1、 施施施施施施施施施施施施施施施施施施工工工工工工工工工工工工工工工工工工技技技技技技技技技技技技技技技技技技术术术术术术术术术术术术术术术术术术文章编号:1009-9441(2023)01-0054-03某快速路上跨既有铁路立交桥工程方案比选 宋志慧1,李鑫2(1.山西电力职业技术学院,山西 太原 030021;2.中铁十二局集团建筑安装工程有限公司,山西 太原 030024)摘 要:以某快速路上跨铁路立交桥工程为背景,对该工程设计了施工方案,分别为 45 m 简支组合小箱梁方案、50 m钢混结合梁以及 2-65 mT 构转体方案,并对其进行了详细介绍和比选,最终选用 45 m 简支组合小箱
2、梁方案。该方案既可保证既有铁路的安全,又满足上跨铁路桥的结构合理、施工便捷和运营期安全等要求。关键词:上跨铁路立交桥;简支组合小箱梁;既有铁路工程;方案比选;计算分析中图分类号:U 443 文献标识码:B引言宁波市世纪大道快速路设计项目南起环城南路东苑立交,北至跨过兴宁路,总长约 630 m。全线以高架形式沿既有世纪大道敷设,既有铁路共有 4 股道,由北至南依次为牵出线、北仑支线和甬台温铁路(双线)。该工程分别与甬台温客运专线(上下行)、北仑支线及其牵出线四条铁路线相交,夹角为 80。铁路框架顺规划道路线位方向长度为 34.9 m。为了保证铁路安全,考虑上部结构施工安全、后期养护及铁路两侧桥墩
3、的设置,以不影响既有铁路框架桥安全为原则,主跨沿既有世纪大道绿化带中心线铺设。施工时应保证主桥下铁路行车安全,桥梁通车运营后的维修养护亦不能影响桥下铁路行车安全。因此,桥梁施工亦应选择在铁路上空作业量少、对铁路行车安全威胁较小的方案。1 45 m 简支组合小箱梁1.1 小箱梁布置方式该方案提出两种小箱梁横断面布置方式,分别为预制盖板式湿接缝小箱梁和现浇接缝湿接缝式小箱梁。1.2 结构设计立交桥主跨上部结构为等截面简支预应力混凝土小箱梁,跨径布置为 45 m,斜交角为 10,梁高为2.4 m。主跨桥面宽度 36.5 m,两幅布置,每幅桥横断面由 5 片中梁和 2 片边梁组成,桥面横坡为 2%。中
4、墩反力约为 5 600 t。立交桥下部结构采用钻孔灌注桩基础,桩长为55 m,持力层为灰色砾砂,地基承载力基本容许值为380 kPa。为减小下部结构基础对铁路运营的影响,设计了 3 种桩基布置方案,分别为:1.0 m 梅花式布置、1.2 m 梅花式布置和 1.2 m 行列式布置。1.3 主要施工方案(1)上部结构:45 m 小箱梁边梁最重约为 250 t(含外侧防护墙),采用架桥机分片架设。小箱梁间预制盖板搭接位置应远离铁路限界,然后拖拉至铁路上方,这要求小箱梁槽口必须平滑,无杂物堆积。横隔板设置应避开铁路限界。预制小箱梁结构简单、设计方案成熟,安装完成后浇筑横向接缝和横隔板以形成整体桥面,桥
5、面板为混凝土结构。(2)下部结构:采用旋挖成孔的钻孔灌注桩。邻近既有铁路框架的一排钻孔桩采用钢护筒跟进施工,以防止塌孔影响箱身稳定。由于承台边距箱身边仅 2.8 m,因而承台施工前采用拉森板桩沿箱身边进行防护。待防护措施完成后,再开挖承台、浇筑承台混凝土。2 50 m 钢混结合梁2.1 钢混结合梁断面方式考虑到跨铁路施工期间主梁稳定性、施工简便性以及对铁路的影响,该设计采用组合钢箱梁桥。对于该工程跨越铁路,设计提出两种断面方案,分别为槽型钢箱截面(方案 A)和窄幅钢箱截面(方案B)。方案 A 中主桥总宽为 36.5 m,分为两幅桥,每幅桥宽为 18.75 m,两幅桥的钢箱截面独立设置,不设置横
6、隔板连接。方案 B 中钢箱截 面 间 距 为3.8 m,每片钢梁之间采用横隔板进行横向联系,横45Research&Application of Building MaterialsDOI:10.13923/14-1291/tu.2023.01.005隔板间隔约为 35 m。2.2 结构设计立交桥主跨采用 50 m 钢混结合梁,斜交正置,梁高为 2.85 m,共 2 片钢箱梁。下部结构为单幅双柱式桥墩,桩基础为钻孔灌注桩,桩直径为 100 cm,桩长为 55 m,持力层为灰色砾砂层,地基承载力基本容许值为 380 kPa。承台尺寸为 7.0 m14.5 m(顺桥向横桥向),承台距箱身边缘最小距
7、离2.8 m,中墩反力近 4 000 t。引道范围内承台设置在中央分隔带,承台顶面与 U 槽顶平齐,以减少开挖对箱身的影响。2.3 主要施工方案(1)上部结构:在主跨一端设置临时支架,钢梁分段吊装至支架上焊接成整片钢梁,其上浇筑混凝土(外侧防护墙一同浇筑),然后采用顶推施工就位,最后进行附属工程的施工。(2)下部结构:桩基采用旋挖成孔的钻孔灌注桩。由于承台边缘距箱身较近,承台施工前采用拉森板桩沿箱身进行防护。待防护措施完成后,再开挖承台、浇筑承台混凝土,基础施工期间封闭机动车道,保留非机动车道临时通行。墩柱和盖板均采用支架现浇施工。3 2-65 mT 构转体方案3.1 结构设计主跨采用 65
8、m+65 m 的预应力混凝土 T 构结构,变高度箱型截面,T 构根部梁高为6.5 m,梁部梁高为 2.5 m,梁底以抛物线过渡,采用直腹板单箱室三室截面。T 构两侧悬臂端悬臂直接支承在盖梁上,与悬臂梁相区别,成为一个两次超静定结构。同时悬臂端设牛腿,邻跨小跨度梁支承与其上起到压重作用。总体布置上,T 构仅一跨跨越铁路。下部结构承台呈八边形,桩基础为钻孔灌注桩,桩长为 55 m,持力层为灰色砾砂层,地基承载力基本容许值为 380 kPa。3.2 主要施工方案(1)上部结构:主梁结构采用挂篮悬臂浇筑施工。一次悬浇宽度为 36.5 m;待上部结构施工完成后,选择铁路停运点,实行转体施工。(2)下部结
9、构:由于主墩承台较大,承台边侵入道路近 7 m,因而在下部结构施工前,需做好施工时期的交通过渡,封锁下穿铁路立交部分的机动车道,保留辅道和人行道通行。承台施工前,采用钻孔桩沿箱身边进行防护。同时对 U 形槽进行凿除,待梁部转体施工完成后,再修复 U 形槽。由于 2-65 mT构转体质量较大,约为 18 000 t。因此,主墩尺寸较大,转体球铰采用钢制球铰。4 设计方案比选上述设计方案上部结构比选见表 1。经比选,拟采用 45 m 简支组合小箱梁预制吊装施工作为实施方案。表 1 各方案上部结构比选设计方案特点45 m 简支组合小箱梁采用简支梁预制吊装跨越铁路的方法,施工快捷方便、施工难度小、工程
10、成本低;小箱梁架设技术成熟,施工风险低,质量可控,施工进步快,对铁路运营影响较小;调整横隔板的位置及数量,可以降低浇筑横隔板对铁路的影响;架设施工和桥面系的施工均利用线路晚上检修时间及“天窗”时间完成50 m 钢混结合梁钢混结构梁顶推跨越铁路的方法,时间控制要求较上述方案高;顶推梁长为 50 m,按照已有工程经验(平均顶推速度为 6 m h-1),不能在一次天窗时间(4 h)内完成顶推作业,无法确保既有铁路运行安全;上跨桥位下方为 34.9 m 长的铁路框架,无法设置临时墩,顶推施工难度大,工艺复杂;钢梁采用长效防腐涂装体系,防腐涂装设计方案的保护年限为 1525 年,后期维护保养工作较多2-
11、65 mT 构转体承台埋深较深,承台底比既有铁路框架低 0.5 m 左右,虽然可采取钢板桩防护等措施,但风险较大,对既有铁路框架影响较大;采用 T 构方案,桥墩宽度大,主墩两侧侵占机动车道,对地面交通影响大;采用转体施工墩位大,空间小(中央分隔带内),施工风险大,工艺要求极高;转体速度、球铰施工质量、沿海地区的台风环境均为潜在的危险因素;工程所在地区为软土地基,采用大吨位转体,沉降控制困难 45 m 简支组合小箱梁布置方式比选见表 2。经比选,认为预制盖板式湿接缝小箱梁较为合理。表 2 45 m 简支组合小箱梁布置方式比选布置方式特点现浇湿接缝式小箱梁设置模板、现浇混凝土、拆除模板;施工容易发
12、生杂物掉落情况预制盖板式湿接缝小箱梁采用 8 cm 厚预制盖板(纵向长为 120 cm),绑扎横向接缝内的钢筋,再浇筑混凝土;不拆除模板,无模板掉落风险,安全系数相对较高 桩基布置方式比选见表 3。为减少下部结构基础对铁路运营的影响,应尽可能选择远离铁路的布置方案,因而选择 1.0 m 的梅花式布置方式。55建材技术与应用 1/2023表 3 桩基布置方式比选布置方式最小距离 1.0 m 梅花式布置承台角缘到框架角缘、引道 U 槽边缘的最小距离分别为 1.46 m 和 1.33 m 1.2 m 梅花式布置 承台角缘到框架角缘的最小距离为 1.1 m 1.2 m 行列式布置 承台角缘已侵入引道
13、U 槽边墙5 施工对铁路的影响计算分析5.1 承台基坑支护结构稳定性分析为减少施工对既有铁路运营的干扰,主跨桥墩在施工时基坑均采用钢板桩支护。承台开挖深度为1.5 m,距甬台温客运专线上行线中心线最小距离为13.88 m。经模拟计算开挖完成后支护结构的最大位移为 5.5 mm,发生在桩顶。经过验算,钢板桩支护方案工作坑整体稳定性和抗倾覆稳定性均满足要求。5.2 施工及运营影响分析与评估采用 Plaxis3D 有限元分析软件模拟计算得到桥墩施工及运营对铁路的变形情况,具体见表 4。由表 4 可知,铁路中心线施工过程中最大横向位移为-0.96 mm,竖向位移最大为-3.75 mm。表 4 桥墩施工
14、及运营下 4 条铁路线最大变形汇总施工工况变形/mm牵出线北仑支线甬台温下行线甬台温上行线左线钻孔桩施工最大竖向位移-1.228 6-0.875-0.606 2-0.402 6最大横向位移-1.430 4-1.210 2-1.031 8-0.902 6左线承台基坑开挖最大竖向位移0.7520.2550.1540.115最大横向位移0.7580.4060.2490.170左线承台浇筑最大竖向位移-0.570 2-0.275 2-0.158 6-0.104 6最大横向位移-0.694 6-0.431 6-0.300 8-0.223 4左线桥墩荷载最大竖向位移-0.458-0.497-0.448 5
15、-0.348最大横向位移-0.446 5-0.070 5-0.108-0.133右线钻孔桩施工最大竖向位移-0.366 8-0.520 4-0.754 8-1.148 2最大横向位移0.833 20.937 61.071 41.348 0右线承台基坑开挖最大竖向位移0.1290.1670.2580.767最大横向位移-0.197-0.257-0.393-0.793右线承台浇筑最大竖向位移-0.101-0.142 8-0.237 4-0.546最大横向位移0.215 20.264 20.372 60.649 4右线桥墩荷载最大竖向位移-0.369 5-0.473 5-0.532-0.519 5最
16、大横向位移0.161 50.1320.1020.07梁体结构及运营荷载最大竖向位移-1.539 5-1.39 7-1.38 6-1.537 5最大横向位移-0.159 5-0.0570.0560.179 5累计总位移最大竖向位移-3.752 6-3.758 9-3.711 5-3.724 4最大横向位移-0.960 1-0.286 5-0.017 40.364 9 注:竖向位移为负值代表该处发生沉降,为正值代表隆起;横向位移为负代表中心线向北偏移,为正代表中心线向南偏移6 结语综上所述,45 m 简支组合小箱梁的方案中简支梁预制吊装施工方案具有工艺成熟、可靠、简单和施工难度小的特点,可利用晚上天窗时间采用架桥机架设施工,施工对铁路运营影响小。由此可见,预制吊装施工方案跨越甬台温铁路和北仑支线的总体方案可行。参考文献:1 范伟.长春机场大道跨长吉城际铁路立交桥桥型方案论证J.交通建设管理,2014(16):117-120,125.2 史娣.武汉二环线上跨铁路立交桥总体设计J.世界桥梁,2015,43(1):7-10,47.3 魏峰.上跨高速铁路立交桥方案研究J.铁路勘察,2017,43(