石家莊和平路高架匝道橋總體設計

田山坡

（中國鐵路設計集團有限公司，天津市 300251）

0 引言

隨著城市交通基礎設施建設的快速發(fā)展，市政道路橋梁跨越鐵路日益增多，轉體剛構橋承載能力高、結構剛度大、施工操控性好，且能最大限度地減小對橋下鐵路交通運輸的影響，故而應用前景廣泛，日益成為跨越既有繁忙鐵路干線的首選方案。加之受地形、地物等限制，導致跨線橋梁跨徑越來越大，給設計及施工帶來一定的難度。

1 工程概況

1.1 橋位概述

和平路位于石家莊城市核心區(qū)的北側，為石家莊市北翼東西向的一條城市主干路，和平路高架與石太鐵路交叉處的主線橋北側設一座上行匝道橋。匝道橋與鐵路交角149.1°，分別跨越石太鐵路等四條鐵路。匝道橋為（90+90）m鋼箱梁T構，采用轉體施工，轉體主墩位于既有鐵路西北側。縱斷面位于R=1 800 m的圓弧豎曲線上，轉體部分2×83.95 m。鋼箱梁橋面鋪裝頂層為40 mm高黏高彈改性瀝青SMA，下接5 mm防水黏結應力吸收層及DSP防水層，底層為60 mm（根據橋面板厚度由60～68 mm）C50聚合物鋼纖維增韌輕質混凝土。橋型布置如圖1所示。

圖1 橋型布置圖（單位:cm）

1.2 自然地理特性

1.2.1 地質情況

橋址區(qū)在大地構造上處于中朝準地臺上，位于山西斷隆的太行山隆起與華北斷坳的冀中凹陷的接壤部位。橋址區(qū)地址覆蓋層主要有雜填土、第四系全系統(tǒng)沖洪積層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層、第四系中更新統(tǒng)沖洪積層、第四系下更新統(tǒng)湖積層，上部為雜填土、粉質黏土、中粗砂，下伏基巖以圓礫、含卵礫石的中粗砂為主。

1.2.2 氣候條件

橋址區(qū)屬于暖溫帶半濕潤季風氣候，多年平均氣溫13.1℃，1月平均氣溫為-2.9℃，7月平均氣溫為26.5℃，最高氣溫為42.7℃，最低氣溫為-26.5℃。

1.2.3 水文

橋址區(qū)地下水含水層為第四系全新統(tǒng)及第四系下更新統(tǒng)地層，沖積～沖洪積成因。含水層巖性主要為卵石層、砂層和粉質黏土層，地下水來源于上流徑流補給及大氣降水向下徑流。根據鉆孔測量水位，勘察期間場地內地下水位埋深31.85～37.48 m，埋深高程39.7～39.85 m。

2 主要技術標準

（1）荷載等級：城-A級，提高1.3倍。

（2）車道布置：單車道。

（3）抗震設計參數：橋梁場地地震動峰值加速度為0.10 g，地震基本烈度7度。

（4）鐵路凈空：不小于7.96 m。

3 結構設計

3.1 上部結構

3.1.1 主梁設計

匝道橋主梁采用鋼箱梁，鋼箱梁設計的重點為結構的剛度、強度及疲勞，影響剛度與強度的關鍵因素為主梁高度。匝道橋邊墩位置處梁高3.0 m，中墩位置處梁高6.5 m，梁高按二次拋物線變化。鋼箱梁斷面為單箱單室，箱梁頂板寬7.0 m，底寬3.5 m，設置1.5%的單向橫坡，懸臂長度為1.75 m。為保證結構具有足夠的強度，頂板標準厚度為16 mm，在受力較大的墩頂附近頂板厚度增加到24 mm，頂板采用8 mm厚U形加勁肋及20 mm厚的板肋，間距570 mm；底板的厚度在順橋向不同區(qū)段采用了18～32 mm六種板厚，在受力較大的墩底區(qū)段底板板厚為40 mm，底板采用20 mm厚的扁肋，間距600 mm；腹板的厚度在順橋向不同區(qū)段采用了14～20 mm四種板厚，在受力較大的墩頂區(qū)段腹板板厚為20 mm，腹板采用20 mm厚的板肋。

匝道橋中墩處梁高6.5 m，其高腹板穩(wěn)定問題尤為突出，主梁設計應保證鋼箱梁橫向在彎矩及剪力共同作用下不失穩(wěn)。由于腹板的高厚比較大，在設置足夠的橫隔板、橫肋的同時，需設置多段縱向加勁肋，即根據不同梁高設計不同數量及位置的縱向加勁肋。縱向加勁肋共設置如下三種形式：

（1）3.0～3.6 m高梁段設置三道加勁肋；

（2）3.6～5.2 m高梁段設置四道加勁肋；

（3）5.2～6.5 m高梁段設置五道加勁肋。

腹板橫肋設置的主要目的是防止腹板剪切失穩(wěn)，對橫肋間距、腹板橫肋的剛度進行了驗算。根據驗算橫隔板間距為7.8 m，橫肋間距為1.3 m。縱橫肋布置如圖2所示。

3.1.2 臨時索塔設計

為控制轉體施工過程中鋼箱梁下撓，在中墩墩頂設置臨時索塔。臨時索塔設計的重點是確保索塔具有足夠強度及橫向聯系以及索塔與頂板焊接部位受力均勻，減小應力集中。索塔由4根直徑1.0 m、壁厚16 mm、長24.0 m的鋼管組成；每跨設置四根拉索，一端錨固在臨時索塔上，一端與梁體連接，通過拉索對轉體前梁體施加拉力，確保轉體過程中梁體不產生較大的撓度，轉體完成，支座安裝就位后，將索塔及斜拉索拆除。為抵消拉索在索塔處產生的拉力及保證索塔的橫向穩(wěn)定性，索塔設置鋼管橫撐，每根拉索錨固位置處設置4根直徑32 mm的精軋螺紋鋼。索塔立柱設置于腹板與橫隔板交接位置，索塔立柱加勁與腹板、橫隔板、頂板采用栓接方式連接。臨時索塔布置如圖3所示。通過設置臨時索塔，使主梁應力、端支座壓力、成橋線形等指標得到很好的控制。

圖3 臨時索塔布置圖（單位:cm）

3.1.3 墩梁固結設計

墩梁固結處是匝道橋的關鍵位置，保證鋼材與混凝土有效的連接及內力和變形的平順傳遞，采用帶隔室填充混凝土連接方式，鋼隔室里設置足夠的剪力釘及PBL鍵，鋼材與混凝土接觸面積較大，減小應力集中現象。為加強主梁與墩的連接，設置豎向預應力。建立局部有限元模型，驗算該位置在最不利荷載作用下混凝土、鋼材的應力、剪力釘及PBL鍵的剪力，豎向預應力鋼板的拉應力均滿足規(guī)范要求。墩梁固結布置如圖4和圖5所示。

3.2 下部結構

3.2.1 橋墩及基礎設計

主墩采用箱形空心墩，墩身采用C40混凝土，橫橋向寬度為3.5 m，壁厚0.8 m，順橋向寬度4.0 m，壁厚0.8 m。墩頂及墩底各設2.0 m厚實心段。主墩采用正方形承臺，承臺采用C40混凝土，邊長8.6 m、厚2.5 m，采用群樁基礎，承臺下配9根直徑1.2 m鉆孔灌注樁。

圖2 縱橫肋布置圖（單位:mm）

圖4 墩梁固結處立面圖（單位:mm）

圖5 墩梁固結處平面圖（單位:mm）

3.2.2 轉體系統(tǒng)

轉體結構由下轉盤、轉體支座、上轉盤（撐腳等）、轉動牽引系統(tǒng)組成。下轉盤為支承轉體結構全部重量的基礎，轉體完成后，與上轉盤共同形成基礎。下轉盤采用C40混凝土。轉體支座直徑為1650 mm，厚度為190 mm，是平轉法施工的轉動體系。上轉盤撐腳共設置6組。在撐腳的下方設有0.6 m寬的滑道，滑道半徑為2.75 m，轉體時保險撐腳可在滑道內滑動，以保持轉體結構平穩(wěn)。要求整個滑道面在一個水平面上，其相對高差不大于2 mm。

上部最大轉體噸位為3 200 t，根據轉體噸位選擇轉體支座。轉體系統(tǒng)結構如圖6和圖7所示。

3.3 阻尼器設計

為減小地震作用下的內力及位移，在地震作用下提供恒定的阻尼力，在邊墩各支座位置處各設一個阻尼器，全橋共四個阻尼器，阻尼系數為800 kN（/m/s）0.4，速度指數為0.4，單個阻尼器提供的阻尼力為1 000 kN。

4 施工方案設計

圖6 立面圖（單位:cm）

圖7 平面圖（單位:cm）

鋼箱梁采用分節(jié)段吊裝拼接施工，施工前需順鐵路方向施工支架基礎，搭設支架，采用1.2倍主梁重預壓支架。鋼箱梁節(jié)段除頂板U肋、板肋采用栓接連接外，頂板、底板及其加勁肋和腹板及其加勁肋等均采用焊接連接。墩梁固結部位混凝土澆筑應密實，以確保鋼材與混凝土有效連接。

匝道橋上跨石太鐵路，減少施工對鐵路運營的干擾，確保橋梁施工期間鐵路運營的安全，采用轉體法施工；在施工期間要及時對承臺、墩身的沉降及鐵路設施實施必要的安全監(jiān)控工作。轉體前應進行稱重、配重，減小不平衡彎矩。轉體時對風速要求不大于8m/s（相當于5級），轉體分為預轉體和正式轉體兩次進行。

5 結語

石家莊和平路上跨石太鐵路匝道橋具有跨度大、安全等級高等特點，設計采用（90+90）m鋼箱梁T構，采用帶臨時塔轉體施工方法。橋跨布置、結構體系選擇、結構設計合理，且具有施工對既有鐵路運營影響較小的優(yōu)勢。石家莊和平路上跨石太鐵路匝道橋現已通車，運營狀況良好。

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