西固環(huán)行線寺溝橋改建設(shè)計簡介

孫 瑋,杜建榜

(蘭州鐵道設(shè)計院有限公司,蘭州 730000)

1 既有橋梁情況

(1)既有橋概況

穎川堡車站為蘭州樞紐西固環(huán)行線上的工業(yè)站,現(xiàn)設(shè)有(Ⅰ、Ⅱ)兩個車場。Ⅱ場位于西固熱電廠北側(cè),設(shè)在半徑600 m的曲線上；Ⅰ場與Ⅱ場縱列布置,位于Ⅱ場東端蘭州煉油廠北側(cè)。本站Ⅱ場設(shè)有小型貨場一處,有蘭州煉油廠、西固熱電廠、省構(gòu)件公司等單位專用線引入Ⅰ、Ⅱ兩車場。而作為連接穎川堡車站站內(nèi)Ⅰ、Ⅱ場的寺溝橋即位于連接咽喉處。目前的穎川堡車站作為中國石油蘭州分公司和西固熱電廠的廠前站,場間徑路不夠順暢,直接影響到兩家企業(yè)大量的取送車和調(diào)車作業(yè),導(dǎo)致本站停放列車長時間占用車站股道,出現(xiàn)車站堵車現(xiàn)象。另外,根據(jù)車站站場設(shè)備特點,目前進出蘭州煉油廠作業(yè)也主要從Ⅰ、Ⅱ場間咽喉進行,使用受限制,不便于到發(fā)線靈活使用,嚴重地浪費作業(yè)時間,不利于提高到發(fā)線能力利用率。因此,寺溝橋在穎川堡車站站內(nèi)的位置具有舉足輕重的地位,牽一動而變?nèi)?。寺溝橋位于既有西固環(huán)行線K6+187.5處,由3孔8 m鋼筋混凝土簡支梁組成,全長31.12 m。橋梁設(shè)在直線上,墩高均為5.3 m。該橋1、2號墩均為尖端形截面。橋墩正置,橋臺斜置,且墩臺均為明挖擴大基礎(chǔ)。該橋與水流方向成7.64°的夾角,梁跨及墩臺設(shè)計荷載為中—22級。橋上鋪設(shè)了三股道,自南向北依次為聯(lián)絡(luò)線、正線、牽出線,并且橋上還預(yù)留了一股道。借此中國石油西北銷售公司成品油蘭州地區(qū)鐵路裝車外運通道工程的上馬,穎川堡車站需要在原位進行改擴建,本次設(shè)計考慮在Ⅰ、Ⅱ場與蘭煉廠區(qū)連接咽喉處新增單渡線1條,以解決股道調(diào)車不夠靈活的問題。由于道岔重新布設(shè)后,道岔位置侵入既有3-8 m梁橋,因此需要將該橋進行必要的改造。寺溝橋作為穎川堡車站改擴建工程中的控制工程,要充分考慮到既有車站運輸組織壓力較大的這一特點,據(jù)以研定確實可靠的橋式設(shè)計方案,以滿足穎川堡車站改擴建工程的順利實施,顯得尤為重要。

(2)既有橋的地質(zhì)等情況

地層自上而下依次為卵石土,厚度約為4.4 m,其承載力為500 kPa：第三紀黏土,厚度約為2.3 m,承載力為500 kPa；最下一層為砂巖。其中,卵石土壤與黏土中間夾有一層粗砂,其厚度約為1 m。橋址處常年流水,主要為當?shù)鼐用?、企業(yè)的生產(chǎn)、生活污水及蘭州水廠所排污水,水量較大且地表流水具硫酸鹽侵蝕。橋址區(qū)的地震基本烈度為八度,最大凍結(jié)深度為1.0 m。

2 設(shè)計方案的確定

(1)結(jié)構(gòu)尺寸的確定

本橋設(shè)計根據(jù)橋下過水能力、斜交角度、既有橋中心位置、運輸組織情況及既有構(gòu)筑物的位置及地質(zhì)狀況,在原橋址處拆除既有3-8 m梁橋并原位新建2-10.0 m整體式鋼筋混凝土斜交框架橋?？蚣茴A(yù)制分兩節(jié),正交長度分別為12.0 m(框架1)及7.0 m(框架2)。經(jīng)過檢算,確定結(jié)構(gòu)尺寸如下：頂板厚度80 cm,底板厚度80 cm,邊中墻斜交厚度為60.54 cm,頂板加腋尺寸90 cm×30 cm,底板加腋尺寸40 cm×40 cm,結(jié)構(gòu)凈高為6.0 m,結(jié)構(gòu)總高度7.6 m。在既有橋上下游分別預(yù)制?？蚣茼斶M根據(jù)線路加固次序分兩頭對頂。頂進時列車限速45 km/h慢行通過。如圖1、圖2所示。

圖1 2-10 m斜交框架橋立面(單位：cm)

圖2 2-10 m斜交框架橋平面(單位：cm)

3 方案實施

(1)施作攔水壩

框架預(yù)制前,首先施工M5漿砌片石攔水壩,將溝床封堵,以便將寺溝排洪道上游來水(當?shù)鼐用窦肮さV企業(yè)生產(chǎn)、生活污水及蘭州水廠排污水,水量較大)進行攔截,具體實施辦法如下。

①采用草袋圍堰(內(nèi)裝膨脹黏土)先將既有溝流水分別擠壓至一側(cè)排水,以便攔水壩施工。

②攔水壩施工期間,需同時在壩間設(shè)置4根φ800 mm的排水鋼管(鋼管埋設(shè)在后背墻及攔水壩中,鋼管長度為85 m)，將攔水壩攔截下來的流水用鋼管引流至下游處。

③φ800 mm排水鋼管支撐采用混凝土管座及枕木垛臨時支座,以架設(shè)鋼管。其中,框架橋內(nèi)采用混凝土管座；頂進范圍內(nèi)采用枕木垛臨時支座,并視頂進情況調(diào)整枕木垛臨時支座位置,但間距不能大于4.0 m。待攔水壩攔截流水成功后,進行框架橋的預(yù)制。

(2)既有橋臺利用的防護

鑒于線路加固設(shè)備當時僅能采用24 m跨度的D型施工便梁,且不能中斷行車要求。因此本框架橋需在既有橋臺的臺帽上進行D型施工便梁臨時支座的施工,以確保框架橋的順利頂進。為保證既有橋臺的穩(wěn)定,特設(shè)拉線地錨設(shè)施對既有橋臺進行拉錨防護,不使其發(fā)生橫移及傾覆。具體做法如下。

①在每座橋臺臺后等距離的各施作2個1.0 m直徑的C25鋼筋混凝土挖孔樁,樁深5 m,作為臨時地錨的錨體,錨體頂部預(yù)埋帶鋼拉環(huán)的短鋼軌,其具體組成為錨體、拉環(huán)、定位螺母、銷軸等。其特征在于：在錨體中心部位設(shè)有一鉸座(預(yù)埋帶鋼拉環(huán)的短鋼軌),在鉸座上通過銷軸連接拉環(huán)。這種地錨施工簡便,省時、省力,使用經(jīng)濟。

②每座橋臺上設(shè)鋼絲繩并與4個挖孔樁地錨連接,將兩座橋臺拉住。鋼絲繩采用：6股37絲,外徑28 mm,每道鋼絲繩破斷拉力應(yīng)大于400 kN。短鋼軌應(yīng)與鋼絲繩倒鏈盡量垂直布置。

(3)橋臺植筋

因臺帽上作業(yè)空間狹小,并且此處運輸作業(yè)繁忙,為了盡量減少對運輸組織的干擾,便于D型施工便梁臨時支座的快速施工,同時鑒于目前植筋技術(shù)工藝簡單,施工方便,具有較高的可靠性和靈活性,被廣泛地應(yīng)用于橋涵、房建等的加固、改造工程中,并取得了良好的工程效果這一特點,本次設(shè)計嚴格采用HILTI(喜利得)植筋錨固技術(shù)在橋臺胸墻及臺帽頂進行植筋,并時刻監(jiān)測橋臺位移變形情況。等植筋固結(jié)完成及與事先加工好的鋼板焊接后,灌注C20混凝土,從而完成D型施工便梁臨時支座的工序。具體做法如下。

①采用便捷的HILTI手持鉆孔機在橋臺結(jié)構(gòu)混凝土上按要求進行精確鉆孔,鉆孔前應(yīng)事先明確且避開既有結(jié)構(gòu)物中的鋼筋,孔深應(yīng)滿足植筋劑注入及適用性拉拔試驗要求。鉆孔完畢后應(yīng)用吹氣筒或其他空壓設(shè)備將孔內(nèi)灰屑吹出,并輔以尼龍刷深入孔內(nèi)清潔孔壁,避免灰屑殘留于孔中。

②將植筋膠藥劑裝入注射器內(nèi),通過注射頭將植筋膠緩緩打入孔內(nèi),再將準備好的鋼筋慢慢旋入孔內(nèi)至底部且可目視藥劑外溢。不可將鋼筋直接插入,以避免鋼筋與孔壁間殘留空隙。

③植筋施作完成后4 h以內(nèi),應(yīng)避免碰觸或矯正鋼筋而影響強度,待硬化完成后方可進行下一步工序。

④進行拉拔試驗,確保植筋安全可靠。

(4)D型梁臨時支座的施作

將事先掏眼加工好的鋼板(4個側(cè)面、1個頂面及1個底面)與所植鋼筋牢固焊接成一個長方體鋼盒(內(nèi)部滿灌C20混凝土),此鋼盒即做為D梁的臨時支座,鋼盒擺放應(yīng)與胸墻面平行,并且架設(shè)好的D型梁與橋臺胸墻間的空隙需用短木楔頂死。

(5)既有橋臺防護的其他措施

既有橋臺臺后的負重措施：鑒于既有橋臺在此次線路加固中的重要地位,本次設(shè)計為確保既有橋臺不發(fā)生橫移及傾覆,在不影響列車行車限界的前提下,臺后局部采用鋼筋混凝土搭板及負重草袋,以此增加橋臺的穩(wěn)定性。

(6)線路加固及頂進

①首先向運輸主管部門提報封閉要點計劃,分別將北側(cè)牽出線、正線及南側(cè)聯(lián)絡(luò)線進行線路封閉,隨之將24 m D型施工便梁安裝到位,快速解離既有軌排與混凝土梁片的連接,并做好線路加固的一切準備工作。

②拆除既有線下的獨立橋墩臺(包括橋墩身及梁部,并鑿除影響框架橋頂進范圍內(nèi)的橋臺部分基礎(chǔ)襟邊)。頂進的同時,需對未拆除的橋墩、臺采取施工監(jiān)測措施。隨著南北兩側(cè)框架橋的相繼頂進就位后,可逐步開通部分線路運行。

本設(shè)計經(jīng)多年的運營考驗后,狀態(tài)良好,運營單位也比較滿意。實踐證明,本設(shè)計方案的實施效果是較好的。

4 幾點體會及反思

通過本次對既有橋的改建設(shè)計,有以下幾點體會。

(1)改建橋梁方案的選定必須堅持“因地制宜”的原則。針對不同的結(jié)構(gòu)特點及使用要求,并充分考慮到運輸組織的需要,在不中斷行車的前提下,應(yīng)“量體裁衣”,制定不同的改建措施方案。

(2)既有橋梁改建措施的實施應(yīng)根據(jù)既有橋跨度及孔數(shù)的不同,應(yīng)“量體裁衣”,制定不同的替代結(jié)構(gòu)措施方案。

[1]TB10002.1—2005，鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范[S].

[2]TB10002.4—2005，鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]楊建良.鐵路框構(gòu)橋設(shè)計體會[J].鐵道標準設(shè)計，2009(3)：80-82.

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[5]張青松.既有線上就地現(xiàn)澆框架橋線路加固工程的設(shè)計和施工[J].鐵道標準設(shè)計，2008(10)：28-29.