某輕軌聯絡線舊橋改造設計

高碧波

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津　300142)

近年來，隨著城市軌道交通網絡的快速發展，對既有城市軌道交通[1]基礎設施進行改造、加固、擴能的工程不斷增多；為滿足城市發展空間需求，在滿足既有線路運營的前提條件下，需要對原有既有城市軌道交通設施進行改造。

本聯絡線是輕軌二期工程施工期間大宗器材、設備的運輸路線，輕軌二期工程運營后，聯絡線已經停用3年。根據地區規劃，騰出空間修建市政橋梁。根據輕軌部門意見，保留0號框架墩道岔和0號墩與1號墩之間的1孔梁作為預留安全線，平面布置圖如圖1所示。

1　既有橋梁概況

本輕軌聯絡線共有橋梁1座，橋梁里程范圍為LK0+047.317～LK0+370.177，長322.86 m，橋梁上部結構采用預應力混凝土連續箱梁形式，共3聯，跨徑布置為(4×25) m+(25+32+35.5+28.5) m+(23+23+28+28) m，箱梁截面為單箱單室直腹板形式，梁高均為1.5 m，懸臂長1.0 m，腹板厚度為0.4～0.6 m，頂板厚0.2 m，底板厚0.18 m。橋墩采用矩形獨柱墩，承臺為鋼筋混凝土形式，除制動墩承臺厚度為2.5 m外，余均為1.8 m。承臺下設0.1 m厚C10混凝土墊層，樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑為1 m。

2　橋梁改造的設計原則

圖1　加固改造設計平面示意

(1)拆除1號墩大里程方向梁部和橋墩

拆梁前應進行地基處理[2，3]，搭設滿堂支架并預壓，支架頂緊梁底后，再實施梁上附屬結構的拆除，放張梁體預應力，分片切割吊離梁塊，最后拆除橋墩結構部分。實施過程中應加強梁底位移觀測，確保施工安全，并盡可能減小對周圍環境的影響。

(2)保留并加固0號墩至1號墩之間的1孔梁，預留安全線

應保證梁部改造完成后，0號墩與1號墩之間的簡支梁能滿足輕軌運營要求，選擇經濟合理的結構形式，最大程度利用既有結構，并選擇合適的施工方法，避免體系轉換時梁體位移過大而對梁體造成損傷。

3　橋梁拆除施工方案

聯絡線橋梁梁部為預應力混凝土連續梁，鑒于連續梁的結構受力特點，制定拆除施工順序，推薦采用先拆除梁上附屬及線路軌道部分，接著拆除梁部結構，最后拆除橋梁下部結構的施工順序。

橋梁上部結構主要有欄桿、道岔、鋼軌及梁部，對于欄桿可采用切割的辦法進行，以下主要介紹橋梁梁部拆除方案。

梁部為連續梁，無法實現吊拆，建議采用在梁下布設滿堂支架后切割梁部的施工方法，具體的施工順序見圖2，滿堂支架搭設示意見圖3。

圖2　拆梁施工工序

圖3　橋梁梁部滿堂支架施工拆除斷面示意(單位：cm)

上跨交通要道橋梁梁部結構拆除：在保證不影響交通的情況下，采用搭設門洞支撐，后分割梁部結構的施工方法。

其中，地基處理根據地質情況，采用15 cm厚C15混凝土+30 cm厚碎石墊層[4]，或者施工時根據滿堂支架的需要確定地基處理形式。另外，切割工具、切割間距、切割大小根據施工需要確定。

聯絡線橋梁下部結構包括橋墩、承臺、樁基礎，由于聯絡線拆除后，原位大部分用于綠化、交通，同時為了減少工作量，聯絡線橋梁下部結構推薦僅拆除墩身部分。拆除聯絡線墩身結構也可采用分片切割的施工方法。

4　橋梁改造設計方案

聯絡線與輕軌正線通過道岔相連，拆除輕軌聯絡線需要考慮預留安全線，根據線路專業要求，需要預留0～1號墩之間的梁部，并且設置車擋。

在原橋第2孔(1號墩右側5.5 m處)切割梁體，在1號墩中心小里程側5 m位置植筋加固[5-7]箱梁截面，增設1′號支墩，見圖4。1′號墩墩頂需要對梁部加強，作植筋處理，植筋截面見圖5。1號墩頂梁底大里程方向4.5 m，小里程方向4 m需張拉碳纖維板補強，見圖4和圖6，總體施工工序見圖7。

圖4　加固改造立面布置(單位：cm)

圖5　1′號墩植筋加固立面(單位：cm)

圖6　1號墩處梁底加固改造碳纖維板布置(單位：cm)

圖8　主力作用下抗力與內力包絡圖(單位：kN·m)

圖7　改造加固施工工序

5　有限元計算

5.1　計算參數確定

(1)結構恒載

梁部C50混凝土按照26 kN/m3計算。

(2)預應力荷載

原有結構已運營3年，腹板有通長預應力束，通過錨具連接器連接，中支座頂板位置有18 m長短束，切梁后，頂板短束被切斷，預應力效應難于估計；腹板長束由于存在錨具連接器，鋼束可繼續參與工作。由于現結構中所存預應力效應難以估計，故分四種情況分別計算：

①原結構鋼束均不折減；

②腹板束折減0.9，頂板束折減0.9；

③腹板束折減0.7，頂板束折減0.7；

④腹板束折減0.7，頂板束不考慮(頂板短束在此處無錨具連接器)。

(3)二期恒載

按照原設計圖紙，采用27.5 kN/m計算。

(4)列車活載

按照設計原則中輕軌荷載圖式參與計算。

(5)梁體不均勻溫度荷載[8]

按照頂板升溫8 ℃和降溫4 ℃分別計算。

(6)收縮徐變計算

按照10年收縮徐變效應計算。

強度檢算如圖8、圖9。

圖9　主力+附加力作用下抗力與內力包絡圖(單位：kN·m)

強度計算結果表明，主力和主力+附加力作用下，梁部截面強度均能滿足規范[9]要求。

運營階段應力和靜活載撓度檢算如表1所示。

表1　運營階段計算結果匯總　MPa

應力檢算結果表明，1號墩位置梁底出現拉應力，最大為0.37 MPa，不滿足規范[10]對全預應力混凝土結構的要求，設計考慮在1號墩頂位置梁體施加體外預應力，采用張拉5塊碳纖維板的方法加固梁體。

靜活載撓度計算表明，切割梁體后，梁部跨中靜活載撓度1 mm，滿足地鐵設計規范規定的L/1 500的撓度限值要求。

5.2　切梁過程應力和變形情況

有限元變形計算結果表明，切梁前和切梁后，梁部撓度變化值較小，懸臂端位置位移變化最大為7 mm，跨中位移變化最大值為5 mm，并且位移形狀保持一致。證明切割梁體的過程中對梁體本身的擾動較小，但需在施工過程中加強觀測。

支座反力檢算如表2所示。

支座反力計算結果表明，此方案對既有兩支座的豎向力為卸載作用，不需要更換支座。

表2　支座反力計算結果匯總　kN

6　結論

(1)對既有橋梁進行加固改造計算時，原則上需對既有結構狀態參數進行實測和評估，以保證計算結果與設計結構相符。

(2)既有橋拆梁前，需要對場地進行地基處理，滿堂支架需進行預壓，拆梁工程與現有交通有干擾時，需采取必要的防護措施，組織合理的施工方案，確保施工過程的安全。

[1]GB 50157—2003地鐵設計規范[S]

[2]JTJ79—2002建筑地基處理技術規范[S]

[3]JTJ79—2002建筑地基處理技術規范條文說明[S]

[4]TB 10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S]

[5]GB 50367—2006混凝土結構加固技術規范[S]

[6]JTG/T J22—2008公路橋梁加固設計規范[S]

[7]諶潤水，胡釗芳,等.公路舊橋加固技術與實例[M].北京:人民交通出版社，2002

[8]高碧波.高墩大跨度連續剛構溫度場與溫度荷載模式試驗研究[D].同濟大學，2008

[9]TB 10002.1—2005鐵路橋涵設計基本規范[S]

[10] TB 10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S]