及坡顶平台采用混凝土硬化，表面做防滑处理。上桥坡道设计如图1所示。图1上桥坡道设计10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.039.F1a1（a）便道设计平面位置10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.039.F1a2（b）便道设计纵断面10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.039.F1a3（c）便道设计横断面3数值计算分析3.1材料力学参数钢筋混凝土材料参数[6]如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.039.T001表1钢筋混凝土材料参数材料用途弹性模量/MPa泊松比C35混凝土高铁桥墩、承台、桥桩3.30×1040.2C30混凝土综合管廊3.20×1040.2根据桥梁地质勘察设计资料，本次计算中各土层的模型岩土参数如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.039.T002表2模型岩土参数项目粉质黏土粉土基本承载力/kPa170120容重/（kN/m3）1717内摩擦角/°21.014.3凝聚力C/kPa26.015.8弹性模量/MPa6055泊松比0.280.303.2建立有限元模型采用有限元软件进行仿真模拟分析，建立“承台+墩身+土场+上桥坡道”的三维有限元模型。有限元数值计算中土体采用“莫尔—库伦”土体弹塑性模型，桥墩桩基均采用线弹性桩单元模型，同时建立摩擦界面单元（考虑了土体和桩结构之间的相互作用）；Midas/GTS中3D桩单元与土体自动耦合，能够模拟土体和桩之间相互作用；车辆荷载取12 m3混凝土罐车满载时整车荷载值施加在坡道顶平台，箱梁荷载直接施加在桥墩墩顶位置。边界条件的设定：计算土体的底面约束竖向的位移，侧面分别约束横向x、纵向y位移，地表为自由面；桩基础约束z方向的转角。有限元数值模型如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.039.F002图2有限元数值模型3.3结构变形数值计算结果根据计算结果，提取各承台、墩身水平方向位移最大值，上桥坡道堆载引起承台墩身水平位移如表3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.039.T003表3上桥坡道堆载引起承台墩身水平位移水平位移636#墩637#墩638#墩639#墩横桥向/mm0.160.84.598.77顺桥向/mm1.712.172.222.52平面扭转/（°）00003.4箱梁局部受压承载力计算上桥坡道与箱梁过渡位置荷载传递至桥梁翼缘板上，对翼缘板产生局部作用力，对局部受压承载力进行计算[7]，按照配置间接钢筋的混凝土结构构件，其局部受压区的截面尺寸计算公式为：F1≤1.35βcβ1fcAln （1）β1=(Ab/Al)1/2 （2）式中：F1——局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值（kN）；βc——混凝土强度影响系数，取值为1.0；β1——混凝土局部受压时的强度提高系数；fc——混凝土轴心抗压强度设计值（kN）；Aln——混凝土局部受压净面积（mm2）；Ab——局部受压计算底面积（mm2）；Al——混凝土局部受压面积（mm2）。桥面上分配梁采用2根10槽钢，主梁I20工字钢间距35 cm，以混凝土罐车轮压为计算依据，取有效长度为60 cm、宽度为48 mm。代入数据可得，Ab=100 224 mm2，Aln=Al=28 800 mm2，β1=1.865，F1=1 675.009 kN，最大轮压值为333 kNF1。3.5结构变形控制标准在建郑济高速铁路设计最高速度350 km/h，铺设无砟轨道、全线铺设无缝线路和无砟轨道，后期架梁、铺架施工及列车运营对先期施工桥墩的变形要求极为严格。桥梁结构变形按照《高速铁路设计规范》（TB 10621—2014）[8]和《铁路桥涵设计规范》（TB 10002—2017）[9]中相关要求综合考虑进行控制。墩台横向水平线刚度应满足高速行车条件下列车安全性和旅客乘车舒适度要求，并应对最不利荷载作用下墩台顶横向弹性水平位移进行计算。在ZK活载、横向摇摆力、离心力、风力和温度作用下，墩顶横向水平位移引起的桥面处梁端水平折角应不大于1.0‰弧度。墩台基础的沉降应按恒载计算，其工后沉降量不应超过限值，墩台均匀沉降限值20 mm以内，相邻墩台的沉降差5 mm以内。简支梁桥墩台顶面水平方向的弹性水平位移满足：Δ≤5(L)1/2 （3）式中：L——桥梁跨度（m），L24 m时，L按24 m计算，为不等跨时，L采用相邻中较小的跨度；Δ——墩台顶面处的水平位移（mm），包括由于墩台身和基础的弹性变形及基地土弹性变形的影响。4坡道施工技术控制上桥坡道所处位置紧邻已经施工完成的桥梁结构，严格控制施工时坡道与桥梁横向作业空间，防止任何机械或设备对桥梁结构产生干扰或碰撞而造成不利影响。在紧邻639#墩位置，顺桥向24 m范围内采用土袋码砌以控制边坡对承台和桥墩的影响，清表和场地平整完成后，边码砌土袋边填筑外侧土体，每次土袋码砌高度控制高度1 m以内；坡道填土采用铁路路基填筑的C组料，土体分层填筑并碾压成型，每层厚度不得大于50 cm，压实系数不得小于0.9；按照坡率留置填筑台阶长度，必要时台阶处铺设单向土工格栅，以加固填筑台阶的稳定性。坡道填土完成后按照坡率和留置的台阶填筑一层碎石，确保碎石的有效厚度大于20 cm，从下至上摊铺均匀并压实，严格控制各位置标高；坡道面层浇筑20 cm厚C25级混凝土，自上而下摊铺均匀，同时收面并做好表面防滑处理。待面层混凝土硬化后，做好坡道顶平台与桥梁搭接过渡措施，过渡措施需要与坡道顶平台预埋的钢材焊接牢固，与桥梁翼缘板处不得进行连接固定，以免行车过程中产生的水平力对梁体造成不利影响；坡道所有坡面需要撒播草籽进行绿化，防止雨水冲刷造成坡道毁坏。5结语坡道堆土压力主要作用在承台侧面土场位置，不直接作用在承台和墩身上，其受力路径为上桥坡道土体荷载→原场地土体→原场地土体进行荷载扩散作用在承台，在荷载作用下承台主要受水平力及平行于承台侧面的摩阻力。箱梁翼缘板局部受压承载力极限值为1 675 kN，是实际作用荷载值的5倍，满足钢筋混凝土局部受压承载力要求；该上桥坡道成功应用于新建郑济高速铁路项目，为类似工程项目施工过程解决上桥问题提供设计依据。