城市既有跨線橋改造設(shè)計及施工方案淺析

李 佳

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司鄭州設(shè)計院，鄭州 450001)

1 概述

鄭州市河醫(yī)北公鐵立交橋(高陽橋)位于金水大道西段，是溝通市區(qū)東南方向的重要橋梁，也是鄭州市區(qū)交通最繁忙的橋梁之一，該橋上跨京廣、隴海4條鐵路干線。高陽橋始建于1959年，跨徑21 m，橋面寬24.2 m，上部采用17片T形混凝土梁，下部采用漿砌片石U形橋臺，擴大基礎(chǔ)，橋臺兩側(cè)為高填土路基。1993年鄭州市“四橋一路”工程開工建設(shè)，金水路進行擴寬改造。由于高填土路基加寬需占用大量土地，為減少拆遷量，金水路擴寬采用以橋加寬道路的方式，高陽橋隨之擴寬。該橋東側(cè)加寬7.4 m，西側(cè)加寬14.4 m，現(xiàn)狀橋面總寬46.0 m，加寬橋采用25 m簡支槽形梁上跨鐵路，其余孔跨均采用16 m簡支T梁。高陽橋與兩側(cè)加寬橋平面關(guān)系示意見圖1，橋下照片見圖2。

在東、西兩側(cè)橋面加寬設(shè)計時，發(fā)現(xiàn)既有高陽橋17片梁出現(xiàn)大面積混凝土脫落，主筋部分裸露、銹蝕嚴重，對道路和鐵路安全已構(gòu)成威脅，但受金水路通車時間和工期的限制，未能將高陽橋一并改造。為保證安全，在銹蝕最為嚴重的東側(cè)4片梁、西側(cè)3片梁上方橋面處修建了2座花壇，以避免車輛碾壓對既有高陽橋老梁造成進一步的破壞，既有橋面照片見圖3。

圖1 高陽橋與兩側(cè)加寬橋平面關(guān)系示意(單位:m)

圖2 橋下照片

圖3 既有橋面照片

隨著鄭州市“四橋一路”的建成通車，車流量日益增長，已大大超出了高陽橋的設(shè)計荷載等級和設(shè)計通行能力，對鐵路、道路的運營安全構(gòu)成了嚴重的威脅，2011年鄭州市政府將高陽橋定性為危橋，并列為重點項目立即進行改造。既有高陽橋竣工資料缺失，橋位處經(jīng)過加寬改造施工，現(xiàn)場情況復雜多變、施工場地狹小。

2 既有橋綜合利用與改造措施

既有橋改造方案的制定，需結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在保證鐵路、道路安全的原則下，確定既有橋哪些構(gòu)件可繼續(xù)利用以節(jié)省投資，哪些構(gòu)件無利用價值需拆除、新建。

2.1 既有橋梁的利用

目前兩側(cè)加寬橋運營良好，滿足工程技術(shù)標準，可繼續(xù)使用，本次僅考慮對既有高陽橋進行改造。

(1)既有T梁

1999年9月鄭州工業(yè)大學出具的既有T梁檢測結(jié)果和2009～2011年該橋的監(jiān)測結(jié)果顯示，梁部混凝土脫落、主筋銹蝕現(xiàn)象呈加速發(fā)展的趨勢，已無利用價值，故既有T梁予以報廢、拆除。

(2)既有橋臺

由于缺乏竣工資料，第三方對橋臺進行了物探及檢測，報告顯示，根據(jù)現(xiàn)行荷載標準，換梁后橋臺需進行加固處理。經(jīng)過勘測，暴露在地面的臺身邊緣距鐵路中心線距離為2.9～3.5 m，鐵路基本限界為2.44 m，這樣施工空間只有0.45～1.06 m，任何施工機具都將侵入鐵路限界，每次操作均需鐵路斷行、接觸網(wǎng)停電，這將嚴重影響施工進度和鐵路運輸，且由于臺體距離鐵路過近，注漿加固還可能引起鐵路路基的隆起，影響鐵路行車安全?？紤]以上因素及老橋臺已接近使用年限，決定不再繼續(xù)使用既有橋臺承受上部荷載。由于橋臺圬工量較大，拆除既有橋臺對道路、鐵路影響較大，故將橋臺保留作為新建橋臺的臺前擋土墻用，僅拆除影響新梁架設(shè)的背墻部分。

2.2 新建橋梁設(shè)計方案

新建橋梁的設(shè)計需充分考慮各種不利情況，滿足以下要求:①滿足道路規(guī)劃和使用功能的要求;②不降低鐵路現(xiàn)狀通行凈空高度;③滿足鐵路行車安全要求，盡可能減少對鐵路運輸?shù)母蓴_;④采用既有橋的縱、橫坡及橋面高程;⑤梁的橫向布置滿足道路寬度要求。

(1)跨徑選擇

既有高陽橋為21 m跨度簡支梁橋，新建橋梁應盡量避開老橋臺的前墻，以利于新建橋臺的施工，保證老橋臺的使用功能，經(jīng)比選，跨徑采用30 m，新建橋梁與老橋?qū)Ρ攘⒚骊P(guān)系見圖4。

圖4 新建橋梁與老橋立面對比(單位:m)

(2)梁型選擇

由于道路縱、橫向順接問題，新建橋梁橋面高程與既有高陽橋橋面高程需保持一致，橋下鐵路凈空應不低于既有橋下凈空，因此梁高應控制在1.4 m，不高于老梁梁高?？紤]到梁高限制及電氣化鐵路上方橋梁耐久性的要求，本工程梁部采用梁高較低的大鉸縫預應力混凝土空心板梁。由于兩側(cè)加寬橋梁沉降已基本完成，新建橋梁與加寬橋梁間采用柔性連接，新建橋梁與加寬橋連接處的梁片按照邊梁計算。橋梁典型橫斷面詳見圖5。

根據(jù)既有高陽橋橋面寬度，全橋共設(shè)置2片邊梁和14片中梁，梁高1.4 m，計算跨度29.2 m。主梁采用C50混凝土，橋面鋪裝采用10cm厚C50混凝土整體化層和7 cm厚瀝青混凝土。主梁由預制預應力混凝土空心板梁和現(xiàn)澆混凝土橋面板組合而成，現(xiàn)澆混凝土橋面整體化層參與受力。汽車荷載橫向分布系數(shù)0.4(邊板)、0.36(中板)，設(shè)計荷載為公路－Ⅰ級。

圖5 橋梁典型橫斷面(單位:cm)

為驗證主梁理論計算結(jié)果，梁片預制完成達到設(shè)計強度后，進行了靜載試驗，主要試驗項目包括跨中截面加載時主梁的變形、主要截面和部位的裂縫觀測。試驗表明:梁部變形試驗結(jié)果與理論計算吻合，梁體無裂縫產(chǎn)生。

(3)橋臺形式選擇

既有老橋臺后為高填土路基，兩側(cè)為加寬橋梁，橋臺施工時需要最大程度地減小路基土方的開挖，減小對東、西兩側(cè)加寬橋梁的影響，綜合考慮采用了埋置式橋臺。

(4)基礎(chǔ)形式選擇

由于既有橋臺保留作為臺前擋土墻，新建橋臺基礎(chǔ)應盡量減少對既有橋臺擴大基礎(chǔ)的破壞，故新建橋臺采用樁基礎(chǔ)。每座橋臺采用4根樁，樁徑2.0 m，樁間距6.4 m。

3 改造施工方案

在本橋施工中，最關(guān)鍵也是最危險的是基樁成孔、舊梁拆除及新梁架設(shè)這幾個環(huán)節(jié)，制定科學有效的施工方法也是舊橋改造的關(guān)鍵點。

3.1 樁基的施工

既有T梁拆除后，方可進行橋臺樁基的施工。橋臺樁基采用跳樁施工，這樣既加快了施工進度，也保證了施工安全。

既有U臺擴大基礎(chǔ)以上的部分樁基采用鋼筋混凝土護壁、人工成孔，既有U臺擴大基礎(chǔ)以下部分樁基采用機械成孔，盡量減小樁基施工對既有橋臺的影響。

3.2 舊梁拆除

為保證安全，既有高陽橋24.2 m橋面寬全封閉施工，東側(cè)保留1個車道，西側(cè)保留2個車道。由于高陽橋位于鄭州市的咽喉位置，需要盡量壓縮整個工程的施工工期，減少對交通的影響。但是高陽橋上跨京廣、隴海鐵路4股道，拆梁、架梁作業(yè)都需要向鐵路部門要點施工，且既有T梁病害嚴重。根據(jù)工程的實際情況，結(jié)合電氣化鐵路上方的施工特點，需要制定一套既能保持施工安全、又能壓縮工期的拆、架梁方案。

舊梁拆除順序如下:在既有橋臺臺后拼裝橫移軌道→再在橫移軌道上拼裝I100型大工字鋼跨線移梁軌道→將拼裝、調(diào)試后的跨線移梁設(shè)備橫移到需拆除的舊梁旁邊→采用2臺吊車將舊梁吊起(圖6)→將跨線移梁設(shè)備橫移至舊梁下方(圖7)→吊車將舊梁放置在跨線移梁設(shè)備上→通過臺后搭設(shè)的縱向跑道，將舊梁從跨線移梁設(shè)備縱向移出(圖8)。跨線移梁設(shè)備平面示意見圖9，立面示意見圖10。

圖6 舊梁起吊現(xiàn)場照片

跨線移梁設(shè)備橫移至舊梁下方現(xiàn)場照片

圖8 縱向移梁現(xiàn)場照片

圖9 跨線移梁設(shè)備平面示意(單位:m)

為加快施工進度，采用工字鋼制作兜梁裝置，將2片既有T梁同時起吊拆除。

3.3 新梁架設(shè)

圖10 跨線移梁設(shè)備立面示意(單位:m)

在舊梁拆除后，將跨線移梁設(shè)備存放在場地東側(cè)，作為跨線施工通道使用。橋臺施工完畢，繼續(xù)利用跨線移梁設(shè)備架設(shè)新梁。

新梁架梁順序如下:臺后搭設(shè)縱向軌道，將新梁縱向移入跨線移梁設(shè)備→將跨線移梁設(shè)備橫移至新梁預就位位置→采用2臺吊車將新梁吊起→將跨線移梁設(shè)備橫向移開→吊車將新梁放下就位。

4 結(jié)語

城市既有跨線橋改造受道路及鐵路現(xiàn)狀條件的影響，往往具有設(shè)計控制因素多、施工場地狹小、工期要求緊等特點。高陽橋危橋改造工程，從改造方案和施工措施方面，因地制宜、結(jié)合實際，既保證了道路和鐵路的運營安全，又最大程度地減少了施工對道路和鐵路交通的影響。

采用上述拆、架梁方案，僅在起、落梁時梁體懸空于鐵路上方，大多數(shù)作業(yè)都在跨線移梁設(shè)備上進行，將直接在線路上方的作業(yè)時間降到最少，最大程度地保證了電氣化鐵路的安全運營。由于梁體過孔均在跨線移梁設(shè)備上進行，可在點外施工，并且采用特殊裝置可同時拆除2片既有T梁，通過這些措施加快了施工進度，將原預計施工工期從150 d縮短為97 d，取得了較好的效益。

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