客運專線利用既有橋梁段落增設聲屏障方案研究

姚君芳

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 工程概況

京石客運專線自北京西站引出，起點處京石客運專線右線利用既有西長左線，同時沿既有西長左線南側增建客運專線左線。京石客專雙線利用既有西長線段落位于北京市四環附近，涉及居民區、學校等敏感點，環評要求設置聲屏障。該范圍內有豐臺路特大橋，42-16 m簡支T梁;青塔特大橋，57-16 m簡支T梁+1-12 m簡支T梁，2座特大橋總長1646 m。

既有橋梁為雙線，采用低高度先張法預應力混凝土簡支T梁(圖號為《叁橋2003》)，兩單線梁并置，單線梁寬3.9 m，兩側角鋼支架人行道板寬度為1.55 m，橋面總寬11.2 m，見圖1。全橋均采用明挖基礎，橋臺基礎橫向寬度為10 m外，其余橋墩均為8.5 m，埋深最大7 m。土層以圓礫土、卵石土、砂黏土和礫砂為主。既有橋梁于1995年8月30日竣工。

2 增設聲屏障方案

增設的聲屏障采用插板式，立柱采用型鋼HW175，柱間距2 m。不同高度聲屏障設計荷載見表1。

表1 聲屏障立柱設計荷載

既有橋梁設計時未預考慮聲屏障設置要求，經檢算既有角鋼支架和T梁外懸臂板無法承受聲屏障立柱荷載。結合現場情況和工程實際，擬定了改造既有橋方案、鋼結構落地方案、混凝土梁落地方案3個增設聲屏障的方案進行細化研究。

(1)改造既有橋方案

本著經濟可行、確保安全的要求，提出替換既有角鋼支架，增加梁體橫向連接，在既有T梁人行道角鋼托架上增設聲屏障的方案。

原設計角鋼支架間距1.5 m，人行道寬1.55 m，每個支架采用單片角鋼，設計僅考慮了欄桿荷載，經檢算原支架不能滿足增設聲屏障要求。為此，以1 m間距的支架替換原支架，為減輕荷載，人行道寬度由1.5 m減小為1.05 m并增設避車臺。考慮到梁體承載能力限制，本方案的聲屏障高度按照2.15 m，聲屏障立柱間距按照1.0 m進行設計。新設計角鋼支架如圖2所示。

圖2 新設計角鋼支架(單位:mm)

增設混凝土加勁肋對懸臂板加強，見圖3。材料采用C50無收縮混凝土，新舊混凝土結合、角鋼支架與梁體連接采用植筋技術實現。

既有橋梁兩片梁體之間無橫向聯系，經檢算，施加聲屏障等荷載后，穩定性不滿足要求。為加強梁體橫橋向穩定性，對12 m、16 m低高度先張法預應力混凝土T梁每孔分別增設了4道、6道橫隔板，采用φ15.2 mm1860級低松弛無粘結鋼絞線進行連接。16 m T梁橫向連接布置見圖4。

每隔2孔在梁端設置1處避車臺。避車臺處設3片角鋼支架，間距為0.75 m，延長N1角鋼，靠近梁縫處的兩片支架設置斜撐，支撐于橋墩上。支架結構見圖5。

聲屏障基礎與人行道托架采用栓焊結合的方式，以增強連接的可靠性、安全性。

圖3 混凝土加勁肋布置(單位:cm)

圖4 16mT梁橫向連接布置(單位:cm)

圖5 避車臺支架圖示(單位:mm)

此方案僅對橋梁橫向進行了加固，其縱向無法加固，必須對縱向受力進行檢算。原T梁混凝土為C50，預應力筋為φ25 mm 45SiMnV精軋螺旋鋼筋。經檢算，主力作用下各項指標均滿足規范要求，但梁體1/4處箍筋的安全儲備小，梁縱向強度受梁體1/4處抗剪控制。檢算結果詳見表2。

表2 16 m低高度T梁主力作用下檢算結果

(2)鋼結構支架落地方案

由于既有梁的角鋼支架、梁體等不能承受增設聲屏障的荷載，為了避免破壞既有梁，同時又實現聲屏障隔聲功能，盡量利用既有橋范圍空間，減少外界因素干擾，擬定了鋼結構支架落地方案。具體布置見圖6。

此方案不涉及原人行走道板的改造，與原橋梁結構完全分離。兩結構構件之間留100 mm的結構變形縫，待結構安裝完成后，采用柔性材料封堵。

基礎采用挖孔樁，C30混凝土，樁徑為0.8 m，樁長為2.6～7.5 m，基礎之間設250 mm×400 mm系梁。基礎上設鋼桁架，鋼柱、鋼梁均采用箱形截面，柱截面尺寸采用箱形300 mm×200 mm×10 mm，梁截面尺寸采用300 mm×350 mm×10 mm，斜撐采用φ83×5 mm鋼管。鋼柱與基礎之間采用預埋螺栓和焊接鋼板連接。聲屏障的H型鋼直接焊在箱形梁上。對于16 m T梁，聲屏障基礎間距為8.4 m與8.16 m交替布置。

結構柱頂最大橫橋向位移為7.2 mm，聲屏障柱頂最大橫橋向位移為52 mm，位移和振幅較大。

圖6 鋼結構支架落地方案布置(單位:mm)

(3)混凝土梁落地方案

將增設聲屏障側人行道鋼支架拆除，在原人行道位置處沿線布置鋼筋混凝土橋梁，用于承受人行道荷載、聲屏障荷載和電纜槽荷載等。

為避免對既有橋基礎產生影響，新建橋梁與既有橋梁錯孔布置，橋跨為16.5 m，新建橋樁基礎在既有橋跨中。為增加結構整體性和抗傾覆、抗扭能力，采用連續剛構體系，先架設簡支梁，后將梁、墩澆筑為剛構體系，三孔一聯，濕接縫寬0.5 m。

為了避免結構與接觸網支柱干擾，橋面寬1.05 m。梁體與T梁之間預留寬為3 cm的縫，以防止新建橋橫向力作用至既有橋。橋面設置2%排水坡。梁截面采用空心矩形截面，梁寬1.4 m，梁高0.7 m。為了盡可能減小荷載偏心，將電力電纜盡量放置于遠離聲屏障側。梁體混凝土采用C50。

橋墩采用單圓柱形，C50混凝土。直徑為1.0 m。托盤設為1.22 m(順橋寬)×1.4 m(橫橋寬)×1 m(高)。基礎采用挖孔樁，不設承臺，樁徑為1.25 m。具體布置詳見圖7。

橋梁高度小于8 m，梁重30 t，采用預制架設施工方法。此方案具有施工質量能保證、施工工期短等預制梁作業施工的優點。

3 方案比選

設計中對以上方案進行施工圖設計，進行了技術經濟比較，3個方案優缺點比較見表3。

綜上所述，方案一:加固后，梁體抗剪強度有一定程度削弱，且既有線需大范圍改造梁體，安全性不能得到保障。方案二:景觀效果差，且聲屏障頂部振幅大，建成運營后，存在一定的安全隱患。方案三:避免了增設聲屏障荷載對既有低高度簡支T梁增加附加荷載;拆除既有人行道增加了既有T梁的安全儲備;在新建橋梁上上設置聲屏障，安全可靠，養護維修工作量小，整體設計構思巧妙，一舉多得。因此，最終推薦方案三，其實景見圖8。

圖7 混凝土梁落地方案布置(單位:mm)

表3 三種方案優缺點比較

圖8 推薦方案(混凝土梁落地方案)實景

4 結語

京石客運專線聲屏障工程在既有橋上的實施既解決了客運專線噪聲污染的問題，又滿足了既有橋安全改造的要求，景觀效果好，創造了客運專線良好的運營環境，對于類似聲屏障工程具有借鑒意義。

［1]中鐵工程設計咨詢集團有限公司.TB J 462—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S].北京:中國鐵道出版社，2005.

［2]鐵道第三勘察設計院.TB J 460—2005 鐵路橋涵設計基本規范［S].北京:中國鐵道出版社，2005.

［3]鐵道第三勘察設計院.TB J 464—2005 鐵路橋涵地基和基礎設計規范［S].北京:中國鐵道出版社，2005.

［4]中國鐵道科學研究院.TB J 1167—2011 鐵路混凝土結構耐久性設計規范［S].北京:中國鐵道出版社，2011.

［5]四川省建筑科學研究院.GB 50367—2006 混凝土結構加固設計規范［S].北京:中國建筑工業出版社，2006.

［6]北京鋼鐵設計研究總院.GB50017—2003 鋼結構設計規范［S].北京:中國計劃出版社，2003.

［7]鐵道第三勘察設計院集團有限公司，中鐵第四勘察設計院集團有限公司，中國鐵道科學研究院.TB10621—2009 高速鐵路設計規范(試行)［S].北京:中國鐵道出版社，2010.

［8]李文.高速鐵路聲屏障聲學與景觀設計研究［D].長沙:中南大學，2009.

［9]蘇衛青，潘曉巖.高速鐵路聲屏障材料的選擇及安裝［J].鐵道技術監督，2009(5):37-38.

［10]朱正清，蘇衛青，孫鳳珍.高速鐵路插板式聲屏障立柱與橋梁連接技術［J].鐵道勞動安全衛生與環保，2009(1):27-30.

［11]鄧躒，施淵，劉兆豐.臺風地區高速鐵路混凝土聲屏障結構分析研究［J].鐵道標準設計，2009(7):117-120.

［12]平學惠，劉俊青.既有鐵路聲屏障設計問題與研究［J].鐵道標準設計，2010(11):36-38.