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，提出預應力混凝土簡支槽形梁、預應力混凝土連續槽形梁、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。經綜合比選，選擇預應力混凝土連續槽形梁跨越。

關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°。既有橋為框架結構，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。

根據西臨高速公路改擴建建設單位與慶華廠鐵路專用線產權單位的友好協商，由西臨高速公路改擴建建設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建設條件

2.1　地形、地貌

公鐵交叉處位于西安市灞橋區內，地形條件較復雜。工程區域屬于沖洪積平原區，地形平坦開闊，地面高程431～433 m。

2.2　地層巖性

依據工程地質調繪、地質鉆探及室內土工試驗，橋址區地層巖性主要為第四系全新統人工堆積層人工填土；第四系全新統沖洪積層黏質黃土、中砂、粗砂及粗圓礫土。

2.3　工程區域地質

橋址區及其附近未見對工程有影響的地質構造行跡，橋基穩定性較好。

2.4　水文地質

根據鉆探資料，地下水主要為第四系孔隙潛水，主要賦存于第四系全新統黏質黃土、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，地下水位隨季節明顯變化。

2.5　不良地質及特殊性巖土

橋址區未發現對工程有影響的不良地質現象。

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

2.6　地震動參數

地震動峰值加速度為0.20g，抗震設防烈度為Ⅷ度，地震動反應譜特征周期分區為一區。

3主要技術標準

3.1　既有公路主要技術標準

(1)公路等級：高速公路；

(2)設計速度：120 km/h；

(3)設計荷載：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標準[1]

(1)公路等級：高速公路；

(2)設計速度：120 km/h；

(3)設計荷載：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　鐵路技術標準[2]

(1)鐵路等級：Ⅲ級；

(2)正線數目：單線；

(3)牽引種類：內燃；

(4)設計行車速度：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規模，最大限度縮短建設工期，以節省工程投資。

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《公路工程技術標準》(JTG B01—2003)中規定的不小于5.0 m外，根據建設管理單位的要求，此路段大貨車交通量大，出現車輛剮蹭橋梁結構現象的比例高，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滿足凈空要求，并為公路未來發展預留良好的技術條件。

(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]、鋼結構方案列入研究范圍。

(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，兩橋臺設于改擴建后的路邊排水溝外側，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。橫橋向寬度為9.1 m，腹板內側凈寬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)

主梁采用少支架現場澆筑法施工，墩臺及基礎采用常規工藝施工。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連續槽形梁，橋梁全長66.4 m。本方案在高速公路中央分隔帶內設置橋墩，兩跨跨越改擴建后的西臨高速公路，墩身及基礎平行于高速公路布置，兩橋臺設于改擴建后的路邊排水溝外側，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。槽形梁橫橋向寬度為9.1 m，腹板內側凈寬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，兩橋臺設于改擴建后的路邊排水溝外側，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采用8根直徑1.25 m鉆孔灌注樁。

主梁采用現場拼裝法施工，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，一個節間完成再接長第二個節間。完成鋼梁下平面拼裝后，安裝斜桿及橫聯和橋門架。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，兩橋臺設于改擴建后的路邊排水溝外側，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采用8根直徑1.25 m鉆孔灌注樁。

主梁采用現場拼裝法施工，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，一個節間完成再接長第二個節間。完成鋼梁下平面拼裝后，在主梁上搭設拱肋拼裝支架，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

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

5結束語

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

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

(3)在既有高速公路路緣帶、硬路肩等非行車道區域搭設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，但應注意在鋼管柱底布置混凝土基礎作為防撞設施。

參考文獻

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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年畢業于東南大學橋梁與隧道工程專業，碩士，工程師。

收稿日期：2015-01-05