保阜高速公路跨京廣鐵路立交橋梁方案研究

魏毅強(qiáng)

(北京鐵路局，北京 100860)

1 項(xiàng)目背景

保定至阜平(冀晉界)高速公路簡稱保阜高速，是河北省“五縱六橫七條線”高速公路網(wǎng)中“第三橫”的組成路段，是河北省委、省政府確定“6+3”高速公路建設(shè)計(jì)劃的一段，也是保定市“三縱三橫”高速公路網(wǎng)布局中的重要一橫。該項(xiàng)目的建成將會進(jìn)一步促進(jìn)東部與中西部經(jīng)濟(jì)交流，帶動中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，有利于帶動黃驊能源港及沿線旅游資源的充分開發(fā)利用;進(jìn)一步完善了國家及河北省高速公路網(wǎng)的布局及路網(wǎng)功能，構(gòu)成了區(qū)域綜合運(yùn)輸網(wǎng)的重要組成部分，對推動環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)交通一體化發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

保阜高速公路在保定西設(shè)置了互通式立交，主線與京廣鐵路立交，是保定西互通立交的重要組成部分。保定西互通主線與京廣鐵路立交平面如圖1所示。

圖1 保定西互通主線與京廣鐵路立交平面

2 建設(shè)條件

2.1 地形、地貌

該橋位于山前沖洪積平原區(qū)，橋址區(qū)地勢平坦，地形起伏不大，高程為27.4～28.9 m，京廣鐵路和107國道并行。

2.2 工程區(qū)域地質(zhì)

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造:橋址區(qū)位于河北平原的山前沖洪積平原區(qū)，橋址區(qū)及其附近未發(fā)現(xiàn)活動性斷層及其他構(gòu)造，橋基穩(wěn)定性較好。

地層巖性:根據(jù)勘探結(jié)果，在勘探深度范圍內(nèi)，揭露土層由填土、粉質(zhì)黏土、粉土、基巖構(gòu)成，自上而下分為21層。

2.3 水文地質(zhì)及地震

根據(jù)鉆探資料，地下水位在30.0 m左右，為松散巖類孔隙水，含水層由砂和亞黏土組成。據(jù)已有水質(zhì)資料分析，此地區(qū)水屬重碳酸鈣型，對混凝土無腐蝕性。

橋址區(qū)位于河北平原地震帶，橋址區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震動參數(shù)反應(yīng)譜特征周期0.45 s，地震基本烈度為Ⅵ度區(qū)。

2.4 橋位處鐵路現(xiàn)狀及規(guī)劃要求

鐵路現(xiàn)狀:路線在K2+294.069處與京廣鐵路相交，與鐵路交角為128°，鐵路里程為 DK150+418.00，該處鐵路為直線、雙線電氣化鐵路，線間距為4.90 m，路基結(jié)構(gòu)為土質(zhì)路堤，軌面高程為30.83 m，鐵路兩側(cè)有電氣化立柱，地下有電纜、光纜等設(shè)備。

規(guī)劃要求:目前京廣鐵路為雙線電氣化鐵路，根據(jù)規(guī)劃，在既有京廣鐵路西側(cè)為京石城際軌道交通線預(yù)留條件，在該處與京廣鐵路的立交工程中充分考慮對立交構(gòu)造物的凈空要求 。

3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［2，4］

(1)設(shè)計(jì)荷載:公路－Ⅰ級。

(2)道路等級:高速公路。

(3)斷面形式:0.5 m防撞墻+12.75 m行車道+0.5 m防撞+0.5 m中央隔離帶+0.5 m防撞墻+12.75 m行車道+0.5 m防撞，橋面總寬28 m，雙向4車道。

(4)最小凈高:跨京廣鐵路凈高≥8.3 m。

(5)地震基本烈度:Ⅶ度。

4 工程方案

4.1 路線平面、縱斷面

路線平面:橋位所在位置的主線為緩和曲線及曲線，與京廣鐵路交角為 128°，曲線半徑 R=5 500 m［1］。

路線縱斷面:橋位于1.858%及－1.667%坡段上，豎曲線半徑 23 000 m［1］。

4.2 橋下凈高

京廣鐵路要求除滿足基本的鐵路建筑限界外，還應(yīng)根據(jù)鐵科技函［2004］157號關(guān)于《鐵路雙層集裝箱運(yùn)輸裝載限界(暫行)》的規(guī)定，橋下凈高不小于7.96 m，同時(shí)考慮上跨鐵路處的梁底高程按承力索以上500 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)，還應(yīng)預(yù)留橋梁沉降及鐵路抬道要求30 cm，實(shí)際設(shè)計(jì)的梁底至軌頂?shù)膬舾邞?yīng)≥8.3 m［1］。

4.3 橋跨布置的控制因素

(1)京廣鐵路實(shí)際情況及107國道改線的影響，在滿足京廣鐵路凈空的同時(shí)，應(yīng)盡量減少其孔跨的布置對107改線帶來的影響，避免或減少征地和拆遷。

(2)在既有京廣鐵路旁為規(guī)劃的京石城際鐵路預(yù)留條件。

(3)減少工程施工對京廣鐵路運(yùn)營以及鐵路線、纜的影響。

(4)與保定西互通立交相鄰橋跨合理銜接。

4.4 橋梁方案

4.4.1 方案一(圖2)

跨京廣鐵路處采用1聯(lián)2×80 m預(yù)應(yīng)力混凝土 T形剛構(gòu)，主橋橋長160 m，橋面寬28.0 m。本方案主橋?yàn)檎O(shè)橋，主墩置于鐵路東側(cè)(107國道側(cè))，主墩基礎(chǔ)平行鐵路方向布置，不侵占路基，橋墩垂直公路路線橫斷面。

圖2 橋式方案(方案一)(單位:m)

主橋上部結(jié)構(gòu)采用單箱三室箱形截面，T構(gòu)中間支點(diǎn)處梁高6.2 m，邊支點(diǎn)處梁高2.8 m，梁底線形按二次拋物線變化。箱梁頂板寬28 m，兩側(cè)懸臂板長各3.7 m，傾斜外腹板;懸臂板端部厚 20 cm，根部厚60 cm;箱梁頂板厚由端部的30 cm增至中墩頂?shù)?0 cm;底板厚度為28～110 cm;邊腹板厚度為50～100 cm;中腹板厚度為40～90 cm。中腹板與邊腹板的高差形成橋面橫坡。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用15-19鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力束采用φ32精軋螺紋鋼筋(間距50 cm)，橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用15-3鋼絞線(間距40 cm)。下部結(jié)構(gòu)主墩采用矩形雙壁墩，矩形雙壁墩墩身截面尺寸為2 m×1.5 m×10.0 m，雙壁墩間距為5.0 m。樁基為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.5 m。主橋兩側(cè)引橋分幅設(shè)橋，采用跨度為30 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，雙柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)［5，6］。為保證橋下鐵路的運(yùn)輸及消防安全，在跨越鐵路范圍內(nèi)護(hù)欄頂設(shè)置防護(hù)網(wǎng)，橋面以上高度不小于2.5 m［1］。施工方法:主橋采用轉(zhuǎn)體法施工，整幅轉(zhuǎn)體，跨線處一次轉(zhuǎn)體就位，轉(zhuǎn)體長(64+64)m，其他部分為支架現(xiàn)澆施工，然后合龍轉(zhuǎn)體部分和現(xiàn)澆段。

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)體下盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)動牽引系統(tǒng)組成。下轉(zhuǎn)盤采用 C50混凝土;鋼球鉸直徑為3 800 mm，厚度為40 mm，分上下兩片;上盤撐腳即為轉(zhuǎn)體時(shí)支撐轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)的保險(xiǎn)腿，每個上盤下設(shè)有6個撐腳，每個撐腳為雙圓柱形，下設(shè)40 mm厚鋼板。轉(zhuǎn)盤構(gòu)造見圖3。

為了滿足電氣化立柱等設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)，橋下電氣化立柱、電桿需改移;同時(shí)應(yīng)對受施工影響的光、電纜進(jìn)行改移。

圖3 轉(zhuǎn)盤構(gòu)造(單位:mm)

4.4.2 方案二(圖4)

本方案主橋分兩幅設(shè)橋，跨線處擬采用1聯(lián)3×50 m［3］T 梁，主橋橋長 150 m。

主橋上部結(jié)構(gòu)采用T形截面，梁高2.6 m，單幅橋面寬13.75 m，每幅橋由 6片梁構(gòu)成，梁與梁間距2.29 m。橋墩布置與鐵路方向平行，主墩采用樁柱式橋墩，上接明蓋梁，橋墩直徑1.6 m，柱間距8.5 m，蓋梁中心高2.1 m，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，直徑1.8 m。主橋兩側(cè)引橋分幅設(shè)橋，采用跨度為30 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，雙柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

圖4 橋式方案(方案二)(單位:m)

施工方法:本方案跨鐵路部分，主梁采用預(yù)制架設(shè)的方式，采用架橋機(jī)施工。為了滿足電氣化立柱等設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)，橋下電氣化立柱、電桿需改移;同時(shí)應(yīng)對受施工影響的光、電纜進(jìn)行改移。

4.4.3 方案三(圖5)

跨線處擬采用1聯(lián)(30+2×80+30)m預(yù)應(yīng)力混凝土獨(dú)塔單索面斜拉橋［5，6］，主橋橋長 220.0 m。本方案主橋整幅設(shè)橋，基礎(chǔ)平行鐵路方向布置，不侵占路基，橋墩垂直公路路線橫斷面。

圖5 橋式方案(方案三)(單位:m)

主梁采用單箱三室大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)頂板寬29.50 m，底板寬17.80 m，梁高2.8 m。由于本橋?yàn)閱嗡髅嫘崩瓨颍瑸榧訌?qiáng)剛度，改善景觀效果，采用順橋向的倒“Y”字形結(jié)構(gòu)。

全橋共設(shè)置8組斜拉索。為了以后斜拉索更換的需要，在主梁、主塔上預(yù)留臨時(shí)斜拉索的張拉錨固構(gòu)造。樁基為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.5 m。

引橋采用跨度為30 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，雙柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

施工方法:本方案主橋采用轉(zhuǎn)體法施工，整幅轉(zhuǎn)體，跨線處一次轉(zhuǎn)體就位，轉(zhuǎn)體長80 m+80 m，其他部分為支架現(xiàn)澆施工，然后合龍轉(zhuǎn)體部分和現(xiàn)澆段。為了滿足電氣化立柱等設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)，橋下電氣化立柱、電桿需改移;同時(shí)應(yīng)對受施工影響的光、電纜進(jìn)行改移。

5 橋式方案比較

3種橋式方案比較如表1所示。

表1 3種橋式方案比較

經(jīng)過比較，方案一具有技術(shù)成熟、在鐵路上方作業(yè)少、對鐵路運(yùn)營影響最小，同時(shí)具有養(yǎng)護(hù)維修少、施工安全、工期較短等特點(diǎn)，因此推薦方案一作為實(shí)施方案。

6 方案實(shí)施

設(shè)計(jì)單位依據(jù)最終確定的2×80 m預(yù)應(yīng)力混凝土T形剛構(gòu)方案，完成了施工圖設(shè)計(jì)。在業(yè)主的組織下，該項(xiàng)目于2008年開工建設(shè)，其中跨越鐵路主體工程在完成澆筑后，工程轉(zhuǎn)體僅用55 min，對鐵路運(yùn)營的影響降低到了最小，同時(shí)確保了鐵路運(yùn)營的安全。該橋梁在2009年竣工通車，到目前為止運(yùn)營情況良好，橋梁主體結(jié)構(gòu)安全可靠。

7 結(jié)語

鑒于近年來高等級公路跨越運(yùn)營鐵路的項(xiàng)目越來越多，而鐵路運(yùn)輸安全的重要性也越來越顯著。從進(jìn)一步提高上跨鐵路立交橋在施工、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)等各方面的安全性為基本出發(fā)點(diǎn)，對跨越京廣鐵路的橋式方案進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，得出了一些有益的結(jié)論，對類似項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。

［1］中華人民共和國鐵道部.鐵道部令第29號 鐵路技術(shù)管理規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［2］中華人民共和國交通部.JTG B01—2003 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:人民交通出版社，2003.

［3］中華人民共和國交通部.JTG D60—2004 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］中華人民共和國交通部.JTG.T D65—01—2007 公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［5］劉俊.長聯(lián)多跨剛構(gòu)-連續(xù)梁橋的抗震設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(7):74-78.

［6］張揚(yáng).高墩大跨剛構(gòu)-連續(xù)組合梁的設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(4):79-82.