安九鐵路跨九江城市快速路大橋設(shè)計(jì)

沈耀海

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600)

1 項(xiàng)目概況

根據(jù)安九鐵路引入九江樞紐方案[1]，安九鐵路在九江站北京端配套增建動(dòng)車(chē)存車(chē)場(chǎng)等客運(yùn)設(shè)施，需新增1條動(dòng)車(chē)走行線(xiàn)并改建既有衢九鐵路下行線(xiàn)。九江動(dòng)車(chē)走行線(xiàn)為單線(xiàn)鐵路，有砟軌道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度80 km/h，于D1DK0＋464跨越九江城市快速路，與道路交叉角90°；改建既有衢九線(xiàn)為單線(xiàn)鐵路，有砟軌道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度160 km/h，于GTJDK249＋066跨越九江城市快速路，與道路交叉角89°。

九江城市快速路為4－30 m簡(jiǎn)支變連續(xù)T梁橋，采用矩形雙柱式橋墩，道路全寬20 m，雙向4車(chē)道。九江動(dòng)車(chē)走行線(xiàn)左側(cè)約17 m為既有衢九下行線(xiàn)、既有京九線(xiàn)跨九江城市快速路殷家壟中橋，孔跨布置為3－24 m簡(jiǎn)支T梁橋。城市快速路北側(cè)地下埋設(shè)有九江市第三水廠(chǎng)兩根DN1400不銹鋼水管，埋深0.5～1.0 m，其中靠近城市快速路側(cè)為出廠(chǎng)管，遠(yuǎn)離側(cè)為原水管。兩處水管穿過(guò)既有鐵路橋后，在橋址處斜向沿改建衢九線(xiàn)約38 m后折向外側(cè)引入自來(lái)水廠(chǎng)。

由于此處自來(lái)水管道為九江市供水主管道，遷改周期長(zhǎng)，對(duì)城鄉(xiāng)居民生產(chǎn)生活影響大、遷改費(fèi)用高，且部分管道位于既有鐵路橋下，遷改影響既有線(xiàn)安全，故設(shè)計(jì)采用橋梁跨越管道。橋址處線(xiàn)路交叉情況見(jiàn)圖1。

圖1 橋址線(xiàn)路交叉平面(單位:m)

2 方案研究及比選

2.1 方案研究

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，九江動(dòng)車(chē)走行線(xiàn)、改衢九線(xiàn)跨越城市快速路橋梁方案要同時(shí)滿(mǎn)足以下要求:

(1)滿(mǎn)足城市快速路立交凈空5.5×20 m(高×寬)要求。九江動(dòng)車(chē)走行線(xiàn)、改衢九線(xiàn)跨越城市快速路處梁面標(biāo)高36.49 m，城市快速路路面標(biāo)高28.11 m，跨越橋梁梁厚不大于2.88 m。

(2)避開(kāi)自來(lái)水廠(chǎng)原水管和出廠(chǎng)管。橋位處水管布置極為不規(guī)則且不能遷改，跨越難度大。

(3)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工條件。橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)要預(yù)留既有鐵路、城市快速路及自來(lái)水管的施工安全距離，便于實(shí)施安全防護(hù)措施；梁部應(yīng)具備預(yù)制架設(shè)、支架現(xiàn)澆或懸臂灌注等常規(guī)措施的施工條件。

(4)符合安全可靠、先進(jìn)成熟、經(jīng)濟(jì)適用、保護(hù)環(huán)境的要求，滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)、檢查、維護(hù)和應(yīng)急搶修要求，并具有良好的耐久性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔美觀，力求標(biāo)準(zhǔn)化，便于制造和機(jī)械化施工[2]。

經(jīng)初步分析，預(yù)制簡(jiǎn)支T梁、現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁、懸臂灌注連續(xù)梁[3－4]及48 m簡(jiǎn)支鋼－混組合桁架梁等四種常見(jiàn)橋式方案基本滿(mǎn)足跨越條件，需進(jìn)行進(jìn)一步方案比選以確定最優(yōu)方案。

2.2 方案比選分析

2.2.1 橋梁方案比選

根據(jù)方案研究結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件分析，四種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。

(1)預(yù)制簡(jiǎn)支T梁方案成熟可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，是最常見(jiàn)鐵路橋梁方案之一。但受現(xiàn)場(chǎng)交通條件限制，周邊無(wú)公路運(yùn)梁通道，從既有線(xiàn)接軌運(yùn)梁工程線(xiàn)難度非常大，T梁架設(shè)可實(shí)施性不強(qiáng)。

(2)現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁方案解決了T梁運(yùn)架困難的問(wèn)題，但在九江城市快速路上方搭設(shè)現(xiàn)澆支架不但侵占道路凈空影響道路運(yùn)營(yíng)，而且在公路橋梁上支設(shè)現(xiàn)澆支架鋼管柱難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。

(3)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在鐵路非常規(guī)跨度梁中應(yīng)用非常廣泛[5－6]，跨度布置靈活，采用懸臂灌注法施工避免了在道路上方搭設(shè)現(xiàn)澆支架。但橋下凈空有限導(dǎo)致連續(xù)梁梁高受限，且梁段掛籃施工影響道路凈空，需臨時(shí)導(dǎo)行。

(4)48 m簡(jiǎn)支鋼桁梁跨度大、建筑高度低，采用頂推或拖拉施工基本不影響道路交通，非常適用于立交凈空受限條件。常規(guī)的縱橫梁混凝土橋面系、密橫梁混凝土橋面系、密橫梁鋼橋面系[7－8]等結(jié)構(gòu)形式需在梁底設(shè)置檢查小車(chē)，影響道路凈空，故采用不設(shè)檢查小車(chē)的鋼－混組合桁架梁[9－10]方案更為合理。該方案需要單獨(dú)設(shè)置鋼桁梁現(xiàn)澆及拼裝場(chǎng)地。

2.2.2 門(mén)式墩方案比選

為避開(kāi)橋址處布置極為不規(guī)則的自來(lái)水管道，設(shè)計(jì)創(chuàng)造性提出將動(dòng)車(chē)走行線(xiàn)與改衢九線(xiàn)共用1個(gè)鋼筋混凝土門(mén)式墩跨越自來(lái)水管道方案。門(mén)式墩可設(shè)于自來(lái)水管原水管和出廠(chǎng)管之間(方案一)或原水管外側(cè)(方案二)，如圖2所示。兩方案間距約為12 m，適用于不同孔跨的橋梁方案。

圖2 門(mén)式墩平面布置(單位:m)

方案一適用于32 m簡(jiǎn)支梁跨越方案。門(mén)式墩跨度20 m，基礎(chǔ)與既有鐵路、自來(lái)水管道及城市快速路距離較近，施工空間有限、施工風(fēng)險(xiǎn)較大。

方案二適用于連續(xù)梁、簡(jiǎn)支鋼桁等跨度較大梁跨越方案。門(mén)式墩跨度16.5 m，基礎(chǔ)與城市快速路及自來(lái)水管道距離較大，施工空間較富余，但靠近既有鐵路需增加防護(hù)措施。

四種橋式方案及門(mén)式墩方案對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 方案對(duì)比

經(jīng)綜合比較，懸臂灌注連續(xù)梁具有技術(shù)成熟、制約因素少、工期較短、工程造價(jià)較低、后期維修養(yǎng)護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。其制約因素可通過(guò)優(yōu)化連續(xù)梁截面高度、對(duì)九江城市快速路臨時(shí)導(dǎo)行[11－12]、加強(qiáng)門(mén)式墩中墩臨時(shí)固結(jié)等措施予以解決，被選為最終實(shí)施方案。該方案橋梁布置如圖3所示。

圖3 懸臂灌注連續(xù)梁方案(改衢九線(xiàn))

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)方案比選結(jié)果，九江動(dòng)車(chē)走行線(xiàn)跨九江快速路大橋孔跨布置為(28＋44＋28)m，改衢九線(xiàn)跨九江快速路大橋孔跨布置為(35＋44＋28)m。

3.2 梁部設(shè)計(jì)

(1)梁部構(gòu)造

為降低梁高，減少施工難度，充分利用梁部模板，兩聯(lián)連續(xù)梁均采用低高度等高截面且外形盡可能對(duì)稱(chēng)。為滿(mǎn)足低高度連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力鋼筋布設(shè)，中支點(diǎn)梁高可適當(dāng)加大。

經(jīng)計(jì)算分析，連續(xù)梁設(shè)計(jì)為單箱單室等高度變截面結(jié)構(gòu)，梁高2.7 m，并在中支點(diǎn)兩側(cè)各4.05 m范圍梁高加高至3.2 m。箱梁頂寬7.1 m、底寬3.8 m。梁體典型橫斷面布置見(jiàn)4。

圖4 連續(xù)梁典型橫斷面(單位:cm)

連續(xù)梁均分為27個(gè)梁段，其中44 m中跨分為11個(gè)梁段，最中間為中跨合龍段。一般梁段長(zhǎng)度為3.5 m或3.0 m，合龍段長(zhǎng)度為2.0 m；28 m邊跨和35 m邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度分別為5.6 m和12.6 m。

(2)預(yù)應(yīng)力鋼束布置

連續(xù)梁均為單向預(yù)應(yīng)力體系，預(yù)應(yīng)力鋼束采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk＝1 860 MPa，Ep＝1.95×105 MPa，錨固體系采用 OVM系列錨具。其中(35＋44＋28)m連續(xù)梁跨度不對(duì)稱(chēng)，35 m邊跨受力大于28 m邊跨，根據(jù)計(jì)算對(duì)其預(yù)應(yīng)力鋼束布置進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)。

(3)計(jì)算結(jié)果

連續(xù)梁縱向結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算分析采用西南交通大學(xué)“BSAS Pro 2017”程序。全聯(lián)連續(xù)梁按照施工順序劃分為38個(gè)單元，建立平面桿系單元模型，見(jiàn)圖5。根據(jù)鐵路荷載及荷載組合要求，分別考慮主力、主力＋附加力工況，對(duì)施工、運(yùn)營(yíng)各階段進(jìn)行計(jì)算，得出最不利組合計(jì)算結(jié)果。

圖5 (28＋44＋28)m連續(xù)梁計(jì)算模型

強(qiáng)度、抗裂性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，靜活載與溫度荷載組合作用下最大撓度、靜活載作用下梁端豎向轉(zhuǎn)角計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 連續(xù)梁強(qiáng)度及抗裂性計(jì)算結(jié)果

表3 連續(xù)梁最大撓度及梁端豎向轉(zhuǎn)角計(jì)算結(jié)果

由表2、表3可知，連續(xù)梁各截面應(yīng)力、最大撓度及梁端豎向轉(zhuǎn)角均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3.3 門(mén)式墩設(shè)計(jì)

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

門(mén)式墩由橫梁、墩柱及基礎(chǔ)三部分組成。橫梁橫橋向長(zhǎng)16.5 m，順橋向?qū)挾葹?.3 m，橫梁高2.8 m，與墩柱相連接的部分加厚至3.3 m；墩柱高(不含橫梁)4.2 m，墩截面為3.0×2.5 m(順橋向 ×橫橋向)；樁基承臺(tái)尺寸為6.4×6.4 m(順橋向×橫橋向)，厚3.0 m，基礎(chǔ)采用4根直徑1.5 m的鉆孔灌注樁。門(mén)式墩結(jié)構(gòu)尺寸如圖6所示。

圖6 門(mén)式墩結(jié)構(gòu)布置(單位:cm)

(2)結(jié)構(gòu)計(jì)算

門(mén)式墩橫梁采用“BSAS Pro 2017”程序計(jì)算，墩柱及基礎(chǔ)采用“Midas Civil”程序計(jì)算。限于篇幅，門(mén)式墩橫梁與墩柱基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果不再列出。

兩聯(lián)連續(xù)梁共用一個(gè)門(mén)式墩作為連續(xù)梁主墩的情況非常少見(jiàn)，且門(mén)式墩與線(xiàn)路斜交，中墩臨時(shí)固結(jié)如僅采用墩頂固結(jié)方式，會(huì)存在錨固鋼筋與門(mén)式墩橫梁預(yù)應(yīng)力鋼筋沖突、墩頂臨時(shí)固結(jié)尺寸和鋼筋數(shù)量受限的問(wèn)題，不能滿(mǎn)足受力要求。經(jīng)計(jì)算分析，門(mén)式墩中墩臨時(shí)固結(jié)采用墩頂臨時(shí)錨固和墩旁鋼管混凝土柱支撐相結(jié)合的方式，解決了中墩臨時(shí)固結(jié)受力問(wèn)題。

4 施工方案

根據(jù)工程特點(diǎn)和地形條件，連續(xù)梁采用懸臂灌注法施工，其中九江城市快速路上方梁段懸臂灌注施工為本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

4.1 施工步驟

(1)場(chǎng)地平整，完成防護(hù)工程后，施工墩臺(tái)樁基、承臺(tái)及普通墩臺(tái)身。

(2)采用鋼管柱支架現(xiàn)澆法施工門(mén)式墩橫梁。

(3)施工連續(xù)梁梁體，其中現(xiàn)澆段采用鋼管柱支架現(xiàn)澆，懸臂灌注段采用全封閉掛籃。

(4)拆除梁體和門(mén)式墩現(xiàn)澆支架。

(5)施工橋面系和橋梁附屬工程。

4.2 道路導(dǎo)行措施

九江城市快速路車(chē)流量非常大，為保證道路暢通，確保橋梁施工及車(chē)輛運(yùn)行安全，九江城市快速路金三角互通至九江長(zhǎng)江大橋公路管理局區(qū)間100 m范圍采取交通導(dǎo)行措施，由雙車(chē)道交匯單車(chē)道通行。

連續(xù)梁中跨梁段與道路的相對(duì)位置關(guān)系見(jiàn)圖7。交通導(dǎo)行及連續(xù)梁中跨懸臂施工步驟:

圖7 連續(xù)梁與城市快速路位置關(guān)系(單位:m)

(1)兩聯(lián)連續(xù)梁同步實(shí)施，在完成連續(xù)梁0號(hào)塊后，拆除導(dǎo)行段高速公路橋梁中間隔離帶并做好交通導(dǎo)行準(zhǔn)備工作。

(2)道路左右幅均保留內(nèi)側(cè)車(chē)道、封閉外側(cè)車(chē)道，改為單行道通行，連續(xù)梁九江側(cè)實(shí)施1號(hào)段、衢州側(cè)實(shí)施1～4號(hào)段。

(3)九江側(cè)道路全封閉，連續(xù)梁實(shí)施2、3號(hào)段；衢州側(cè)道路雙車(chē)道改為雙向單車(chē)道運(yùn)行，連續(xù)梁掛籃退回0號(hào)塊位置。

(4)道路左右幅均保留外側(cè)車(chē)道、封閉內(nèi)側(cè)車(chē)道，改為單行道通行。九江側(cè)連續(xù)梁實(shí)施4號(hào)段，衢州側(cè)連續(xù)梁掛籃仍留存于0號(hào)塊。

(5)九江側(cè)道路雙車(chē)道改為雙向單車(chē)道運(yùn)行，衢州側(cè)道路全封閉；兩側(cè)連續(xù)梁5號(hào)段實(shí)施完畢后，完成6號(hào)合龍段。

(6)拆除掛籃，復(fù)原道路中間隔離帶、恢復(fù)交通。

通過(guò)以上導(dǎo)行措施，保證了九江城市快速路在本工程實(shí)施期間的正常運(yùn)營(yíng)。連續(xù)梁施工及成橋現(xiàn)場(chǎng)照片如圖8所示。

圖8 連續(xù)梁施工及成橋現(xiàn)場(chǎng)照片

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)城市發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)突飛猛進(jìn)，城區(qū)橋梁建設(shè)制約和控制因素越來(lái)越多，如何因地制宜確定合理的橋式方案是工程勘察設(shè)計(jì)的重中之重。

九江動(dòng)車(chē)走行線(xiàn)、改衢九線(xiàn)跨越九江城市快速路大橋采用等截面低高度懸臂灌注法施工連續(xù)梁，方案簡(jiǎn)單易行、較為經(jīng)濟(jì)、后期維修養(yǎng)護(hù)工作量小，不但滿(mǎn)足了跨越九江城市快速路的立交要求，還創(chuàng)造性地將兩聯(lián)并置連續(xù)梁的中墩合并為1個(gè)跨度16.5 m的鋼筋混凝土門(mén)式墩，采用最經(jīng)濟(jì)有效的措施避開(kāi)了不規(guī)則布置的自來(lái)水管道。

九江動(dòng)車(chē)走行線(xiàn)、改衢九線(xiàn)跨越九江城市快速路大橋連續(xù)梁于2021年8月順利合龍。該橋的成功實(shí)施，為將來(lái)類(lèi)似工程勘察設(shè)計(jì)及施工提供了新的思路。