既有鐵路小跨度橋梁人行道的改造對(duì)策

張麗霞 苑存宇

(大秦鐵路股份有限公司大同工務(wù)段，山西大同 037005)

大同工務(wù)段管內(nèi)的京包線于1914年建成單線通車，復(fù)線于1958年建成通車。全線小跨度圬工橋梁占90%，橋梁人行道寬度僅0.5 m。既有橋上由普通線路鋪設(shè)成無(wú)縫線路后，基本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)縫線路道床頂面寬度大于普通線路0.3 m～0.4 m，砟肩堆高0.15 m，道床邊坡同普通線路一樣仍為1∶0.75。由于人行道寬度不足，橋梁人行道承砟現(xiàn)象十分突出，橋梁人行道恒載增大。雖然有的橋梁為緩解人行道承砟，增強(qiáng)線路抗橫移能力，相應(yīng)增設(shè)了擋砟板，但絕大多數(shù)橋梁由于橋上道砟嚴(yán)重超厚，增設(shè)擋砟板后，人行道上仍舊堆滿道砟;其次，線路大、中修的混凝土枕和道砟難免放在橋面人行道上，自然增加了永久恒載和臨時(shí)恒載。橋梁人行道存在安全隱患。

1 既有橋梁人行道現(xiàn)狀

既有橋梁跨度小、橋高低，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一，梁體形式多樣，運(yùn)營(yíng)至今，橋梁人行道劣化嚴(yán)重。眾所周知，現(xiàn)有圬工橋梁的人行道為鋼支架，由角鋼托架承重的懸臂結(jié)構(gòu)。其本身存在四種缺陷:1)由于小跨度梁體結(jié)構(gòu)自身特性決定，人行道在附加較大外力作用下，產(chǎn)生較大扭矩，梁體發(fā)生扭轉(zhuǎn)，影響線路穩(wěn)定;2)角鋼托架與梁體通過(guò)“U”形螺栓聯(lián)結(jié)，在附加較大外力作用下，極易將埋設(shè)在梁體擋砟墻的“U”形螺栓拔出，發(fā)生人行道垮塌;3)角鋼托架和“U”形螺栓在多年養(yǎng)護(hù)不到位的情況下，產(chǎn)生銹蝕，截面變小，抗剪能力減弱，在附加外力作用下，剪斷聯(lián)結(jié)螺栓，人行道垮塌;4)人行道結(jié)構(gòu)自身決定人行道寬度。目前，小跨度梁體角鋼托架人行道寬度僅為0.5 m。人行道承砟后，受寬度限制，給線橋大、維修作業(yè)人員帶來(lái)不便。采用梁柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行人行道加寬改造則是為避免以上缺陷的一種新型結(jié)構(gòu)，受力狀況由原來(lái)的懸臂結(jié)構(gòu)變?yōu)楹?jiǎn)支結(jié)構(gòu)，受力特征較為合理。鐵道部在2012年6月運(yùn)工橋隧函［2012］292號(hào)“關(guān)于加強(qiáng)鐵路混凝土橋梁鋼支架人行道堆載管理的通知”中規(guī)定了鋼支架人行道應(yīng)按《既有線混凝土梁鋼支架人行道加固圖》(圖號(hào):專橋［2012］9028)加固，并更換承載能力不足的步行板。圖中的設(shè)計(jì)只是對(duì)人行道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，而在寬度方面沒有增加。

2 設(shè)計(jì)原理及過(guò)程

根據(jù)外力傳遞順序，即鋼筋混凝土人行道板→支撐鋼筋混凝土梁→鋼筋混凝土柱→混凝土基礎(chǔ)分別設(shè)計(jì)?；炷寥诵械腊?、鋼筋混凝土梁的設(shè)計(jì)一律按簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土立柱按小偏心受壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 板(人行道板)的設(shè)計(jì)

1)荷載的選用。按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》以下簡(jiǎn)稱(《橋規(guī)》)規(guī)定，豎向靜活載采用4.0 kPa外，再加并排縱向放置兩根Ⅲ型混凝土枕和縱向放置單根鋼軌的臨時(shí)活載組合。

2)截面尺寸的確定。考慮到路基防護(hù)網(wǎng)的距離、軌枕和鋼軌的擺放，板的長(zhǎng)度為1.85 m。由于設(shè)計(jì)荷載的加大，板內(nèi)受力主筋截面增加，同時(shí)使其具有足夠的保護(hù)層，參照《通橋2005》標(biāo)準(zhǔn)圖橋梁鋼筋混凝土步行板的設(shè)計(jì)，確定鋼筋混凝土板的厚度由原來(lái)的70 mm增加至80 mm，為克服因跨度增大后板的撓度加大失穩(wěn)和防止被盜，人行道板的寬度也由原來(lái)150 mm～200 mm增加至500 mm。人行道板的強(qiáng)度等級(jí)由原來(lái)的C20提高到C30。

3)受力鋼筋截面的確定。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，受力主筋采用∮12的HRB335鋼筋，分上下兩排布設(shè)，下面一排4根均勻布設(shè)，上面一排3根均勻布設(shè);箍筋采用∮6的HPB235鋼筋，同時(shí)根據(jù)構(gòu)造和受力特征，間距:板兩端1/4范圍內(nèi)@100 mm，中間@200 mm。保護(hù)層厚度20 mm。

2.2 梁(人行道支撐梁)的設(shè)計(jì)

1)荷載的選用。按簡(jiǎn)支梁圖式，計(jì)算荷載取人行道板及其上的荷載組合的1/2。

2)截面尺寸的確定。人行道板支撐梁的截面采用矩形梁。按矩形梁的構(gòu)造要求，矩形截面梁的高寬比(h/b)一般為2.0～2.5。從經(jīng)濟(jì)角度考慮及人行道板的搭接尺寸，梁高(h)應(yīng)采用500 mm，梁寬(b)應(yīng)采用200 mm。同時(shí)防止人行道板橫移，梁上部外側(cè)增設(shè)耳墻，寬度70 mm，高度同人行道板厚。梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30。梁體外側(cè)按@1.5 m預(yù)埋∮22 HPB235鋼筋“U”形欄桿聯(lián)結(jié)螺栓。

3)受力鋼筋截面的確定。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，受力主筋采用下層4根∮20和上層4根∮14的HRB335鋼筋;分布筋和架立采用5根∮10的HPB235鋼筋;箍筋采用∮6的HPB235鋼筋，同時(shí)按照構(gòu)造要求，間距:梁的兩端1/4范圍內(nèi)@100 mm，中間@150 mm。保護(hù)層厚度30 mm(見圖1)。

2.3 柱(人行道立柱)的設(shè)計(jì)

1)荷載的選用。荷載按人行道板支撐梁及其上的荷載組合的1/2。

2)截面尺寸的確定。柱截面尺寸，除應(yīng)滿足承載力要求外，必須保證具有足夠的剛度和穩(wěn)定性。應(yīng)采用矩形截面，其寬厚比(h/b)為1.3～1.7。從受力條件和經(jīng)濟(jì)方面來(lái)看，認(rèn)為 h=300 mm，b=400較為合理，為增大梁與柱的接觸面積，提高穩(wěn)定性，柱頂端兩側(cè)增加牛腿，按短牛腿設(shè)計(jì)，采用C30混凝土。位于季節(jié)性河流的立柱，考慮到水流對(duì)立柱壓力的影響，立柱下部一定范圍內(nèi)上游側(cè)設(shè)三角形分水尖，減小水流壓力。

3)受力鋼筋截面的確定。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，受力主筋采用6∮14的HRB335鋼筋;箍筋采用∮6的HPB235鋼筋，間距:柱的兩端1/6范圍內(nèi)@100 mm，中間@150 mm。保護(hù)層厚度30 mm(見圖2)。

2.4 柱(人行道立柱)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

由于柱下基礎(chǔ)承受集中荷載較大，選用混凝土杯形基礎(chǔ)較為合理，按構(gòu)造要求，基礎(chǔ)杯內(nèi)口下端各預(yù)留50 mm、上端各預(yù)留75 mm的空隙，便于柱的安裝。采用C15混凝土，基礎(chǔ)杯體壁厚及底厚均為300 mm?？障短幑嗵罴?xì)石混凝土。

圖1 人行道支撐梁斷面圖（單位：mm）

圖2 人行道梁、柱斷面圖

3 施工過(guò)程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)裝配兩種方法施工。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制

工藝流程:位置確定(測(cè)量)→基礎(chǔ)基坑開挖→灌注基礎(chǔ)→綁扎立柱鋼筋→制立模型→灌注混凝土→制立人行道梁模型→綁扎梁鋼筋→灌注混凝土→拆除既有人行道→制立人行道板模型→綁扎鋼筋→灌注混凝土→拆?！苍O(shè)人行道欄桿。缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)灌注工期較長(zhǎng)，因立體施工，模型制立精度要求高。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，人行道梁可制成連續(xù)梁，受力更為合理。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)裝配

現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地開闊的條件下，幾道工序可以同時(shí)進(jìn)行。工藝流程:混凝土立柱基礎(chǔ)、鋼筋混凝土立柱、鋼筋混凝土支撐梁、鋼筋混凝土人行道板預(yù)制及鋼欄桿制作可同時(shí)進(jìn)行→安設(shè)立柱→拆除既有人行道→架設(shè)人行道支撐梁→鋪設(shè)人行道步行板→安裝鋼欄桿。立柱、梁、板在預(yù)制場(chǎng)地同時(shí)施工，施工便利，工期較短。構(gòu)件尺寸精度完全滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我段采用梁柱結(jié)構(gòu)對(duì)京包線、北同蒲、口泉等線的人行道寬度不足的橋梁進(jìn)行了人行道加寬改造，施工工藝較為成熟。不僅給廣大線橋養(yǎng)護(hù)人員在橋上作業(yè)提供便利，而且延長(zhǎng)了橋梁人行道維修保養(yǎng)周期，同時(shí)為線路大修放置部分料具提供了安全保證。在繁忙的鐵路干線上也應(yīng)在橋梁人行道加寬改造中推廣梁柱結(jié)構(gòu)。因其人行道與梁體分離，克服了懸臂結(jié)構(gòu)彎矩過(guò)大時(shí)連同梁體一起扭轉(zhuǎn)影響設(shè)備安全的問(wèn)題。

［1］張?jiān)?鋼筋工基礎(chǔ)知識(shí)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1983:3-15.

［2］袁必果.鋼筋混凝土及磚石結(jié)構(gòu)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，1997:253-418.

［3］苑存宇，邱寶魚.大秦重載鐵路既有蓋板涵洞的加固對(duì)策［J］.鐵道工務(wù)，2011(5):57-60.

［4］苑存宇.梁柱結(jié)構(gòu)在鐵路橋梁人行道加寬中的應(yīng)用［J］.太原鐵道科技，2005(2):10-12.

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