配合地鐵施工的人行天橋改建

任潤田 趙堃 王淵 陳東 趙國鵬

(西安市政設(shè)計研究院有限公司，陜西西安 710068)

目前各大城市軌道交通項目開工較多，軌道交通項目線位大部分在市政紅線范圍內(nèi)敷設(shè)，經(jīng)常與人行過街天橋的樁基發(fā)生矛盾。對這類問題，通常采用兩種方案解決:1)通過地鐵線路調(diào)整進行適當(dāng)避讓。2)進行樁基托換。本文在以上兩種解決方案難于實現(xiàn)的情況下，通過對原天橋的改建，合理經(jīng)濟的解決了該問題。

1 天橋概況［1］

本次改造天橋位于東二環(huán)北段劉北村附近，跨越東二環(huán)。該天橋建于2005年，原橋結(jié)構(gòu)形式為4跨混凝土簡支梁橋。橋梁總長(東西向)83.52 m，跨徑布置為(12.25+21.0+19.35+10.25)m。主橋?qū)?.5 m，凈寬3.0 m。主梁:中跨主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，邊跨主梁采用鋼筋混凝土空心板梁，梁高均為0.8 m，主梁懸臂長0.75 m，主橋橫向由兩片梁組成。樁柱:樁基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土圓截面樁，主橋樁徑1.0 m，中樁長28 m，邊樁長25 m。主橋樁上接直徑0.8 m鋼筋混凝土圓截面墩，墩上均設(shè)蓋梁。樓梯:樓梯梁采用鋼筋混凝土∏形截面梁。西側(cè)樓梯梁寬2.5 m，東側(cè)樓梯梁寬3.5 m，懸臂長均為0.75 m，梁高均為0.6 m。樓梯梁下部采用圓截面墩柱、樁基礎(chǔ)，樓梯平臺下均設(shè)墩柱，柱下均采用直徑0.8 m的樁基礎(chǔ)。

2 天橋改造原因

西安某軌道交通項目與一座正在使用的人行天橋樁基沖突，由于該天橋離車站距離只有約50 m，且車站站位已確定，故不能通過線路調(diào)整來對天橋進行避讓。原設(shè)計方案為樁基托換方案，見圖1［2］。該方案為軌道交通項目對發(fā)生沖突的天橋的常用處理方法，但鑒于該樁基附近有DN2 000污水管道、DN400給水管、DN325天然氣中壓管道，管線遷改難度很大。樁基托換方案無法實施。

3 天橋改造方案比選

天橋改造方案的基本思路為利用鋼結(jié)構(gòu)自重輕、跨越能力強的特點，把原本橋的第一、第二跨的混凝土空心板梁用一跨鋼箱梁代替，這樣原橋的二號墩就不承受荷載，可以拆除(見圖2)。根據(jù)此思路，新建鋼梁的跨度為33.25 m，根據(jù)以往工程經(jīng)驗取梁高為1.2 m(L/27.7)。原橋梁高為0.8 m，在3號墩處新舊梁體及1號墩處新梁與梯道梁和坡道梁處之間的0.4m的高差成為問題解決的關(guān)鍵點。據(jù)此實際情況，提出三種解決方案:方案一，將原橋的梯道梁、坡道梁和相應(yīng)的橋墩拆除，整個重新設(shè)計施工為鋼結(jié)構(gòu);方案二，將原橋的梯道梁、坡道梁用整體頂升技術(shù)頂至新的設(shè)計標(biāo)高處，將原混凝土橋墩加高;方案三，將主梁兩側(cè)支點處做成變截面，消除高差。

方案一的做法相當(dāng)于把3號墩以西部分的橋梁上下部全部拆除，進行重新設(shè)計、施工，這樣做從工程處理上來說比較簡單，但是工程造價大、工期長，且拆除部分多，環(huán)保理念不強。方案二做法盡量利用了原橋的下部結(jié)構(gòu)，是一種比較經(jīng)濟、環(huán)保的改建方法，但整體頂升技術(shù)對施工單位的技術(shù)、設(shè)備要求高，且此專項費用可能較高。方案三造價最低、施工工期短、對環(huán)境影響小，方案最優(yōu)，單主梁在支座附近建立最大處截面減小，需進行驗算。

4 推薦方案的結(jié)構(gòu)分析

全橋上部結(jié)構(gòu)分析采用MIDAS/CIVIL 2010，頂板、底板、縱橫向加勁肋、橫隔板均以板單元模擬，支座采用剛性連接模擬，人群荷載采用壓力荷載模擬，建立空間受力模型。全橋模型共計1 007個節(jié)點，1 591個板單元。全橋整體模型見圖3。

4.1 主要材料及設(shè)計參數(shù)

1)鋼材［3］(見表 1)。

表1 鋼材容許應(yīng)力一覽表 MPa

2)人群荷載。根據(jù)原橋設(shè)計文件可得人群荷載為4.56 kPa。

3)恒載。一期恒載:鋼箱梁采用 Q235C級鋼材，容重為78.5 kN/m3。二期恒載:橋面鋪裝采用C40微膨脹混凝土，容重為26 kN/m3;單側(cè)欄桿荷載0.7 kN/m等。

圖2 人行天橋鋼梁替換方案

圖3 鋼梁模型

4.2 上部結(jié)構(gòu)分析成果

經(jīng)過分析:1)鋼梁最大壓應(yīng)力發(fā)生在主梁跨中頂板處，應(yīng)力值為56.8 MPa＜［σw］=145 MPa，滿足規(guī)范要求(見圖 4)。2)鋼梁最大拉應(yīng)力發(fā)生在主梁跨中底板處，應(yīng)力值為68.1 MPa＜［σw］=145 MPa，滿足規(guī)范要求。3)本橋腹板最大剪應(yīng)力發(fā)生在主梁邊墩變截面處(見圖5)，此時最大剪應(yīng)力τmax=11.3 MPa＜［τ］=85 MPa，滿足規(guī)范要求。

圖4 正應(yīng)力等值線圖

圖5 板單元剪應(yīng)力等值線圖

主梁最大位移發(fā)生在主梁跨中處(見圖6)，位移值27.2 mm＜L/600=33 050/600=55.1 mm，滿足規(guī)范［4］要求。

圖6 活載作用下最大位移等值線圖

全橋一階豎向自振頻率為3.42 Hz，周期為0.292 3 s(見圖7);二階豎向自振頻率為13.00 Hz，周期為 0.076 9 s(見圖8)。頻率均大于3 Hz，滿足規(guī)范［5］要求。

圖7 一階豎向振型

4.3 下部結(jié)構(gòu)分析成果

4.3.1 原橋蓋梁驗算

1)1號墩蓋梁驗算。在組合Ⅲ作用下1號墩兩個支座頂?shù)姆戳鶠?22 kN，梯道反力為118 kN，坡道反力為156 kN。由橋梁通程序計算:a.最大彎矩為431 kN·m，配筋為4根φ25(原蓋梁配筋9根φ25)。b.裂縫按照0.2mm控制，配筋為7根φ25(原蓋梁配筋9根φ25)。2)3號墩蓋梁驗算。在組合Ⅲ作用下3號墩兩個支座頂?shù)膲毫鶠?08 kN，原混凝土空心板梁下4個支座頂荷載為134 kN。由橋梁通程序計算:a.最大彎矩為347 kN·m，配筋為3根φ25(原蓋梁配筋9根φ25)。b.裂縫按照0.2mm控制，配筋為6根φ25(原蓋梁配筋9根φ25)。

圖8 二階豎向振型

4.3.2 原橋樁基驗算

樁頂反力列表見表2，蓋梁及樁自重表見表3。

表2 樁頂反力匯總表

表3 墩、蓋梁及樁自重表

1)1號橋墩基礎(chǔ):單根樁受到的全部豎向荷載為:N=N1+N2+N3+qh(扣除了置換土重作為荷載)=894+58.8+117.8+130=1 200.6 kN。

單樁承載力為:

承載力滿足要求。

2)3號橋墩基礎(chǔ):單根樁受到的全部豎向荷載為:N=N1+N2+N3+qh(扣除了置換土重作為荷載)=1 128.3+58.8+63.18+147.3=1 397.6 kN。由于盾構(gòu)管片外皮距3號墩樁基外皮凈距僅1.8 m，故未將盾構(gòu)管片高度6 m范圍內(nèi)的側(cè)摩阻計入。

單樁承載力為(扣除盾構(gòu)6 m范圍內(nèi)的側(cè)摩阻力):

承載力滿足要求。

5 結(jié)語

1)本文所使用的改建天橋的方法可大量的用于城市軌道交通施工對中小跨徑橋梁的改造。2)經(jīng)過驗算原橋的下部結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求，在此種改造方法的使用中下部結(jié)構(gòu)的驗算需引起重視。

［1］西安市東二環(huán)——劉北村人行天橋施工圖［Z］.西安市政設(shè)計研究院，2005.

［2］西安市地鐵三號線一期工程(魚化寨～保稅區(qū))施工圖設(shè)計［Z］.廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，2012.

［3］JTJ 025-86，公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］CJJ 69-95，城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范［S］.