西固環行線寺溝橋改建設計簡介

孫 瑋,杜建榜

(蘭州鐵道設計院有限公司,蘭州 730000)

1 既有橋梁情況

(1)既有橋概況

穎川堡車站為蘭州樞紐西固環行線上的工業站,現設有(Ⅰ、Ⅱ)兩個車場。Ⅱ場位于西固熱電廠北側,設在半徑600 m的曲線上；Ⅰ場與Ⅱ場縱列布置,位于Ⅱ場東端蘭州煉油廠北側。本站Ⅱ場設有小型貨場一處,有蘭州煉油廠、西固熱電廠、省構件公司等單位專用線引入Ⅰ、Ⅱ兩車場。而作為連接穎川堡車站站內Ⅰ、Ⅱ場的寺溝橋即位于連接咽喉處。目前的穎川堡車站作為中國石油蘭州分公司和西固熱電廠的廠前站,場間徑路不夠順暢,直接影響到兩家企業大量的取送車和調車作業,導致本站停放列車長時間占用車站股道,出現車站堵車現象。另外,根據車站站場設備特點,目前進出蘭州煉油廠作業也主要從Ⅰ、Ⅱ場間咽喉進行,使用受限制,不便于到發線靈活使用,嚴重地浪費作業時間,不利于提高到發線能力利用率。因此,寺溝橋在穎川堡車站站內的位置具有舉足輕重的地位,牽一動而變全身。寺溝橋位于既有西固環行線K6+187.5處,由3孔8 m鋼筋混凝土簡支梁組成,全長31.12 m。橋梁設在直線上,墩高均為5.3 m。該橋1、2號墩均為尖端形截面。橋墩正置,橋臺斜置,且墩臺均為明挖擴大基礎。該橋與水流方向成7.64°的夾角,梁跨及墩臺設計荷載為中—22級。橋上鋪設了三股道,自南向北依次為聯絡線、正線、牽出線,并且橋上還預留了一股道。借此中國石油西北銷售公司成品油蘭州地區鐵路裝車外運通道工程的上馬,穎川堡車站需要在原位進行改擴建,本次設計考慮在Ⅰ、Ⅱ場與蘭煉廠區連接咽喉處新增單渡線1條,以解決股道調車不夠靈活的問題。由于道岔重新布設后,道岔位置侵入既有3-8 m梁橋,因此需要將該橋進行必要的改造。寺溝橋作為穎川堡車站改擴建工程中的控制工程,要充分考慮到既有車站運輸組織壓力較大的這一特點,據以研定確實可靠的橋式設計方案,以滿足穎川堡車站改擴建工程的順利實施,顯得尤為重要。

(2)既有橋的地質等情況

地層自上而下依次為卵石土,厚度約為4.4 m,其承載力為500 kPa：第三紀黏土,厚度約為2.3 m,承載力為500 kPa；最下一層為砂巖。其中,卵石土壤與黏土中間夾有一層粗砂,其厚度約為1 m。橋址處常年流水,主要為當地居民、企業的生產、生活污水及蘭州水廠所排污水,水量較大且地表流水具硫酸鹽侵蝕。橋址區的地震基本烈度為八度,最大凍結深度為1.0 m。

2 設計方案的確定

(1)結構尺寸的確定

本橋設計根據橋下過水能力、斜交角度、既有橋中心位置、運輸組織情況及既有構筑物的位置及地質狀況,在原橋址處拆除既有3-8 m梁橋并原位新建2-10.0 m整體式鋼筋混凝土斜交框架橋。框架預制分兩節,正交長度分別為12.0 m(框架1)及7.0 m(框架2)。經過檢算,確定結構尺寸如下：頂板厚度80 cm,底板厚度80 cm,邊中墻斜交厚度為60.54 cm,頂板加腋尺寸90 cm×30 cm,底板加腋尺寸40 cm×40 cm,結構凈高為6.0 m,結構總高度7.6 m。在既有橋上下游分別預制。框架頂進根據線路加固次序分兩頭對頂。頂進時列車限速45 km/h慢行通過。如圖1、圖2所示。

圖1 2-10 m斜交框架橋立面(單位：cm)

圖2 2-10 m斜交框架橋平面(單位：cm)

3 方案實施

(1)施作攔水壩

框架預制前,首先施工M5漿砌片石攔水壩,將溝床封堵,以便將寺溝排洪道上游來水(當地居民及工礦企業生產、生活污水及蘭州水廠排污水,水量較大)進行攔截,具體實施辦法如下。

①采用草袋圍堰(內裝膨脹黏土)先將既有溝流水分別擠壓至一側排水,以便攔水壩施工。

②攔水壩施工期間,需同時在壩間設置4根φ800 mm的排水鋼管(鋼管埋設在后背墻及攔水壩中,鋼管長度為85 m)，將攔水壩攔截下來的流水用鋼管引流至下游處。

③φ800 mm排水鋼管支撐采用混凝土管座及枕木垛臨時支座,以架設鋼管。其中,框架橋內采用混凝土管座；頂進范圍內采用枕木垛臨時支座,并視頂進情況調整枕木垛臨時支座位置,但間距不能大于4.0 m。待攔水壩攔截流水成功后,進行框架橋的預制。

(2)既有橋臺利用的防護

鑒于線路加固設備當時僅能采用24 m跨度的D型施工便梁,且不能中斷行車要求。因此本框架橋需在既有橋臺的臺帽上進行D型施工便梁臨時支座的施工,以確保框架橋的順利頂進。為保證既有橋臺的穩定,特設拉線地錨設施對既有橋臺進行拉錨防護,不使其發生橫移及傾覆。具體做法如下。

①在每座橋臺臺后等距離的各施作2個1.0 m直徑的C25鋼筋混凝土挖孔樁,樁深5 m,作為臨時地錨的錨體,錨體頂部預埋帶鋼拉環的短鋼軌,其具體組成為錨體、拉環、定位螺母、銷軸等。其特征在于：在錨體中心部位設有一鉸座(預埋帶鋼拉環的短鋼軌),在鉸座上通過銷軸連接拉環。這種地錨施工簡便,省時、省力,使用經濟。

②每座橋臺上設鋼絲繩并與4個挖孔樁地錨連接,將兩座橋臺拉住。鋼絲繩采用：6股37絲,外徑28 mm,每道鋼絲繩破斷拉力應大于400 kN。短鋼軌應與鋼絲繩倒鏈盡量垂直布置。

(3)橋臺植筋

因臺帽上作業空間狹小,并且此處運輸作業繁忙,為了盡量減少對運輸組織的干擾,便于D型施工便梁臨時支座的快速施工,同時鑒于目前植筋技術工藝簡單,施工方便,具有較高的可靠性和靈活性,被廣泛地應用于橋涵、房建等的加固、改造工程中,并取得了良好的工程效果這一特點,本次設計嚴格采用HILTI(喜利得)植筋錨固技術在橋臺胸墻及臺帽頂進行植筋,并時刻監測橋臺位移變形情況。等植筋固結完成及與事先加工好的鋼板焊接后,灌注C20混凝土,從而完成D型施工便梁臨時支座的工序。具體做法如下。

①采用便捷的HILTI手持鉆孔機在橋臺結構混凝土上按要求進行精確鉆孔,鉆孔前應事先明確且避開既有結構物中的鋼筋,孔深應滿足植筋劑注入及適用性拉拔試驗要求。鉆孔完畢后應用吹氣筒或其他空壓設備將孔內灰屑吹出,并輔以尼龍刷深入孔內清潔孔壁,避免灰屑殘留于孔中。

②將植筋膠藥劑裝入注射器內,通過注射頭將植筋膠緩緩打入孔內,再將準備好的鋼筋慢慢旋入孔內至底部且可目視藥劑外溢。不可將鋼筋直接插入,以避免鋼筋與孔壁間殘留空隙。

③植筋施作完成后4 h以內,應避免碰觸或矯正鋼筋而影響強度,待硬化完成后方可進行下一步工序。

④進行拉拔試驗,確保植筋安全可靠。

(4)D型梁臨時支座的施作

將事先掏眼加工好的鋼板(4個側面、1個頂面及1個底面)與所植鋼筋牢固焊接成一個長方體鋼盒(內部滿灌C20混凝土),此鋼盒即做為D梁的臨時支座,鋼盒擺放應與胸墻面平行,并且架設好的D型梁與橋臺胸墻間的空隙需用短木楔頂死。

(5)既有橋臺防護的其他措施

既有橋臺臺后的負重措施：鑒于既有橋臺在此次線路加固中的重要地位,本次設計為確保既有橋臺不發生橫移及傾覆,在不影響列車行車限界的前提下,臺后局部采用鋼筋混凝土搭板及負重草袋,以此增加橋臺的穩定性。

(6)線路加固及頂進

①首先向運輸主管部門提報封閉要點計劃,分別將北側牽出線、正線及南側聯絡線進行線路封閉,隨之將24 m D型施工便梁安裝到位,快速解離既有軌排與混凝土梁片的連接,并做好線路加固的一切準備工作。

②拆除既有線下的獨立橋墩臺(包括橋墩身及梁部,并鑿除影響框架橋頂進范圍內的橋臺部分基礎襟邊)。頂進的同時,需對未拆除的橋墩、臺采取施工監測措施。隨著南北兩側框架橋的相繼頂進就位后,可逐步開通部分線路運行。

本設計經多年的運營考驗后,狀態良好,運營單位也比較滿意。實踐證明,本設計方案的實施效果是較好的。

4 幾點體會及反思

通過本次對既有橋的改建設計,有以下幾點體會。

(1)改建橋梁方案的選定必須堅持“因地制宜”的原則。針對不同的結構特點及使用要求,并充分考慮到運輸組織的需要,在不中斷行車的前提下,應“量體裁衣”,制定不同的改建措施方案。

(2)既有橋梁改建措施的實施應根據既有橋跨度及孔數的不同,應“量體裁衣”,制定不同的替代結構措施方案。

[1]TB10002.1—2005，鐵路橋涵設計基本規范[S].

[2]TB10002.4—2005，鐵路橋涵混凝土和砌體結構設計規范[S].

[3]楊建良.鐵路框構橋設計體會[J].鐵道標準設計，2009(3)：80-82.

[4]潘文怡.斜交框架地道橋的設計探討[J].鐵道標準設計，2009(6)：79-81.

[5]張青松.既有線上就地現澆框架橋線路加固工程的設計和施工[J].鐵道標準設計，2008(10)：28-29.