王 兵,王德華

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院,濟南 250022； 2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司橋梁設計院,北京 100055)

1 工程概況

臨清市為了進一步改善交通環(huán)境,完善臨清市的路網(wǎng)結構,促進臨清市與周圍城市交流和地方經(jīng)濟的發(fā)展,臨清市政府擬在315省道臨清段(臨清南外環(huán))建設一座穿越京九鐵路的公鐵立交橋。

立交橋規(guī)模為1-(8.0+16.0+8.0) m,快車道通行凈高≥5.2 m,慢車道通行凈高≥3.7 m,橋址處鐵路里程為京九線K384+116.38,鐵路上、下行線間距為4.04 m,擬建路道路中心線與京九鐵路夾角為90°34′,框架橋快車道采用U形槽封地下水。

立交橋位于臨清市東南部,橋址處地勢平坦,兩側現(xiàn)為農田,既有京九鐵路軌面比自然地面高2.0 m左右。經(jīng)勘探揭示,橋址區(qū)地表局部分布人工填筑(Q4ml)土,天然地面以下為第四系全新統(tǒng)沖積(Q4al)粉土、粉質黏土、黏土和粉砂,基底基本承載力120 kPa。地下水位于地表下2.0 m左右,類型為第四系壤中潛水,主要受大氣降水補給。

根據(jù)鐵道部《不中斷鐵路運行施工方法及施工對鐵路限速的規(guī)定》,立交橋施工期間列車運行速度不能小于45 km/h,且施工期間橋址處線路將通行Ⅰ級超重、超限重載列車,為確保京九鐵路列車運行安全,既有線路加固方法是本次設計難點。

2 框架橋主體結構設計

框架橋主體結構采用(8.0+16.0+8.0)m連體式結構,機動車道布置于中孔16.0 m框架內,慢車道及人行道布置于兩個邊孔8.0 m框架內,具體布置見框架出入口立面(圖1)?？蚣軜蛑黧w采用先預制后頂進的施工方法。由于地質揭示橋址處地下水位較高,豐水期地下水位高出設計快車道路面1.05 m,故采用鋼筋混凝土U形槽封閉快車道地下水。框架橋主體設計采用“彈性地基上平面桿系結構計算通用程序”并增加大型框架橋因頂進變形引起的附加內力計算,框架橋箱身混凝土最大剪應力按τ≤0.90 MPa控制,框架橋基底置于粉質黏土上,箱身設計基底應力σ=120 kPa,地基允許承載力[σ]=120 kPa。

圖1 框架出入口立面(單位：cm)

3 加固方案的確定

D24型便梁架空線路加固是應用較為廣泛,且相對安全的一種加固方法,列車運行速度可達45 km/h,但由于本橋順線路方向跨度達35.0 m,D24便梁架空跨度不足,方案期間曾考慮將連體框架分為3個箱體,以便于線路加固,確保行車安全。但考慮到地方政府的要求及橋址處線間距只有4.04 m,不滿足D24便梁架設的最小線間距要求,如果采用D24便梁將對既有京九正線進行部分改線,將影響既有京九鐵路的正常運營,成本較大。

橫抬梁加固線路的方法,線路加固跨度大,但頂進期間線路橫向位移不好控制,且該橋位于京九鐵路干線上,通行I級超重、超限重載列車,按照鐵道部《不中斷鐵路運行施工方法及施工對鐵路限速的規(guī)定》,立交橋施工期間列車運行速度不能小于45 km/h,故橫抬梁加固方法不能滿足要求。

綜合考慮各種制約因素,本橋線路加固采用上部架設D12鋼便梁,用H型鋼替代普通工字鋼做橫抬梁,下部用φ1.5 m鉆孔樁基礎做支撐的加固方案。

4 線路加固設計

(1)線路加固計算

計算荷載:中-活載；計算行車速度V=45 km/h。

①橫梁強度的計算

便梁的重力G便梁=160.98 kN,線路設備重q線路=1.64 kN/m；橫梁沖擊系數(shù)а=1+μ×μ1=1.29(其中，μ為沖擊系數(shù)；μ1為列車速度45 km/h時折減系數(shù))；作用于便梁下每根橫梁上的靜活載F靜活=237.6 kN。由于橋址處線間距只有4.04 m,D12鋼便梁(乙式)架設時與線路中心不重合,偏心距E=0.48 m,需要計算出偏心架設后D12鋼便梁傳遞到橫梁上的力的大小。檢算橫梁強度時F=329.2 kN,其計算圖示見圖2。

圖2 便梁支點反力計算圖示(單位：cm)

橫梁按14.0 m跨簡支梁檢算,其計算圖示見圖3。

圖3 橫梁計算圖示(單位：cm)

強度檢算結果見表1。

表1 橫梁跨中截面法向正應力及支座截面處剪應力計算成果

由表1可以看出，橫梁跨中最大應力σmax=95.2 MPa<[σ允]=140 MPa；支座附近最大剪應力τmax=13.0 MPa<[τ允]=80 MPa。

②橫梁撓度的計算

撓度計算結果見表2。

表2 橫梁擾度計算成果

由表2可以看出，在跨中部位位移最大δmax=2.32 cm<[δ]=L/500=2.80 cm。

③縱梁強度計算

縱梁檢算按12.40 m連續(xù)梁計算,計算圖示見圖4。

圖4 縱梁計算圖示(單位：cm)

縱梁沖擊系數(shù)a=1+μ×μ1=1.33(其中，μ為沖擊系數(shù)；μ1為列車速度45 km/h時的折減系數(shù))。

縱梁上恒載重

G縱恒=G便梁+G線路+G橫梁=906.12 kN

表3 縱梁跨中截面法向正應力及支座截面處剪應力計算成果 MPa

由表3可以看出，縱梁跨中最大應力σmax=63.2 MPa<[σ允]=140 MPa；支座附近最大剪應力τmax=49.4 MPa<[τ允]=80 MPa。

④縱梁撓度計算

縱梁撓度的計算考慮其靜活載作用在縱梁上,按影響線加載,縱梁撓度計算結果見表4。

表4 縱梁撓度計算成果

由表4可以看出，縱梁最大豎向撓度δmax=0.85 cm<[δ允]=L/500=1.30 cm。

⑤基礎的計算

(2)線路加固布置

①總體布置。順線路方向架設5孔D12(乙式)鋼便梁,每孔鋼便梁下設8組橫抬梁,橫抬梁下設2組縱梁,每組縱梁下設3根C25鋼筋混凝土鉆孔樁支撐,具體布置見圖5～圖7。

圖5 線路加固立面(單位：cm)

圖6 線路加固平面(單位：cm)

圖7 線路加固側面(單位：cm)

②鉆孔樁基礎。縱梁下設置C25鋼筋混凝土φ1.5 m鉆孔樁基礎,間距6.2 m,每根長度30 m,共22根。

③架設縱梁。鉆孔樁頂架設縱梁,縱梁中心線距線路上、下行分別為3.5 m和4.5 m。每根縱梁由一組H458×417型鋼組成,每2根1組,具體組拼形式見圖8。采用Q235鋼,每組縱梁間每隔2 m設φ22 mm螺栓,將型鋼連接成1束.增強其整體性。

④鋪設橫抬梁。每孔鋼便梁下共設8組橫抬梁,長度為15 m。橫抬梁每組采用H458×417型鋼,組拼形式見圖9。采用Q235鋼,每3根組成1組,間距不大于1.62 m。3根H458×417型鋼之間采用φ22 mm螺栓連接成1束,每隔2 m設置1處。

圖8 縱梁組拼(單位：mm)

圖9 橫抬梁組拼(單位：mm)

⑤架設D12鋼便梁。順京九上、下行線路各架設5孔D12鋼便梁(乙式),便梁依次放置,利用其支座錨栓孔用厚度為12 mm、長度為1.0 m鋼板連接。

(3)連接及防線路橫移措施

①連接：橫梁與縱梁間采用角鋼夾板與U形螺栓連接形成一個整體,橫梁頂進前端和后端分別設一組連接系梁，也用角鋼夾板與U形螺栓連接，與橫梁形成整體。D12乙式施工便梁間利用其支座錨栓孔用厚度為12 mm鋼板連接。

②防止線路橫移措施：鉆孔樁頂設20 cm高鋼筋混凝土擋塊,防止縱梁橫移。D12施工便梁與橫抬梁連接系梁間每隔2 m用硬木支撐,防止便梁橫向移動。在框架橋頂進前、后端埋設4處地龍,將橫抬梁錨固。設一組鋼絲繩(走4)滑輪組,用10 t手拉葫蘆拉緊鋼絲繩,滑輪組固定于聯(lián)結抬梁H200×200型鋼上,沿線路方向,每12.4 m設1個手拉葫蘆,將橫抬梁拉住,防止橫抬梁橫向移動。同時框架頂上鋪鋼板,寬50 cm,間距2.0 m一塊,鋼板上涂石蠟,以減少頂進時摩擦力。

5 施工步驟及加固效果

(1)施工步驟

①開挖基坑、預制箱體、既有線路加固。

②箱體頂進至第1排樁邊緣,拆除第1排樁中影響頂進的樁,繼續(xù)頂進。

③箱體頂進就位后,施工翼墻與橋相鄰的引道外擋土墻,拆除框架箱體范圍內第2排樁。

④拆除縱、橫抬梁及D12乙式施工便梁,施工框架頂進前端懸臂板,補齊連接墻,施工橋內外引道。

(2)加固效果

該橋現(xiàn)已施工完畢,施工期間可通行Ⅰ級超重、超限重載列車,經(jīng)觀測線路加固的強度、剛度、線路的橫向穩(wěn)定性,均滿足行車運輸要求。

6 結語

“H型鋼橫抬D12鋼便梁”加固線路的方法,解決了大跨度下穿鐵路框架橋線路加固的難題,避免了因線路加固無法實施而改移線路的問題,減少了對既有線路運營的影響。隨著我國城市化進程步伐的加快,下穿鐵路立交橋跨度也越來越大,如何解決大跨度下穿框架橋頂進施工期間,既要保證列車運行安全,又不影響列車行車速度,成為了迫在眉睫的問題,在本工程設計中,采用“H型鋼橫抬D12鋼便梁”加固線路的方法,并采用一系列防線路橫移措施,確保了立交橋施工期間線路安全及行車速度,為以后類似工程設計積累了經(jīng)驗。

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