利用箱形框架結構優(yōu)勢精心設計鐵路框架橋

王愛霞

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

箱形框架結構在鐵路橋梁中被越來越廣泛的采用，一般常用在橋下凈空受限、下穿既有鐵路線路、既有線改造中小跨度橋梁改造和接長等工況中。鐵路箱形框架橋適用范圍廣，設計應用靈活，施工方便快捷，在很多特殊工況中發(fā)揮了不可替代的作用。

2 鐵路箱形框架橋在工程應用中的優(yōu)點

(1)框架橋結構為箱形框體，框架橋頂板結構較薄，與梁式橋比較有很大優(yōu)勢，在受水位控制或者橋下立交凈空受限制的條件下往往被作為首選方案采用。

(2)因框架橋結構為一個整體，剛度大，在穿越既有鐵路時，可以頂進施工。在施工時可采用D便梁或者縱橫挑梁方法對既有線路進行加固處理，不需要中斷既有線運營施工，較其他梁形對既有鐵路運營影響相對較小。

(3)角度設置靈活自由，一般從0°～45°之間，角度可任意采用。

(4)箱形框架橋孔跨一般為單孔、雙孔、三孔或者多個孔跨拼接，可以結合管線預埋情況、機動車道非機動車道分離情況、排洪兼立交等功能，靈活采用多種孔跨布置方式。

(5)箱形框架橋的地基基底應力較小，對橋址地基條件要求低，一般地基承載力要求150～200 kPa即可。對于地基承載力相對較差的可以采用復合地基方式處理，一般可采用換填碎石土、碎石攪拌樁、CFG樁、高壓旋噴樁、或者混凝土小方樁等多種方式處理，可以根據(jù)場地施工條件來選擇地基處理方式。

(6)框架橋為鋼筋混凝土結構，現(xiàn)澆施工，方便快捷，施工場地較其他梁形要求較低。

(7)框架橋的計算相對便捷，橋寬可根據(jù)需要任意設置，在站場等多股道情況下跨度不太大時常被采用，設計、施工方便快捷。

(8)框架橋抗震性更好。

(9)養(yǎng)護維修簡單方便。

3 鐵路箱形框架橋應用工程實例

3.1 鄭焦城際鐵路山門河框架大橋

(1)橋址情況

鄭焦城際鐵路是一條設計時速250 km的雙線城際鐵路，設計荷載為ZK荷載。山門河框架橋是為跨越山門河而設置，橋位位于焦作市待王鎮(zhèn)，交通發(fā)達，人口稠密。河流上游為既有新月線的兩座鐵路單線橋，梁形為5-8 m和6-8 m的鋼筋混凝土板梁，鄭焦線山門河框架橋距離既有鐵路橋的最小距離為4.5 m;下游為待王路的公路橋，梁形為6-8 m鋼筋混凝土簡支梁橋，本設計橋距離既有公路橋的最小距離為2.8 m。鄭焦鐵路在焦作市待王鎮(zhèn)東與山門河相交，交叉斷面以上集水面積為141.2 km2，交叉斷面以上干流長31.4 km，干流平均坡降為20‰。F1%=141.2 km2，Q1%=2 360 m3/s。此處既有鐵路水害比較嚴重，歷史上曾幾次洪水漫過軌面。通過現(xiàn)場勘查，并結合鄭焦城際鐵路標準和防洪評估部門意見，需要將鄭焦城際鐵路橋過水斷面長度增加至105 m左右。此處橋位線路坡度為9.1‰的縱坡。橋位范圍內(nèi)，軌面高程從103.34～104.31 m。橋位處地質情況為:從上到下分別為粉土、粉質黏土，承載力為100～180 kPa，橋址范圍內(nèi)地震動峰值加速度為0.15g，相當于地震烈度為7度，地震動反應譜特征周期為0.55 s，工程抗震設防類別為B類，抗震設防烈度為7度。土壤最大凍結深度為0.29 m。

(2)橋梁方案比選

由于鐵路標準和設計水位控制，各跨度梁式橋方案在此處均無法采用。為了與上下游橋梁對孔設計，以減少阻水和降低結構厚度，擬采用箱形框架橋或者框構橋方案。由于距離上下游既有橋距離均較近，結合橋址地質情況，設計采用4×(3-8)m箱形框架橋方案進行設計，橋梁全長106.49 m。通過采用加大框架橋懸臂板方式來增加施工空間，減少對既有橋的影響。由于頂板較薄，只有70 cm，并且橋上有接觸網(wǎng)底座和聲屏障等設施，考慮在框架橋懸臂處的邊墻根部采用弧形加肋來增加結構安全性。根據(jù)現(xiàn)場情況，大型機具無法進入;受既有鐵路運營的影響，施工高度受限，故采用高壓旋噴樁進行地基處理。橋形布置見圖1。

圖1 橋形布置(單位:cm)

山門河框架橋設計很好地體現(xiàn)了框架橋結構頂板較薄、對地基基礎條件要求低、對施工場地要求低、孔跨式樣和結構形式靈活等特點。

3.2 京廣鐵路保定站改造一畝泉河框架中橋

(1)橋址情況

京廣鐵路保定站改造工程是對京廣鐵路上的保定站進行擴能提速技術改造。既有一畝泉河中橋位于保定車站南端，現(xiàn)狀為2座橋，一座為雙線3－10 m簡支梁橋(為京廣正線所使用)，另一座為單線3-10 m簡支梁橋(為機走線使用)，兩橋均跨越“一畝泉河”。一畝泉河設計流量為126 m3/s，河床設計坡度為0.65‰，算得橋位處河槽過流面積為59.5 m2，流速為2.12 m/s，對應設計水位17.16 m。既有橋設計過流面積為78.0 m2。本橋范圍內(nèi)地質情況主要是:粉質黏土，軟塑，基本承載力為110 kPa，層厚4.1～9 m;細砂，中密，基本承載力180 kPa，層厚1.7～2.9 m;粉質黏土，可塑，基本承載力150 kPa，層厚2.6～3.0 m;粉土，中密，基本承載力150 kPa，層厚3.0～6.6 m;粉質黏土，可塑硬塑，基本承載力200 kPa，層厚11.0 m。橋址范圍內(nèi)地震動峰值加速度0.10g，相當于地震基本烈度Ⅶ度，地震動反應譜特征周期0.40 s。無砂土液化現(xiàn)象。

(2)橋梁改造方案

根據(jù)本次改造調(diào)整京廣正線線間距的要求(本橋范圍內(nèi)京廣線線間距由4.1 m調(diào)整至5 m)，既有橋墩原為擴大基礎，后采用木樁加固，因此既有橋不宜采取橋墩加固、幫寬橋墩后移梁的改造措施，設計方案考慮既有橋拆除重建。現(xiàn)小跨度簡支梁橋在時速200 km鐵路上已經(jīng)很少應用，且考慮此處既有橋拆除過程中對既有鐵路影響最小和方便施工等方面的問題，故采用箱形框架橋方案進行設計。擬采用3－8 m框架橋方案，橋梁全長26.04 m。3-8 m框架橋設計過水面積為81 m2;大于既有的59.5 m2，滿足設計過水要求。改造后框架橋頂板底部高程17.944 m，高出設計水位0.784 m，既有橋梁底高程為17.82 m，高出既有橋梁底高程0.124 m。同時考慮機走線作業(yè)要求，預先架設便橋，滿足機走線通車。

施工過渡方案分三個步驟，步驟一:于既有機走線西側架設便橋，機走線作業(yè)過渡至此。步驟二:拆除既有線西側機走單線橋并原位新建3孔8 m雙線框架橋，同時京廣正線過渡至本橋通車。步驟三:拆除既有京廣正線梁橋并原位新建3孔8 m雙線框架橋，與西側框架對孔布置，恢復京廣正線至原位通車，并于西側框架橋上恢復機走線通車，完成施工過渡。由于本橋施工過渡工期較長，考慮“一畝泉河”不斷流方案，3孔8 m框架橋分兩次施工，先修筑2-8 m框架橋后再修筑單孔8 m框架橋。地質資料顯示，橋位處表層土為軟塑狀態(tài)的粉質黏土，層厚4.1～9.0 m，因此采用8 m長30 cm×30 cm小方樁進行地基加固處理。保定站一畝泉河框架橋設計立面見圖2。

圖2 全橋布置圖立面(單位:cm)

保定站一畝泉河箱形框架中橋設計很好地體現(xiàn)了框架橋在鐵路橋應用中的巨大優(yōu)勢?？蚣軜蝽敯濉葔Τ叽缇^薄，可有效增加過水斷面;整體性好，基礎易處理，施工靈活，可根據(jù)需要分段施工，解決了既有線上施工過度問題;在小跨度橋梁設計中，孔跨形式可較自由的選擇，設計方便快捷。

3.3 鄭焦城際鐵路工業(yè)路框架橋

(1)橋址概況

鄭焦城際鐵路是一條設計時速250 km的雙線城際鐵路，設計荷載為ZK荷載。橋址區(qū)位于修武小營工業(yè)區(qū)附近，與小營工業(yè)區(qū)內(nèi)道路云翔路交叉，該處公路路面寬20 m，與鐵路交叉角為110.14°。本橋位于直線上，雙線橋。本橋范圍內(nèi)地質情況主要是:粉質黏土、黏土、細砂，地基基本承載力在120～300 kPa。橋址范圍內(nèi)地震動峰值加速度0.15g，相當于地震基本烈度:Ⅶ度，場地土類別為Ⅲ類，動反應譜特征周期0.55 s。土壤最大凍結深度0.29 m。

(2)橋梁方案比選

經(jīng)勘查，公路兩側埋有直徑為270 mm、600 mmm、500 mm的各三根管線。此處道路中心線路軌底高程為91.69 m，既有公路路面高程為85.10 m，協(xié)議凈空為4.5 m，凈空受限。結合公路現(xiàn)狀、規(guī)劃情況、管線布置情況及協(xié)議凈空，本設計采用8 m+16 m+8 m框架橋跨越公路方案，與線路法線方向設計角度為20°。根據(jù)管線埋設深度，兩側邊孔采用8 m×7 m框架結構，中孔采用16 m×6 m框架結構，橋梁全長39.44 m?？紤]到兩側擋土翼墻較高，采用兩側邊孔U形槽延伸辦法來降低翼墻高度，同時更好地適應管道維修的需要，達到施工方便和美觀的效果。具體方案情況見圖3、圖4。

圖3 全橋布置立面(單位:cm)

圖4 全橋布置平面

鄭焦城際鐵路工業(yè)路框架橋是新建鐵路中框架橋設計中常見的工況。此工況在結構凈空受限的條件下優(yōu)先考慮采用框架橋方案，設計施工簡單快捷。

4 結束語

鐵路箱形框架橋由于其整體性好、剛度大、頂板結構較梁式橋薄、對地基條件要求低、孔跨布置靈活、施工方便快捷等特點，在設計中被廣泛采用。本文只列舉了框架橋式方案在小跨度鐵路橋式方案中應用的幾個工程實例，可供類似工程設計中參考;同時，通過典型設計實例說明，對鐵路框架橋進行精心布設可更好地適應實際橋梁工程設計中的特殊需要。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．TB 10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2005

［2］ 中華人民共和國鐵道部．TB 10002.1—2005 鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2005

［3］ 中華人民共和國鐵道部．TB 10621—2009 高速鐵路設計規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2009

［4］ 中華人民共和國建設部．GB50007—2002 建筑地基基礎設計規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002

［5］ 鐵道部第一勘測設計院，蘭州交通大學．鐵路工程設計技術手冊:涵洞與拱橋［M］．北京:中國鐵道出版社，1999

［6］ 鐵道部第三勘測設計院．鐵路工程設計技術手冊:橋梁設計通用資料［M］．北京:中國鐵道出版社，1994

［7］ 鐵道部第三勘測設計院．鐵路工程設計技術手冊:橋渡水文［M］．北京:中國鐵道出版社，1999

［8］ 鐵道部第三勘測設計院．鐵路工程設計技術手冊:橋涵地基和基礎［M］．北京:中國鐵道出版社，2002