高速公路改擴建工程下穿鐵路橋形方案研究

李青山

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京　102600)

Research on Bridge Scheme of Highways Reconstruction Project Across Railway

LI Qingshan

高速公路改擴建工程下穿鐵路橋形方案研究

李青山

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京102600)

Research on Bridge Scheme of Highways Reconstruction Project Across Railway

LI Qingshan

摘要就上跨高速公路的橋梁方案進行研究，提出預(yù)應(yīng)力混凝土簡支槽形梁、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)槽形梁、簡支鋼桁梁、簡支鋼箱拱的橋梁方案，并對各個方案進行詳細評價。經(jīng)綜合比選，選擇預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)槽形梁跨越。

關(guān)鍵詞高速公路改擴建槽形梁方案研究

1概述

改擴建西臨高速公路于里程K127+222.757處與慶華廠鐵路專用線相交，相交方式為公路下穿鐵路，相交處鐵路專用線里程K1+550.000，公鐵交角74°。既有橋為框架結(jié)構(gòu)，凈跨為2×13 m，橋梁全長46.06 m，全寬9.2 m。

公鐵交叉處慶華廠鐵路專用線為單線，非電氣化鐵路，有縫線路，43 kg/m鋼軌，鋼筋混凝土Ⅱ型軌枕，碎石道砟。此段鐵路位于直線上，鐵路為路基形式，路堤高度約1.5 m。

既有框架橋不能滿足改擴建高速公路的需要，需對其改建。

根據(jù)西臨高速公路改擴建建設(shè)單位與慶華廠鐵路專用線產(chǎn)權(quán)單位的友好協(xié)商，由西臨高速公路改擴建建設(shè)單位拆除既有框架橋并新建一座橋梁，以滿足橋上鐵路運輸和橋下公路行車需要。

2建設(shè)條件

2.1　地形、地貌

公鐵交叉處位于西安市灞橋區(qū)內(nèi)，地形條件較復雜。工程區(qū)域?qū)儆跊_洪積平原區(qū)，地形平坦開闊，地面高程431～433 m。

2.2　地層巖性

依據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪、地質(zhì)鉆探及室內(nèi)土工試驗，橋址區(qū)地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積層人工填土；第四系全新統(tǒng)沖洪積層黏質(zhì)黃土、中砂、粗砂及粗圓礫土。

2.3　工程區(qū)域地質(zhì)

橋址區(qū)及其附近未見對工程有影響的地質(zhì)構(gòu)造行跡，橋基穩(wěn)定性較好。

2.4　水文地質(zhì)

根據(jù)鉆探資料，地下水主要為第四系孔隙潛水，主要賦存于第四系全新統(tǒng)黏質(zhì)黃土、粗圓礫土中，為弱透水層，主要接受大氣降水及地表水補給，勘測期間，地下水位埋深22.4～25.0 m，地下水位隨季節(jié)明顯變化。

2.5　不良地質(zhì)及特殊性巖土

橋址區(qū)未發(fā)現(xiàn)對工程有影響的不良地質(zhì)現(xiàn)象。

橋址區(qū)對工程有影響的特殊巖土主要為濕陷性黃土。場地內(nèi)黏土黃土濕陷系數(shù)δs=0.017～0.054，自重濕陷系數(shù)δzs=0.018～0.022，濕陷土層厚約15～18 m，應(yīng)考慮樁基負摩阻力的影響。

2.6　地震動參數(shù)

地震動峰值加速度為0.20g，抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，地震動反應(yīng)譜特征周期分區(qū)為一區(qū)。

3主要技術(shù)標準

3.1　既有公路主要技術(shù)標準

(1)公路等級：高速公路；

(2)設(shè)計速度：120 km/h；

(3)設(shè)計荷載：BZZ-100；

(4)路拱橫坡：±2%；

(5)公路凈空：≥5.0 m；

(6)路基寬度：0.75 m(土路肩)+2.5 m(硬路肩)+2×3.75 m(行車道)+0.75 m(路緣帶)+3.0 m(中央分隔帶)+0.75 m(路緣帶)+2×3.75 m(行車道)+2.5 m(硬路肩)+0.75 m(土路肩)=26 m。

3.2　改建后公路主要技術(shù)標準[1]

(1)公路等級：高速公路；

(2)設(shè)計速度：120 km/h；

(3)設(shè)計荷載：BZZ-100；

(4)路拱橫坡：±2%；

(5)公路凈空：≥5.2 m；

(6)路基寬度0.75 m(土路肩)+3.0 m(硬路肩)+4×3.75 m(行車道)+0.75 m(路緣帶)+3.0 m(中央分隔帶)+0.75 m(路緣帶)+4×3.75 m(行車道)+3.0 m(硬路肩)+0.75 m(土路肩)=42 m。

3.3　鐵路技術(shù)標準[2]

(1)鐵路等級：Ⅲ級；

(2)正線數(shù)目：單線；

(3)牽引種類：內(nèi)燃；

(4)設(shè)計行車速度：80 km/h。

圖1　方案一橋形布置(單位：cm)

4工程方案

本方案研究基于不改變公鐵交叉處鐵路、公路縱斷面的條件下進行，盡量減少對既有鐵路的破壞范圍，盡可能降低新建橋梁的建設(shè)規(guī)模，最大限度縮短建設(shè)工期，以節(jié)省工程投資。

4.1　鐵路平縱斷面

公鐵交叉處，鐵路平面位于直線上，立面位于11‰的縱段上。

4.2　橋下凈高

西臨改擴建高速公路凈高除滿足《公路工程技術(shù)標準》(JTG B01—2003)中規(guī)定的不小于5.0 m外，根據(jù)建設(shè)管理單位的要求，此路段大貨車交通量大，出現(xiàn)車輛剮蹭橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)象的比例高，全線路段公路凈高按不小于5.2 m控制。

4.3　橋跨布置的控制因素

(1)新建鐵路橋技術(shù)指標與原橋一致，尤其是平、縱斷面。

(2)主孔跨越公路部分橋式方案應(yīng)滿足凈空要求，并為公路未來發(fā)展預(yù)留良好的技術(shù)條件。

(3)盡量減少施工、運營階段對橋下公路的干擾，確?？缭焦返陌踩?，并兼顧經(jīng)濟性。

4.4　橋梁方案

因本工點處橋上軌頂高程不可抬高，橋梁在增加跨徑的同時建筑高度又不宜加大，將建筑高度較低的槽形梁[3，7]、鋼結(jié)構(gòu)方案列入研究范圍。

(1)方案一

橋形方案為1-50 m簡支槽形梁，橋梁全長66.4 m。本方案采用一跨跨越改擴建后的西臨高速公路，兩橋臺設(shè)于改擴建后的路邊排水溝外側(cè)，不侵占公路路基，橋臺垂直鐵路專用線橫斷面。橋形布置見圖1，平面布置見圖2。

全梁采用等高度，梁高4.4 m，支點處道床板局部加厚，梁高5.2 m。橫橋向?qū)挾葹?.1 m，腹板內(nèi)側(cè)凈寬6.9 m。主梁腹板厚度0.50 m，在支座及梗肋處局部加厚至0.80 m。全橋共設(shè)5處梗肋，沿橋縱向均勻布置，上翼緣寬1.30 m，厚0.7 m；道床板橫向跨中厚0.506 m，板邊厚0.45 m，形成2%的橫向流水坡。

橋臺采用T形臺，0號臺長7.2 m，臺高7 m，1號臺長7.9 m，高7.6 m。采用矩形承臺，平面尺寸9.7 m(順橋向)×9.7 m(橫橋向)，厚度2.5 m?；A(chǔ)采用9根直徑1.25 m鉆孔灌注樁。

圖2　方案一平面布置(單位：cm)

圖3　方案一支架布置(單位：cm)

主梁采用少支架現(xiàn)場澆筑法施工，墩臺及基礎(chǔ)采用常規(guī)工藝施工。支架體系由φ400×5鋼管柱及I63a工字鋼組合而成，鋼管柱底外包0.5 m×0.5 m×0.5 mC20混凝土基礎(chǔ)以保證車輛撞擊時支架體系的安全。支架布置見圖3。

(2)方案二

橋形方案為2×25 m連續(xù)槽形梁，橋梁全長66.4 m。本方案在高速公路中央分隔帶內(nèi)設(shè)置橋墩，兩跨跨越改擴建后的西臨高速公路，墩身及基礎(chǔ)平行于高速公路布置，兩橋臺設(shè)于改擴建后的路邊排水溝外側(cè)，不侵占公路路基。橋臺垂直鐵路專用線橫斷面。橋形布置見圖4，平面布置見圖5。

全梁采用等高度，梁高3.4 m，支點處道床板局部加厚，梁高4.2 m。槽形梁橫橋向?qū)挾葹?.1 m，腹板內(nèi)側(cè)凈寬6.9 m。主梁腹板厚度0.50 m，在支座及梗肋處局部加厚至0.80 m，上翼緣寬1.30 m，厚0.7 m；道床板橫向跨中厚0.506 m，板邊厚0.45 m，形成2%的橫向流水坡。

橋臺采用T形臺，0號臺長7.2 m，臺高7 m，1號臺長7.9 m，高7.6 m。采用矩形承臺，平面尺寸9.7 m(順橋向)×9.5 m(橫橋向)，厚度2.0 m?；A(chǔ)采用9根直徑1.0 m鉆孔灌注樁。橋墩采用圓端形，順橋向尺寸1.6 m，橫橋向尺寸8.8 m。墩帽為平行四邊形，順橋向尺寸2 m，橫橋向尺寸9.6 m。采用矩形承臺，平面尺寸4.8 m(順橋向)×10.2 m(橫橋向)，厚度2.0 m?；A(chǔ)采用8根直徑1.0 m鉆孔灌注樁。

施工方法同方案一。

(3)方案三[8-10]

圖4　方案二橋形布置(單位：cm)

圖5　方案二平面布置(單位：cm)

圖6　方案三橋形布置(單位：cm)

橋形方案為1-50 m簡支鋼桁梁，橋梁全長66.8 m。本方案采用一跨跨越改擴建后的西臨高速公路，兩橋臺設(shè)于改擴建后的路邊排水溝外側(cè)，不侵占公路路基。橋臺垂直鐵路專用線橫斷面。橋形布置見圖6，平面基礎(chǔ)布置同方案一。

主梁采用50 m簡支鋼桁梁，道砟橋面，梁長51.5 m，節(jié)間長度均為10 m。主梁采用無豎桿三角桁式，兩片主桁的橫向中心距(桁寬)5.9 m，桁高10.0 m，桁外設(shè)置檢查走道。

橋臺采用T形臺，0號臺長7.2 m，臺高7 m，1號臺長7.9 m，高7.6 m。采用矩形承臺，平面尺寸9.7 m(順橋向)×9.5 m(橫橋向)，厚度2.5 m?；A(chǔ)采用8根直徑1.25 m鉆孔灌注樁。

主梁采用現(xiàn)場拼裝法施工，支架布置同方案一。鋼桁梁拼裝從一端向另一端依次進行，先拼裝下弦桿，接著拼裝主橫梁、后次橫梁，一個節(jié)間完成再接長第二個節(jié)間。完成鋼梁下平面拼裝后，安裝斜桿及橫聯(lián)和橋門架。然后綁扎鋼筋，澆筑擋砟混凝土。最后拆除鋼管柱支架，完成橋面附屬設(shè)施施工。

(4)方案四[8-10]

圖7　方案四橋形布置(單位：cm)

橋形方案為1-50 m簡支鋼箱拱，橋梁全長66.8 m。本方案采用一跨跨越改擴建后的西臨高速公路，兩橋臺設(shè)于改擴建后的路邊排水溝外側(cè)，不侵占公路路基。橋臺垂直鐵路專用線橫斷面。橋形布置見圖7，平面基礎(chǔ)布置同方案一。

主梁采用50 m簡支鋼系桿拱，道砟橋面，全長51.5 m，主拱矢高10.0 m，矢跨比1/5，拱肋設(shè)5道一字橫撐，系梁、拱肋橫向中心距5.9 m，采用8根吊桿，吊桿間距6.0 m，桁外設(shè)置檢查走道。

橋臺采用T形臺，0號臺長7.2 m，臺高7 m，1號臺長7.9 m，高7.6 m。采用矩形承臺，平面尺寸9.7 m(順橋向)×9.5 m(橫橋向)，厚度2.5 m?；A(chǔ)采用8根直徑1.25 m鉆孔灌注樁。

主梁采用現(xiàn)場拼裝法施工，支架布置同方案一。鋼梁拼裝從一端向另一端依次進行，先拼裝下主梁，接著拼裝主橫梁、后次橫梁，一個節(jié)間完成再接長第二個節(jié)間。完成鋼梁下平面拼裝后，在主梁上搭設(shè)拱肋拼裝支架，分段安裝拱肋，拱肋合龍。然后安裝吊桿，最后拆除鋼管柱支架，完成橋面附屬設(shè)施施工。

四種橋式方案比較見表1。

表1　四種橋式方案比較

經(jīng)過比較，方案二施工技術(shù)成熟簡單，可以保證中墩施工及主梁施工時橋下的行車安全，同時養(yǎng)護簡便、工程造價低，因此推薦方案二作為實施方案。

5結(jié)束語

(1)高速公路改擴建引起的橋梁拆改工程的平、縱線形等技術(shù)標準應(yīng)盡量同舊橋一致，以盡量降低拆改規(guī)模，縮短工期，降低工程造價。

(2)槽形梁建筑高度低，養(yǎng)護簡便，在立交跨線處凈空受控的工程中具有相對優(yōu)勢。

(3)在既有高速公路路緣帶、硬路肩等非行車道區(qū)域搭設(shè)鋼管柱和工字鋼組成的少支架體系，可以保證上跨橋施工時的公路行車需要，但應(yīng)注意在鋼管柱底布置混凝土基礎(chǔ)作為防撞設(shè)施。

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中圖分類號：U442.5

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)03-0115-05

作者簡介：李青山(1982—)，男，2009年畢業(yè)于東南大學橋梁與隧道工程專業(yè)，碩士，工程師。

收稿日期：2015-01-05