高速公路改扩建工程下穿铁路桥形方案研究

李青山

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京　102600)

Research on Bridge Scheme of Highways Reconstruction Project Across Railway

LI Qingshan

高速公路改扩建工程下穿铁路桥形方案研究

李青山

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，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桥梁方案进行研究，提出预应力混凝土简支槽形梁、预应力混凝土连续槽形梁、简支钢桁梁、简支钢箱拱的桥梁方案，并对各个方案进行详细评价。经综合比选，选择预应力混凝土连续槽形梁跨越。

关键词高速公路改扩建槽形梁方案研究

1概述

改扩建西临高速公路于里程K127+222.757处与庆华厂铁路专用线相交，相交方式为公路下穿铁路，相交处铁路专用线里程K1+550.000，公铁交角74°。既有桥为框架结构，净跨为2×13 m，桥梁全长46.06 m，全宽9.2 m。

公铁交叉处庆华厂铁路专用线为单线，非电气化铁路，有缝线路，43 kg/m钢轨，钢筋混凝土Ⅱ型轨枕，碎石道砟。此段铁路位于直线上，铁路为路基形式，路堤高度约1.5 m。

既有框架桥不能满足改扩建高速公路的需要，需对其改建。

根据西临高速公路改扩建建设单位与庆华厂铁路专用线产权单位的友好协商，由西临高速公路改扩建建设单位拆除既有框架桥并新建一座桥梁，以满足桥上铁路运输和桥下公路行车需要。

2建设条件

2.1　地形、地貌

公铁交叉处位于西安市灞桥区内，地形条件较复杂。工程区域属于冲洪积平原区，地形平坦开阔，地面高程431～433 m。

2.2　地层岩性

依据工程地质调绘、地质钻探及室内土工试验，桥址区地层岩性主要为第四系全新统人工堆积层人工填土；第四系全新统冲洪积层黏质黄土、中砂、粗砂及粗圆砾土。

2.3　工程区域地质

桥址区及其附近未见对工程有影响的地质构造行迹，桥基稳定性较好。

2.4　水文地质

根据钻探资料，地下水主要为第四系孔隙潜水，主要赋存于第四系全新统黏质黄土、粗圆砾土中，为弱透水层，主要接受大气降水及地表水补给，勘测期间，地下水位埋深22.4～25.0 m，地下水位随季节明显变化。

2.5　不良地质及特殊性岩土

桥址区未发现对工程有影响的不良地质现象。

桥址区对工程有影响的特殊岩土主要为湿陷性黄土。场地内黏土黄土湿陷系数δs=0.017～0.054，自重湿陷系数δzs=0.018～0.022，湿陷土层厚约15～18 m，应考虑桩基负摩阻力的影响。

2.6　地震动参数

地震动峰值加速度为0.20g，抗震设防烈度为Ⅷ度，地震动反应谱特征周期分区为一区。

3主要技术标准

3.1　既有公路主要技术标准

(1)公路等级：高速公路；

(2)设计速度：120 km/h；

(3)设计荷载：BZZ-100；

(4)路拱横坡：±2%；

(5)公路净空：≥5.0 m；

(6)路基宽度：0.75 m(土路肩)+2.5 m(硬路肩)+2×3.75 m(行车道)+0.75 m(路缘带)+3.0 m(中央分隔带)+0.75 m(路缘带)+2×3.75 m(行车道)+2.5 m(硬路肩)+0.75 m(土路肩)=26 m。

3.2　改建后公路主要技术标准[1]

(1)公路等级：高速公路；

(2)设计速度：120 km/h；

(3)设计荷载：BZZ-100；

(4)路拱横坡：±2%；

(5)公路净空：≥5.2 m；

(6)路基宽度0.75 m(土路肩)+3.0 m(硬路肩)+4×3.75 m(行车道)+0.75 m(路缘带)+3.0 m(中央分隔带)+0.75 m(路缘带)+4×3.75 m(行车道)+3.0 m(硬路肩)+0.75 m(土路肩)=42 m。

3.3　铁路技术标准[2]

(1)铁路等级：Ⅲ级；

(2)正线数目：单线；

(3)牵引种类：内燃；

(4)设计行车速度：80 km/h。

图1　方案一桥形布置(单位：cm)

4工程方案

本方案研究基于不改变公铁交叉处铁路、公路纵断面的条件下进行，尽量减少对既有铁路的破坏范围，尽可能降低新建桥梁的建设规模，最大限度缩短建设工期，以节省工程投资。

4.1　铁路平纵断面

公铁交叉处，铁路平面位于直线上，立面位于11‰的纵段上。

4.2　桥下净高

西临改扩建高速公路净高除满足《公路工程技术标准》(JTG B01—2003)中规定的不小于5.0 m外，根据建设管理单位的要求，此路段大货车交通量大，出现车辆剐蹭桥梁结构现象的比例高，全线路段公路净高按不小于5.2 m控制。

4.3　桥跨布置的控制因素

(1)新建铁路桥技术指标与原桥一致，尤其是平、纵断面。

(2)主孔跨越公路部分桥式方案应满足净空要求，并为公路未来发展预留良好的技术条件。

(3)尽量减少施工、运营阶段对桥下公路的干扰，确保跨越公路的安全性，并兼顾经济性。

4.4　桥梁方案

因本工点处桥上轨顶高程不可抬高，桥梁在增加跨径的同时建筑高度又不宜加大，将建筑高度较低的槽形梁[3，7]、钢结构方案列入研究范围。

(1)方案一

桥形方案为1-50 m简支槽形梁，桥梁全长66.4 m。本方案采用一跨跨越改扩建后的西临高速公路，两桥台设于改扩建后的路边排水沟外侧，不侵占公路路基，桥台垂直铁路专用线横断面。桥形布置见图1，平面布置见图2。

全梁采用等高度，梁高4.4 m，支点处道床板局部加厚，梁高5.2 m。横桥向宽度为9.1 m，腹板内侧净宽6.9 m。主梁腹板厚度0.50 m，在支座及梗肋处局部加厚至0.80 m。全桥共设5处梗肋，沿桥纵向均匀布置，上翼缘宽1.30 m，厚0.7 m；道床板横向跨中厚0.506 m，板边厚0.45 m，形成2%的横向流水坡。

桥台采用T形台，0号台长7.2 m，台高7 m，1号台长7.9 m，高7.6 m。采用矩形承台，平面尺寸9.7 m(顺桥向)×9.7 m(横桥向)，厚度2.5 m。基础采用9根直径1.25 m钻孔灌注桩。

图2　方案一平面布置(单位：cm)

图3　方案一支架布置(单位：cm)

主梁采用少支架现场浇筑法施工，墩台及基础采用常规工艺施工。支架体系由φ400×5钢管柱及I63a工字钢组合而成，钢管柱底外包0.5 m×0.5 m×0.5 mC20混凝土基础以保证车辆撞击时支架体系的安全。支架布置见图3。

(2)方案二

桥形方案为2×25 m连续槽形梁，桥梁全长66.4 m。本方案在高速公路中央分隔带内设置桥墩，两跨跨越改扩建后的西临高速公路，墩身及基础平行于高速公路布置，两桥台设于改扩建后的路边排水沟外侧，不侵占公路路基。桥台垂直铁路专用线横断面。桥形布置见图4，平面布置见图5。

全梁采用等高度，梁高3.4 m，支点处道床板局部加厚，梁高4.2 m。槽形梁横桥向宽度为9.1 m，腹板内侧净宽6.9 m。主梁腹板厚度0.50 m，在支座及梗肋处局部加厚至0.80 m，上翼缘宽1.30 m，厚0.7 m；道床板横向跨中厚0.506 m，板边厚0.45 m，形成2%的横向流水坡。

桥台采用T形台，0号台长7.2 m，台高7 m，1号台长7.9 m，高7.6 m。采用矩形承台，平面尺寸9.7 m(顺桥向)×9.5 m(横桥向)，厚度2.0 m。基础采用9根直径1.0 m钻孔灌注桩。桥墩采用圆端形，顺桥向尺寸1.6 m，横桥向尺寸8.8 m。墩帽为平行四边形，顺桥向尺寸2 m，横桥向尺寸9.6 m。采用矩形承台，平面尺寸4.8 m(顺桥向)×10.2 m(横桥向)，厚度2.0 m。基础采用8根直径1.0 m钻孔灌注桩。

施工方法同方案一。

(3)方案三[8-10]

图4　方案二桥形布置(单位：cm)

图5　方案二平面布置(单位：cm)

图6　方案三桥形布置(单位：cm)

桥形方案为1-50 m简支钢桁梁，桥梁全长66.8 m。本方案采用一跨跨越改扩建后的西临高速公路，两桥台设于改扩建后的路边排水沟外侧，不侵占公路路基。桥台垂直铁路专用线横断面。桥形布置见图6，平面基础布置同方案一。

主梁采用50 m简支钢桁梁，道砟桥面，梁长51.5 m，节间长度均为10 m。主梁采用无竖杆三角桁式，两片主桁的横向中心距(桁宽)5.9 m，桁高10.0 m，桁外设置检查走道。

桥台采用T形台，0号台长7.2 m，台高7 m，1号台长7.9 m，高7.6 m。采用矩形承台，平面尺寸9.7 m(顺桥向)×9.5 m(横桥向)，厚度2.5 m。基础采用8根直径1.25 m钻孔灌注桩。

主梁采用现场拼装法施工，支架布置同方案一。钢桁梁拼装从一端向另一端依次进行，先拼装下弦杆，接着拼装主横梁、后次横梁，一个节间完成再接长第二个节间。完成钢梁下平面拼装后，安装斜杆及横联和桥门架。然后绑扎钢筋，浇筑挡砟混凝土。最后拆除钢管柱支架，完成桥面附属设施施工。

(4)方案四[8-10]

图7　方案四桥形布置(单位：cm)

桥形方案为1-50 m简支钢箱拱，桥梁全长66.8 m。本方案采用一跨跨越改扩建后的西临高速公路，两桥台设于改扩建后的路边排水沟外侧，不侵占公路路基。桥台垂直铁路专用线横断面。桥形布置见图7，平面基础布置同方案一。

主梁采用50 m简支钢系杆拱，道砟桥面，全长51.5 m，主拱矢高10.0 m，矢跨比1/5，拱肋设5道一字横撑，系梁、拱肋横向中心距5.9 m，采用8根吊杆，吊杆间距6.0 m，桁外设置检查走道。

桥台采用T形台，0号台长7.2 m，台高7 m，1号台长7.9 m，高7.6 m。采用矩形承台，平面尺寸9.7 m(顺桥向)×9.5 m(横桥向)，厚度2.5 m。基础采用8根直径1.25 m钻孔灌注桩。

主梁采用现场拼装法施工，支架布置同方案一。钢梁拼装从一端向另一端依次进行，先拼装下主梁，接着拼装主横梁、后次横梁，一个节间完成再接长第二个节间。完成钢梁下平面拼装后，在主梁上搭设拱肋拼装支架，分段安装拱肋，拱肋合龙。然后安装吊杆，最后拆除钢管柱支架，完成桥面附属设施施工。

四种桥式方案比较见表1。

表1　四种桥式方案比较

经过比较，方案二施工技术成熟简单，可以保证中墩施工及主梁施工时桥下的行车安全，同时养护简便、工程造价低，因此推荐方案二作为实施方案。

5结束语

(1)高速公路改扩建引起的桥梁拆改工程的平、纵线形等技术标准应尽量同旧桥一致，以尽量降低拆改规模，缩短工期，降低工程造价。

(2)槽形梁建筑高度低，养护简便，在立交跨线处净空受控的工程中具有相对优势。

(3)在既有高速公路路缘带、硬路肩等非行车道区域搭设钢管柱和工字钢组成的少支架体系，可以保证上跨桥施工时的公路行车需要，但应注意在钢管柱底布置混凝土基础作为防撞设施。

参考文献

[1]中华人民共和国交通部.JTG B01—2003公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，2003

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中华人民共和国建设部.GB 50090—2006铁路线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2006

[3]续宗宝.40+64+40 m铁路连续槽型梁设计[J].铁道建筑技术，2006(6)：58-60

[4]李方柯.单线铁路48 m简支槽型梁结构设计[J].铁道建筑技术，2014(1)：7-10

[5]黄侨，陈卓异，等.槽型梁桥力学性能的研究现状与展望[J].中外公路，2013，33(6)：131-136

[6]陈佳宾.80 m+108 m+80 m铁路槽型梁连续梁设计[J].铁道勘测与设计，2012(2)：12-14

[7]田杨，邓运清，等.双线铁路曲线简支槽型梁的空间分析[J].铁道工程学报，2012(7)：24-28

[8]刘桂红.灌河大桥连续钢桁拱梁设计[J].铁道勘察，2014(1)：94-97

[9]薛宪政.松花江公铁两用桥主桥方案设计[J].铁道勘察，2013(6)：79-82

[10]徐升桥，杨帆.包神线黄河特大桥关键技术研究[J].铁道勘察，2007(增)：1-8．

中图分类号：U442.5

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)03-0115-05

作者简介：李青山(1982—)，男，2009年毕业于东南大学桥梁与隧道工程专业，硕士，工程师。

收稿日期：2015-01-05