鐵路梁橋改擴建框架橋設計方案淺析

陳春生

(福建鐵四院勘察設計研究院有限公司,福州 350013)

隨著城市道路和交通設施的迅速發展及進一步完善,一些既有規模較小、結構陳舊的公鐵立交梁橋已成為城市交通發展的“瓶頸”,如何在保證鐵路正常運營條件下,將既有鐵路簡支梁橋改擴建為框架橋成為城市公鐵立交改擴建中的常見問題,結合泉州市南北大道立交橋設計方案的研究分析,為如何充分合理的利用既有梁橋并對其進行改擴建為框架立交橋的設計提供新思路。

1 工程概況

既有立交橋位于漳泉線繁忙地段,橋型結構為24 m+16 m預應力混凝土簡支梁橋,橋上線路為單線、直線,橋臺為T形橋臺、橋墩為圓端形橋墩、地質條件良好均為擴大基礎,其中24 m跨為既有道路,供機動車及行人通行,橋下凈高4.5 m。

南北大道為擬建規劃道路,是連接福廈高速鐵路泉州站的主要通道,寬度64 m,車道布置為4.5 m(人行道)+6 m(非機動車道)+4 m(分隔帶)+15.5 m(機動車道)+4 m(中央分隔帶)+15.5 m(機動車道)+4 m(分隔帶)+6 m(非機動車道)+4.5 m(人行道),道路等級為城市主干道Ⅰ級,行車速度60 km/h,它是提高城市交通效率,優化整體市政布局,改善投資環境,發展城市經濟的重要工程。

2 設計方案的選擇

在工程方案論證初期曾提出擴孔方案,即在既有2孔簡支梁橋外側再頂進2孔框架橋,使橋位處形成4孔的立交橋(舊橋保留使用)。該方案的優點是設計簡單、易于施工,工程風險小,但建成后道路線形不暢,斷面畸形,路幅劃分不佳且占地較多、拆遷量大,勢必嚴重影響市政長遠規劃建設。因此，結合南北大道道路標準要求,確定采用拆除既有鐵路簡支梁橋,重新修建框架橋的設計方案。根據南北大道的平縱斷面及設計路幅,擬采用10.5 m+16.5 m+16.5 m+10.5 m分離式鋼筋混凝土框架結構,與鐵路斜交16°40′,機動車道從兩個中孔通過,人行道及非機動車道從兩個邊孔通過,頂進法施工。

3 利用既有梁橋改擴建框架橋設計構思的提出及實施

南北大道立交橋規模較大,條件復雜,設計應從技術質量、運輸安全、城市規劃、施工方便、工程造價、環境影響等諸多方面進行全面綜合考慮,本橋設計的最大難點在于如何在充分保證線路安全的前提下拆除既有鐵路簡支梁橋頂進大跨度斜交框架。目前在既有線上施工,常用的大跨度線路加固方法有“D型施工便梁”和“工字鋼縱挑橫抬法”,而橋位處于鐵路繁忙干線上,需要加固的線路范圍極大,若采用工字鋼縱挑橫抬法加固,則線路整體性差,列車限速低,需要采用大量的大型工字鋼,耗材較多,同時要求有較大的建筑高度,對鐵路運輸及行車安全也造成極大影響。

設計中發現既有梁橋24 m跨凈寬達到22.3 m,在不拆除既有橋墩臺,只需拆除梁部,便可滿足中孔③號框架(凈寬16.5 m)穿越,且框架的底板底高程高于既有梁橋墩臺基礎底高程,那么利用既有橋墩臺作為D型施工便梁支墩,架設24 m施工便梁加固線路,在不影響既有梁橋墩臺的情況下,頂進中孔③號框架便成為可能。通過與道路設計單位的溝通協商,對線路平面做了微調,既有梁橋與新建框架關系如圖1所示。

4 設計中的關鍵環節

4.1 便梁支墩的設置

雖然該立交橋孔跨較多、規模較大,受既有橋影響線路加固困難,但只要能夠頂進中孔③號框架,其余孔框架便可利用其做為便梁支墩,架設便梁,加固線路,那么首要問題是要解決如何頂進中孔③號框架。

D型施工便梁具有安裝簡便、線路加固整體性強,有效保障鐵路運輸安全等優點,其中24 m施工便梁全長24.5 m,最大支點距24.12 m,縱梁中心距4.46 m,縱梁寬度0.48 m,高1.3 m。經現場詳實勘察,既有橋0號臺～1號墩頂帽中心距為24.03 m,橋面寬度為3.9 m(不含人行道),頂帽寬度為6 m,均滿足24 m施工便梁縱梁架設,既有橋軌底至梁頂厚度有50 cm,在拆除梁部擋砟墻20 cm后,也能完全滿足24 m施工便梁橫梁的穿越,中孔③號框架線路加固如圖2、圖3所示。

圖1 框架橋立面(單位：cm)

圖2 中孔③號框架線路加固立面(單位：cm)

圖3 便梁支墩橫斷面(單位：cm)

便梁支墩采用C25鋼筋混凝土,設于墩臺帽頂面,截面為1.0 m×1.3 m,為保證便梁支墩的穩定,支墩底面與墩臺帽頂面間打入釬釘,釬釘采用φ25 mm鋼筋,間距20 cm,埋入既有墩臺帽40 cm,同時在墩臺帽下方相應位置設置支撐柱,該柱與既有墩臺結合面上也均打入釬釘,這樣就使便梁支墩與既有橋墩臺很好地形成整體,也保證了既有橋墩臺的穩定,為下一步既有梁的拆除創造了條件。

4.2 既有梁拆除方案

當線路加固完成,既有梁完全停止工作后便可進行既有梁部拆除，既有梁為2片24 m梁,單片質量達78 t,采取切割法拆除。即先在既有梁下搭設6個枕木垛平臺,上設工字鋼滑道,并用液壓千斤頂對擬拆梁部進行支頂,用切割機沿梁長分6段將既有梁切割。切割過程中應注意梁體斷裂,一端翹頭影響線路。然后，利用千斤頂將梁段落于工字鋼滑道上,并拖拽到線路外安全區域,清理外運。該方案的優點是能夠充分保證鐵路各種設施完善,安全、工期、投資等指標均可達到預先構想。

5 結語

本工程在同類工程中具有一定代表性,隨著城市道路標準的提高,大量標準較低的立交橋都存在新舊置換要求,既要保證鐵路行車安全,又要完成新橋體頂進,并拆除既有橋,同時各項環保指標也須達到要求,因此,因地制宜地制定完整、科學、合理的設計方案是工程順利進行的先決條件,南北大道立交橋為今后類似工程的設計積累了經驗,具有一定的實用性及借鑒意義。

[1]李 健.通過兩次架設便梁拆除既有梁橋頂進框架[J].鐵道建筑技術，2004(10):11-14.

[2]彭乃建，崔建力.鐵路框架橋頂進置換簡支梁施工技術[J].鐵道建筑技術,2004(5):54-55.

[3]楊建良.鐵路框構橋設計體會[J].鐵道標準設計，2009(3).