高速公路上跨城際鐵路橋梁設(shè)計(jì)

陳海龍

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，城市化進(jìn)程加快，交通運(yùn)輸行業(yè)也有了良好的發(fā)展機(jī)遇。城際鐵路作為主要的交通要道，在促進(jìn)整個(gè)城市發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。近年來，城際鐵路橋梁設(shè)計(jì)成為城市發(fā)展規(guī)劃中的重要項(xiàng)目。本文就高速公路上跨城際鐵路橋梁設(shè)計(jì)展開論述，介紹項(xiàng)目概況，并從荷載設(shè)計(jì)、梁部設(shè)計(jì)、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，闡述施工要點(diǎn)，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

高速公路與鐵路是重要的交通要道，隨著運(yùn)輸規(guī)模的不斷擴(kuò)大，相關(guān)部門對(duì)道路運(yùn)輸提出了更高的要求，主張實(shí)現(xiàn)公路與鐵路的有效銜接，最為常用的方法為搭建橋梁，為了保證車輛順利通行，要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)橋梁，包括荷載設(shè)計(jì)、梁部設(shè)計(jì)、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)重要內(nèi)容，在施工過程中要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，并做好施工現(xiàn)場(chǎng)管理，加快施工進(jìn)度。

一、工程概況

某高速公路跨城際建鐵路橋梁，公路與鐵路的夾角為118°，鐵路之間的距離為5m，設(shè)計(jì)過程中還要嚴(yán)格按照鐵路設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，明確鐵路運(yùn)輸工具的運(yùn)輸速度，本次設(shè)計(jì)中將速度設(shè)計(jì)為250km/h。接下來闡述所有設(shè)計(jì)橋梁的結(jié)構(gòu)特征與實(shí)際建設(shè)條件。本次選取地段橋梁類型為普通簡(jiǎn)支橋梁，上下結(jié)構(gòu)存在明顯差異，由于橋梁結(jié)構(gòu)與普通道路不同，為了符合橋梁的外部特征，原有設(shè)計(jì)中橋梁上部結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的梁為箱形的，下部則為花瓶薄壁墩，樁基礎(chǔ)為群樁。從建設(shè)情況來看，該橋梁橋墩臺(tái)建設(shè)以及其他基礎(chǔ)項(xiàng)目均已完成，梁也已經(jīng)架設(shè)完畢。

接下來分析公路橋與梁的建設(shè)情況，該公路橋連接箱梁材質(zhì)為混凝土，且該混凝土區(qū)別于普通混凝土，為預(yù)應(yīng)力混凝土。從橋孔來看，孔為斜交式，跨度為（46+56+46）m，該橋橋墩為常用的雙圓柱形，且為灌注樁基礎(chǔ)。從梁建設(shè)情況來看，為了提高梁部承載力，梁采用現(xiàn)澆方式，在實(shí)際施工過程中還要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)梁結(jié)構(gòu)的保護(hù)，利用鋼管柱搭建防護(hù)棚。在實(shí)際建設(shè)過程中，要合理控制建設(shè)時(shí)間，一般情況下施工單位要與鐵路局取得聯(lián)系，施工時(shí)間與鐵路開通時(shí)間錯(cuò)開，盡量在鐵路開通前完成施工。

二、高速公路上跨城際鐵路橋梁具體設(shè)計(jì)

1.荷載設(shè)計(jì)

首先要明確整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)自身的負(fù)重，該橋梁自重系數(shù)為1.05，主要包括兩個(gè)部分，即橋梁本身重量以及二期恒重承載力。二期恒重承載力主要包括三個(gè)部分，即橋面鋪裝材料與周邊的防護(hù)結(jié)構(gòu)和防落網(wǎng)。橋面鋪裝材料主要有兩層，一個(gè)是底部的混凝土層，該層厚度為80mm，一個(gè)為表面的瀝青混凝土層，厚度為100mm。荷載設(shè)計(jì)過程中，還要考慮預(yù)加力的影響，預(yù)加力并不是一成不變的數(shù)值，預(yù)加力設(shè)計(jì)要考慮四個(gè)因素的影響，第一，混凝土自身性質(zhì)的影響，由于混凝土材料有一定的收縮性，一般情況下混凝土材料收縮徐變會(huì)維持十年左右，為了保持混凝土材料性質(zhì)穩(wěn)定，還要保持周圍環(huán)境的溫濕度，常溫狀態(tài)下混凝土材料在環(huán)境濕度為80%的情況下性質(zhì)比較穩(wěn)定。從該材質(zhì)的抗壓情況來看，一般情況下28d 抗壓強(qiáng)度為50MPa。第二，沉降作用的影響，沉降也是荷載設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)考慮的問題，一般情況下最大值不超過5mm，一旦超過這個(gè)值，整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性將會(huì)受到影響，承載力也會(huì)變?nèi)酢５谌?，外力作用影響，跨城際鐵路橋梁的主要作用運(yùn)用為方便交通，主要的運(yùn)輸工具為汽車，因此在設(shè)計(jì)過程中要考慮汽車的影響，汽車荷載有專門的計(jì)算公式，在一級(jí)公路上荷載系數(shù)為1.3，設(shè)計(jì)的橋梁為雙向橋梁，其車道應(yīng)為雙向4 車道。最后，要考慮溫度的影響，溫度變化值一般在25°左右，升溫降溫幅度相同。

2.梁部設(shè)計(jì)

梁部設(shè)計(jì)要遵循鐵路管理的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，首選整體箱梁。為了提升梁部承載力，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用單箱雙室等截面連續(xù)梁，該梁連接性比較高，不容易變形，在材料選擇過程中，要嚴(yán)格控制其規(guī)格，就拿厚度來說，底板跟頂板厚度要有區(qū)別，一般情況下，底板厚度要低于頂板厚度，分別為250mm、280mm，此外，還要適當(dāng)增加腹板厚度，控制在500mm。箱梁的長(zhǎng)寬也要符合實(shí)際要求，頂要比底部寬，分別為14260mm、9270mm。此外，還要設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力，腹板束與頂?shù)装迨吞?hào)不同，前者為15.24-17 的鋼絞線，后者為15.24-15的鋼絞線，鋼絞線內(nèi)徑相同，均為90mm，材質(zhì)均為金屬材料，同為波紋管。此外，還要設(shè)計(jì)鋼絞線錨下預(yù)應(yīng)力，一般控制在1396MPa。為了進(jìn)一步提高梁的設(shè)計(jì)合理性，還要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，用到的軟件為橋梁博士，建立相應(yīng)的模型，設(shè)計(jì)過程中建立三個(gè)模型，單元有156 個(gè)，節(jié)點(diǎn)為157 個(gè)，根據(jù)實(shí)際施工條件分析梁結(jié)構(gòu)。

3.下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是高速公路上跨城際鐵路橋梁設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要著重這個(gè)部分的設(shè)計(jì)。首先，要合理設(shè)計(jì)跨鐵路橋墩，一般情況下橋墩與普通橋梁相同，均為雙圓柱式墩，樁基礎(chǔ)也為單排灌注樁，而且還要選擇墩柱與樁規(guī)格，兩者直徑分別為1.8m、2m。對(duì)于下坡端的橋墩，與梁要有一定銜接，一般采用固結(jié)，墩高為13.2m。借助軟件科學(xué)計(jì)算其最大或者最小軸力，用到的軟件為“橋梁通”，計(jì)算后與相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，看其是否符合施工規(guī)范。

4.防護(hù)棚設(shè)計(jì)

防護(hù)棚主要對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)起保護(hù)作用，鐵路梁架設(shè)完成后才能進(jìn)行公路橋施工，在此過程中要注重對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的保護(hù)，這時(shí)候就需要安裝防護(hù)棚，能夠進(jìn)一步降低橋梁被破壞的幾率。建立的防護(hù)棚要有一定的支撐力，為了保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使用的材料為鋼管柱，將其建成貝雷梁形式，型號(hào)為單層單排不加強(qiáng)型，其跨度也比較大，本次設(shè)計(jì)的跨度為12000mm。此外，鋼管柱的規(guī)格也有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，直徑與壁厚分別為630mm、10mm。且鋼管柱要有一定的壓應(yīng)力，一般為79.14MPa，其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)為204MPa，外徑與厚度比值為43.1，經(jīng)測(cè)試，其穩(wěn)定性良好。

5.城際鐵路設(shè)計(jì)

（1）界線設(shè)計(jì)

一般情況下，高速鐵路凈高有嚴(yán)格限制，本次設(shè)計(jì)高速鐵路凈高為7.25m，滿足實(shí)際設(shè)計(jì)條件，且鐵路接觸網(wǎng)與外圍1m 內(nèi)無接觸物，也滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。

（2）防撞墻、落物等監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

防撞墻設(shè)計(jì)過程中要遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，形式為雙SS 級(jí)，高度為1100mm，且外圍安裝護(hù)欄，其寬度為500mm，兩層護(hù)欄之間有一定間隔，距離為1000mm。為了進(jìn)一步提高防護(hù)水平，在外圍護(hù)欄頂部還要增設(shè)防護(hù)網(wǎng)，其高度為1400mm，全體防落設(shè)施高度為2500mm。相關(guān)設(shè)計(jì)中明確規(guī)定，防護(hù)網(wǎng)的網(wǎng)眼不能大于25mm2，避免高空物體墜落。此外，還要完善監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)施全天自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，可在墻外安裝異物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)防護(hù)網(wǎng)與墻體高度選擇監(jiān)控設(shè)備的安裝位置。

（3）隔離設(shè)計(jì)

在施工過程中，如果未進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)容易有安全隱患，特別是高空墜物，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中要完善隔離設(shè)計(jì)，著重優(yōu)化中央隔離帶設(shè)計(jì)，可在鐵路橋孔中央分割帶實(shí)施封閉設(shè)計(jì)，兩個(gè)橋體治療可用混凝土材質(zhì)制成的蓋板將孔堵住。

三、高速公路上跨城際鐵路橋梁施工要點(diǎn)

1.鉆機(jī)位置安排

施工過程中，鉆機(jī)是常用設(shè)備，但是如果鉆機(jī)位置不當(dāng)容易產(chǎn)生安全隱患，一般情況下，要將其置于遠(yuǎn)離鐵路的地方，極大程度上減少安全隱患。

2.檢查鋼筋籠吊裝

鋼筋籠吊裝過程中，要做好監(jiān)督檢查工作，其吊裝段長(zhǎng)度取決于鉆機(jī)與鐵路的位置關(guān)系，要根據(jù)工程的實(shí)際情況設(shè)計(jì)，控制吊裝段長(zhǎng)度，能夠極大程度上減少施工過程中的安全隱患，為施工人員提供安全的施工環(huán)境。

3.提高接縫施工質(zhì)量

接縫是施工的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是在濕接縫過程中，要格外注重防護(hù)工作，避免接縫過程中接縫材料掉落，進(jìn)而影響整個(gè)鐵路運(yùn)營(yíng)。

4.人工與機(jī)械施工相配合

僅憑人工或者機(jī)械的方式是無法從根本上提高施工效率的，在實(shí)際施工過程中，要注重人工與機(jī)械施工相配合。如系梁開挖要按照自上到下的順序，機(jī)械挖掘配合人工操作，提高挖掘效率。如在基坑回填過程中，要先作用機(jī)械填充，后人工夯實(shí)，確保填充質(zhì)量。

四、結(jié)語(yǔ)

近年來，隨著運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路運(yùn)營(yíng)模式也發(fā)生了根本性變化。近年來，高速公路上跨城際鐵路橋梁建設(shè)成為道路設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要著重分析建設(shè)條件，了解工程概況的基礎(chǔ)上完善各項(xiàng)設(shè)計(jì)，包括荷載設(shè)計(jì)、梁部設(shè)計(jì)、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，同時(shí)還要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范，減少施工過程中的安全隱患。