城市道路下穿運(yùn)營(yíng)高鐵橋梁的方案選擇

曾思坡

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430000）

城市道路下穿運(yùn)營(yíng)高鐵橋梁的方案選擇

曾思坡

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430000）

通過對(duì)城市道路下穿運(yùn)營(yíng)中的高速鐵路橋墩的結(jié)構(gòu)型式的分析，結(jié)合工程實(shí)例，提出設(shè)計(jì)和施工的注意事項(xiàng)及指導(dǎo)意見。

城市道路；下穿；鐵路橋梁；樁板結(jié)構(gòu)；荷載分析

1 概述

隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，通車的里程在不斷地增加，越來越多的道路需要與高速鐵路交叉。根據(jù)鐵建設(shè)〔2012〕23號(hào)文的要求，新建公路與已建或在建高速鐵路以橋梁方式交叉跨越時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇公路下穿高速鐵路方案。為了保證運(yùn)營(yíng)的安全和旅客乘車的舒適度，鐵路對(duì)自身的沉降、碰撞等有嚴(yán)格的控制。道路下穿鐵路需要在一定程度上改變鐵路結(jié)構(gòu)原有的受力、改變平面及空間布置。因此，在方案選擇上需要經(jīng)過多方面比選，與鐵路部門保持溝通，確保方案及后續(xù)實(shí)施順利進(jìn)行。

2 常用下穿方式[1]

2.1 路基方式下穿

路基方式為利用橋下空間直接修筑路基。其優(yōu)點(diǎn)為造價(jià)低、施工方便，缺點(diǎn)為道路荷載直接作用于橋下地基，增加了鐵路橋墩荷載，有可能導(dǎo)致橋墩變形超限[2]。

2.2 橋梁方式

橋梁方式為在鐵路橋下修建橋梁，形成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的受力系統(tǒng)。這種方式將對(duì)鐵路橋墩的影響減至最小，且施工時(shí)采取相應(yīng)的措施保護(hù)既有樁基及鐵路運(yùn)營(yíng)，當(dāng)有條件時(shí)采用橋梁方式下穿鐵路橋墩應(yīng)為首選。

2.3 “U”形槽方式

“U”形槽方式為利用結(jié)構(gòu)底板分散路基結(jié)構(gòu)荷載對(duì)橋墩的影響，但不可忽視附加荷載對(duì)橋墩變形的影響。同時(shí)，也需要考慮地下水及沉降對(duì)“U”形槽結(jié)構(gòu)自身的影響。施工期間開挖橋下現(xiàn)狀地基，其對(duì)鐵路運(yùn)行的安全也需要考慮。

2.4 樁板結(jié)構(gòu)方式

樁板結(jié)構(gòu)由下部的鋼筋混凝土樁基和上部的鋼筋混凝土承載板組成，充分利用樁土、板土之間的共同作用，減少道路荷載對(duì)鐵路橋墩的影響。當(dāng)鐵路橋下凈空及建設(shè)條件受限無法采用橋梁方式時(shí)，可采用樁板結(jié)構(gòu)形成獨(dú)立的基礎(chǔ)。

3 工程實(shí)例

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某城市主干路路幅寬53 m，4幅路雙向6車道，兩側(cè)控制帶6 m，設(shè)計(jì)車速50 km/h（下穿鐵路路段限速40 km/h）。

某國(guó)家Ⅰ級(jí)快速鐵路干線，鐵路設(shè)計(jì)速度為250 km/h，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用32 m簡(jiǎn)支T梁，下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁、樁接承臺(tái)、圓端形空腹式橋墩，橋墩承臺(tái)縱向?qū)挾?0.4 m，樁基進(jìn)入中風(fēng)化巖石最小深度為2.21 m。圖1為鐵路承臺(tái)平面圖。

圖1 鐵路承臺(tái)平面圖（單位：cm）

根據(jù)《鐵路安全管理?xiàng)l例》要求，村鎮(zhèn)居民居住區(qū)高速鐵路安全保護(hù)區(qū)距離為15 m（鐵路橋梁外側(cè)起向外的距離）。本次要求防護(hù)范圍為橋梁區(qū)域加兩側(cè)各15 m安全防護(hù)距離，合計(jì)總長(zhǎng)45 m，道路防撞護(hù)欄長(zhǎng)度設(shè)計(jì)100 m。

3.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)城市道路總體規(guī)劃，城市主干路為東西走向，鐵路為南北走向。本路段除有鐵路橋墩外還有鐵路既有線27.5 kV供電線路，供電電塔位于橋墩之間，電纜離地面最小高度約11 m。本次設(shè)計(jì)既要考慮鐵路橋墩又要考慮電塔對(duì)下穿的影響，增加了設(shè)計(jì)難度。

根據(jù)鐵路部門要求本次修建構(gòu)造圖邊緣離鐵路承臺(tái)邊緣最小距離不小于2.0 m。根據(jù)橋下空間及預(yù)留遠(yuǎn)期立交要求，本次設(shè)計(jì)道路分4幅道路下穿鐵路。A線（北側(cè)人行道+非機(jī)動(dòng)車道）從18～19號(hào)橋墩中下穿、主線B（北側(cè)機(jī)動(dòng)車道）從20～21號(hào)橋墩中下穿，主線C（南側(cè)機(jī)動(dòng)車道）從22～23號(hào)橋墩中下穿，D線（南側(cè)人行道+非機(jī)動(dòng)車道）從23～24號(hào)橋墩中下穿。平面相對(duì)關(guān)系（見圖2）經(jīng)鐵路部門確認(rèn)后展開下穿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。經(jīng)過多方案比選確定采用樁板結(jié)構(gòu)方式下穿鐵路橋墩。下穿鐵路路段采用（2×16 m）現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)，板厚80 cm，樁徑80 cm。 樁板結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置各28 m防撞墻（SS級(jí)），防撞墻設(shè)置總長(zhǎng)度達(dá)到100 m。

A幅道路下穿結(jié)構(gòu)：順橋向跨徑為4 m，懸臂1.5 m；橫橋向跨徑為4 m，懸臂2 m；板梁橫向?qū)? m，縱向長(zhǎng)45 m，樁基長(zhǎng)10 m。

B幅道路下穿結(jié)構(gòu)：順橋向跨徑為4/3 m，懸臂2/1 m；橫橋向跨徑為4 m，懸臂1.5 m；板梁橫向?qū)?7 m，縱向長(zhǎng)45 m，樁基長(zhǎng)15 m。

圖2 平面關(guān)系圖

C幅道路下穿結(jié)構(gòu)：順橋向跨徑為4/3 m，懸臂2/1 m；橫橋向跨徑為4 m，懸臂1.5 m；板梁橫向?qū)?5.5 m，縱向長(zhǎng)45 m，樁基長(zhǎng)20 m。

D幅道路下穿結(jié)構(gòu)：順橋向跨徑為4 m，懸臂1.5 m；橫橋向跨徑為4 m，懸臂2 m；板梁橫向?qū)? m，縱向長(zhǎng)45 m，樁基長(zhǎng)20 m。

圖3、圖4為下穿鐵路橫斷面圖。

圖3 下穿鐵路橫斷面圖一（單位：cm）

3.3 荷載分析

（1）地質(zhì)情況：根據(jù)該工程地質(zhì)勘察報(bào)告，地質(zhì)情況描述見表1。鐵路樁基及樁板結(jié)構(gòu)樁基均嵌入中分化巖石。

（2）增加荷載：采用樁板結(jié)構(gòu)下穿鐵路橋梁時(shí)，其樁基承受其結(jié)構(gòu)自重和車輛荷載，且板梁貼近既有地面，新建道路路基亦不會(huì)侵入鐵路橋墩及承臺(tái)范圍，故不需要考慮填土對(duì)鐵路橋墩及基礎(chǔ)的影響[3]。

（3）撞擊力：下穿鐵路路段設(shè)計(jì)行車速度為40 km/h，部分鐵路橋墩與道路距離較近，可能受到汽車撞擊。根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》第4.4.7條[4]，順橋向采用1 000 kN，橫橋向采用500 kN，作用點(diǎn)在路面以上1.2 m處。以21#墩為例，即鐵路橋墩墩身標(biāo)高18.94 m處，鐵路橋墩承臺(tái)底標(biāo)高13.97 m。撞擊力距承臺(tái)底為4.97 m，轉(zhuǎn)換成承臺(tái)底荷載為：順橋向4 970 kNm，橫橋向?yàn)? 485 kNm。其受力影響分析見表2。

圖4 下穿鐵路橫斷面圖二（單位：cm）

表1 地質(zhì)情況表

表2 汽車撞擊力作用影響分析kN

由表2可知，考慮汽車荷載作用下對(duì)橋墩樁基樁頂力最大增加值較小，增加值僅為容許值的2%～3%，對(duì)鐵路樁基承載力的影響小，鐵路橋墩樁基有足夠的安全儲(chǔ)備。汽車荷載產(chǎn)生側(cè)向水平附加壓力，均作用于樁板結(jié)構(gòu)及其樁基礎(chǔ)，對(duì)墩頂位移無影響，故汽車荷載對(duì)墩頂位移的影響小。

4 施工措施

為減少道路施工給鐵路橋梁安全帶來的不利影響，下穿結(jié)構(gòu)施工應(yīng)嚴(yán)格按照鐵路要求進(jìn)行。

（1）鐵路橋下施工，須嚴(yán)格注意防止設(shè)備、材料等對(duì)鐵路橋墩和梁體的損害，特別注意鐵路安全及自身施工安全。

（2）施工期間，吊裝作業(yè)的大型機(jī)械設(shè)備或重型機(jī)械設(shè)備，不可靠近鐵路橋墩，不可在鐵路橋墩側(cè)地基上行走碾壓。

（3）施工時(shí)，注意車輛進(jìn)出路徑及大型設(shè)備的操作規(guī)則，避免發(fā)生損害鐵路梁體及橋墩的事件。

（4）樁基施工時(shí)采用旋挖鉆機(jī)以減少震動(dòng)對(duì)既有鐵路橋梁基礎(chǔ)周邊土體的擾動(dòng)。

（5）施工完成后，施工單位應(yīng)及時(shí)清理施工區(qū)一切臨時(shí)建筑物、施工機(jī)具、器材等設(shè)施。

（6）施工及運(yùn)營(yíng)期間應(yīng)設(shè)置必要交通標(biāo)志、標(biāo)線、安全警示標(biāo)志等設(shè)施。

5 監(jiān)控要求

該項(xiàng)目施工期間，應(yīng)對(duì)既有鐵路橋墩承臺(tái)的豎向位移、水平位移、固定傾角監(jiān)測(cè)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常變形，應(yīng)立即停止施工，等分析原因采取措施后再進(jìn)行施工，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將既有鐵路橋的變形控制在可控范圍。

6 結(jié)論

（1）根據(jù)對(duì)鐵路橋下部結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，采用樁板結(jié)構(gòu)穿越鐵路特大橋?qū)﹁F路橋墩基礎(chǔ)承載力、墩頂位移以及基礎(chǔ)沉降無明顯影響，鐵路特大橋樁基承載力能夠滿足要求。

（2）道路在鐵路橋墩側(cè)設(shè)置SS級(jí)防撞護(hù)欄，設(shè)置預(yù)告、警示標(biāo)志標(biāo)線確保車輛行駛得到提醒，確保道路和鐵路運(yùn)行安全。

（3）道路地下管線的設(shè)計(jì)應(yīng)按照鐵路的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，完善道路排水設(shè)計(jì)，避免對(duì)鐵路造成影響。

[1]楊玟.高速公路下穿鐵路客專橋設(shè)計(jì)實(shí)例研究[J].城市道橋與防洪，2014(5)：118-121.

[2]CJJ 194-2013，城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTG D 63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]TB 10002D1-2005，鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].

U412.37+3

B

1009-7716（2017）04-0036-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.009

2017-01-17

曾思坡（1984-），男，湖南邵陽(yáng)人，碩士，工程師，從事道路橋梁設(shè)計(jì)工作。