■陳 恒

(海峽(福建)交通工程設(shè)計有限公司，福州 350004)

近年來，隨著福建省公路建設(shè)的高速發(fā)展，路網(wǎng)的不斷完善，新建公路跨越既有鐵路線路的現(xiàn)象普遍存在，跨線橋逐漸受到關(guān)注和重視?？缇€橋的設(shè)計和施工具有特殊性和復(fù)雜性，不僅要滿足橋下鐵路線路凈空的特殊要求，還要保證既有線路的安全和正常運營，其選線、孔跨布置、結(jié)構(gòu)計算、安全防護及附屬設(shè)施的設(shè)計均受到一定限制，設(shè)計施工難度較大。

連續(xù)剛構(gòu)橋是將墩身與連續(xù)主梁固結(jié)而成的一種橋梁。它是在連續(xù)梁橋和T 型剛構(gòu)橋的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的大跨徑橋梁最常用的形式之一，具有跨越能力大，伸縮縫少平順度好，行車舒適，施工無體系轉(zhuǎn)換，無需大型支座，順橋向抗彎、橫橋向抗扭剛度大，順橋向抗推剛度小，能充分適應(yīng)溫度、混凝土收縮徐變、地震的影響等特點。懸臂現(xiàn)澆施工是連續(xù)剛構(gòu)橋最常用的施工工藝之一，其特點是無需建立落地支架，不影響橋下通航、行車，充分利用預(yù)應(yīng)力混凝土承受負彎矩能力強的特點，但由于懸臂施工周期較長，對施工期間安全防護提出了很高要求。

本文對上跨鷹廈鐵路的廈沙高速公路沙溪大橋的設(shè)計、計算與施工的特殊性做了詳細介紹，其經(jīng)驗可供同類橋梁參考。

1 工程概況

沙溪大橋位于海西高速公路網(wǎng)廈沙高速公路三明段沙縣境內(nèi)，橋型布置為：3×35m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)-剛構(gòu)T 梁+(63.5+115+115+63.5)m 預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)箱梁+35m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁，全長505m。該橋3 號墩至7 號墩以(63.5+115+115+63.5)m連續(xù)剛構(gòu)箱梁上跨既有鷹廈鐵路，兩線相交范圍為：沙溪大橋左橋與鷹廈鐵路交叉處樁號ZK184+076.7，交角93.61°；右橋與鷹廈鐵路交叉處樁號YK184+088.9，交角91.86°；鷹廈鐵路交叉里程K322+000～K322+430。沙溪大橋上跨鷹廈鐵路平面關(guān)系見圖1。

圖1 沙溪大橋上跨鷹廈鐵路平面關(guān)系圖

本橋位于R=1000、Ls=200m 的緩和曲線及直線段上，上跨部分平縱面均位于直線段內(nèi)。

2 主要設(shè)計標準

公路等級：高速公路；

設(shè)計速度：80km/h；

設(shè)計洪水頻率：1/100；

橋面寬度：單幅12.25m=0.5m(防撞欄) +11.25m(行車道)+0.5m(防撞欄)；

地震設(shè)防：場地地震動加速度峰值為0.05g，橋梁抗震設(shè)防類別為B 類，抗震設(shè)防烈度為6 度，抗震設(shè)防措施等級為7 度；

環(huán)境類別：Ⅰ類；

航道等級：內(nèi)河Ⅴ級；

設(shè)計基準期：100 年；

設(shè)計荷載：公路—Ⅰ級；

收縮徐變：混凝土的收縮徐變特性按照規(guī)范取值，施工環(huán)境濕度按80%取用，主梁混凝土加載齡期3～7天(計算結(jié)果按3 天計列)。收縮徐變產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)二次內(nèi)力及變形由程序自動計算，收縮徐變總天數(shù)取3650天，置于施工最后階段；

二期恒載：包括6cm C40 防水砼、10cm 瀝青砼、及防撞護欄，折合成線荷載按63.375kN/m 計算；

汽車活載：公路—I 級，按3 車道計，并按車道數(shù)予以折減，折減系數(shù)為0.78，汽車偏載系數(shù)取1.15；活載橫向調(diào)整系數(shù)為：3×0.78×1.15=2.691；汽車制動力按同向行駛3 車道考慮，汽車制動力：3×(10.5×357+360)×10%×0.78=961.4kN;

溫度模式：結(jié)構(gòu)所有單元(上部箱梁及下部箱墩)均計入均勻溫差作用及梯度溫差作用。均勻溫差：升溫溫差取25℃，降溫溫差取-23℃。梯度溫差：按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》 (JTGD60-2004)推薦的模式，如圖2 所示。

圖2 溫度梯度模式(單位：mm)

墩臺不均勻沉降：按臺與墩分別沉降10mm。

3 橋位及孔跨布置

平面上，沙溪大橋左橋與鷹廈鐵路交叉處交角93.61°；右橋與鷹廈鐵路交叉處交角91.86°；兩線交角均接近90°，從而極大地降低了沙溪大橋建設(shè)對交叉處鷹廈鐵路通視條件造成的不利影響。

縱斷面上，在1985 國家高層基準下，左橋6#墩墩頂高程約157.60m，右橋6#墩墩頂高程約157.48m，交叉處鷹廈鐵路軌頂高程約111m，如圖3 所示，因此交叉處橋梁梁底距鐵路軌面高程差均大于45m，均在《標準軌距鐵路建筑限界》 (GB146.2-83)規(guī)定的鐵路基本建筑限界之外，同時滿足梁底至軌頂高度應(yīng)大于8.5m的要求。

沙溪大橋左右橋6#墩均位于交叉處鷹廈鐵路路基排水溝及臨溪側(cè)路塹坡頂外側(cè)，其中左橋6#墩承臺距鐵路路塹坡頂水平向最小凈距約12.1m，右橋6#墩承臺距鐵路路塹坡頂水平向最小凈距約13.1m(如圖4 所示)，均在《標準軌距鐵路建筑限界》 (GB146.2-83)規(guī)定的鐵路基本建筑限界之外，滿足《鐵路安全管理條例》 (中華人民共和國國務(wù)院令第639 號)第三十二條“在鐵路線路安全保護區(qū)及其鄰近區(qū)域建造或者設(shè)置的建筑物、構(gòu)筑物、設(shè)施等，不得進入國家規(guī)定的鐵路建筑限界”的要求。

圖3 公鐵交叉處局部立面圖(單位：cm)

圖4 公鐵交叉處局部平面詳圖(單位：cm)

因此，沙溪大橋左右橋總體設(shè)計方案均能滿足國家規(guī)定的鐵路基本建筑限界的要求，橋梁總體設(shè)計方案合理。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 建筑材料

主橋箱梁(含齒塊)采用C55 砼，主橋主墩墩身采用C40 砼，主墩頂5.5m 范圍內(nèi)采用C55 砼，主橋樁基、承臺采用C30 砼。

縱向預(yù)應(yīng)力筋采用公稱直徑為15.20mm 高強度低松弛鋼絞線，fpk=1860MPa，張拉控制應(yīng)力為1357.8MPa，箱梁頂板懸澆束及腹板束采用Φs15.2-19鋼絞線，中、邊跨頂?shù)装搴蠑n束采用Φs15.2-17 鋼絞線，對應(yīng)錨具分別采用M15-19 型和M15-17 型錨具，對應(yīng)波紋管分別采用φ內(nèi)100mm 及φ內(nèi)90mm 塑料波紋管，波紋管孔道摩阻系數(shù)μ=0.17、偏差系數(shù)k=0.0015。箱梁豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用JL25 精軋螺紋鋼筋。

普通鋼筋：鋼筋直徑≤10mm 者采用HPB300 光圓鋼筋，直徑＞10mm 者采用HRB400 帶肋鋼筋。

4.2 上部結(jié)構(gòu)

本橋主橋為(63.5+115+115+63.5)m 預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)箱梁，采用單箱單室箱形截面(如圖5所示)，頂板寬度箱梁頂面寬12.25m，箱底寬6.25m。箱梁控制斷面梁高為：中支點處7.0m，邊跨直線段及主跨跨中處為2.8m，高跨比分別為1：16.4 和1∶41.1，箱梁高度和底板厚度按2 次拋物線變化。箱梁頂板厚度為28cm，底板厚從跨中至根部由28 cm 變化為75cm，腹板從跨中至根部分3 段采用50、60、75cm 三種厚度，墩頂腹板厚度為100cm。

圖5 箱梁斷面示意圖(單位：cm)

上部結(jié)構(gòu)采用掛籃懸臂澆筑施工方法，每個懸澆T構(gòu)縱向?qū)ΨQ劃分為15 個節(jié)段，梁段劃分從根部至邊跨直線段為4×3.0m、11×3.5m，懸澆節(jié)段最大控制重量1335kN，合攏段長度為2m，合攏方式采用先邊跨合攏再中跨合攏?？缰屑爸c截面鋼束布置見圖6。

圖6 跨中/支點截面鋼束布置示意圖(單位：cm)

4.3 下部結(jié)構(gòu)

大橋主橋主墩4 號、5 號、6 號均采用箱形墩配樁基礎(chǔ)、主橋交界墩采用箱形墩及薄壁墩配樁基礎(chǔ)；墩橫斷面外觀尺寸6.25m×4.5m，承臺尺寸11.0m×11.0m×4.0m，主墩樁基采用雙排樁，樁徑2.8m，橫向、縱向樁距均為6.2m。

5 結(jié)構(gòu)計算

5.1 模型簡介

本橋縱向計算主程序采用橋梁博士V3.5.0 程序，按平面桿系進行結(jié)構(gòu)分析。結(jié)合結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點及施工順序進行結(jié)構(gòu)離散，全橋共劃分179 個單元。結(jié)構(gòu)計算模型如圖7 所示。

圖7 計算模型

邊界條件：主墩樁基礎(chǔ)根據(jù)等剛度原則進行群樁等代，等代樁基底固結(jié)，過渡墩位置僅設(shè)豎向支撐。

大橋施工順序劃分如下：施工樁基礎(chǔ)、承臺及墩身；立模澆筑0＃塊；接著安裝掛籃，立模對稱澆筑懸澆段混凝土；懸澆完畢，按邊跨、中跨的順序合攏，形成連續(xù)剛構(gòu)體系；最后鋪設(shè)橋面鋪裝、澆筑防撞欄，拆除臨時施工設(shè)施，完成施工。

根據(jù)實際施工順序，計算共劃分為53 個施工階段和1 個運營階段，懸澆節(jié)段施工周期按8 天。

5.2 計算結(jié)果

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》 (JTG D62-2004)按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件對上部結(jié)構(gòu)進行驗算。

圖8 施工階段最大應(yīng)力包絡(luò)圖

圖9 最大抗力及抗力對應(yīng)內(nèi)力圖

圖10 最小抗力及抗力對應(yīng)內(nèi)力圖

圖12 短期效應(yīng)組合主應(yīng)力包絡(luò)圖

圖13 標準組合箱梁上、下緣正應(yīng)力包絡(luò)圖

圖14 標準組合箱梁主應(yīng)力包絡(luò)圖

由圖8～圖14 可知，沙溪大橋上部結(jié)構(gòu)各階段的應(yīng)力均滿足設(shè)計規(guī)范要求。

撓度驗算：邊跨跨中最大撓度為15.95mm，中跨跨中最大撓度為37.72mm，均小于計算跨徑的1/600，滿足規(guī)范要求。

預(yù)應(yīng)力鋼筋最大拉應(yīng)力驗算：使用階段受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線的最大拉應(yīng)力限值為1209MPa；從計算結(jié)果可以看出，標準組合預(yù)應(yīng)力鋼絞線最大拉應(yīng)力1207MPa，滿足規(guī)范要求。

綜上：沙溪大橋結(jié)構(gòu)安全滿足公路—Ⅰ級汽車荷載的要求。但從我院以往設(shè)計的公鐵交叉項目來看，僅滿足公路—Ⅰ級荷載，安全系數(shù)偏低，為確保交叉段落安全結(jié)構(gòu)可采用設(shè)計荷載乘以一定擴大系數(shù)的做法，該做法在鐵路、公路技術(shù)標準中均未明確規(guī)定，因此對公鐵交叉跨線橋的荷載要求需由鐵路與公路主管部門協(xié)商，進行專題研究。

6 橋梁防護及附屬設(shè)施設(shè)計

《鐵路安全管理條例》 (中華人民共和國國務(wù)院令第639 號)第四十四條規(guī)定：“……跨越鐵路線路的道路橋梁，應(yīng)當按照國家有關(guān)規(guī)定設(shè)置防止車輛以及其他物體進入、墜入鐵路線路的安全防護設(shè)施和警示標志……”。

6.1 防撞護欄

《關(guān)于公鐵立交和公鐵并行路段護欄建設(shè)與維護管理相關(guān)問題的通知》 (鐵運［2012］139 號) 規(guī)定：“……公路跨越鐵路立交橋應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土墻式護欄和防護網(wǎng)，并根據(jù)不同的設(shè)計速度，按照《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》 (JTGD81)中‘車輛駛出橋外有可能造成二次重大事故或二次特大事故’的有關(guān)規(guī)定提高一個防撞等級設(shè)置護欄?！?/p>

目前，省內(nèi)高速公路沿線橋梁大部分采用“閩華”混凝土防撞護欄，該類護欄防撞等級為SA 級，無法滿足上述文件要求，故沙溪大橋橋面兩側(cè)按SS 級標準設(shè)計防撞欄。

6.2 防拋網(wǎng)

《南昌鐵路局公鐵并行防護欄、公跨鐵立交橋防拋網(wǎng)管理辦法》 (南鐵工務(wù)發(fā)(2010)126 號)規(guī)定：“新建客運專線公跨鐵立交橋要設(shè)置高度為2.5m 及以上的防拋網(wǎng)，既有線公跨鐵立交橋防拋網(wǎng)高度不少于2.0m……。防拋網(wǎng)設(shè)置范圍不得少于橋下線路外軌外側(cè)5m，防拋網(wǎng)要求安設(shè)牢固，網(wǎng)孔孔徑不大于20mm?！?/p>

沙溪大橋上跨部分防拋網(wǎng)應(yīng)按照上述要求設(shè)置。

6.3 排水設(shè)施

圖15 上跨處橋面泄水管布置圖

橋面排水系統(tǒng)：上跨鷹廈鐵路段落不布置豎向泄水管，并將橋面匯水排至路塹邊溝處，以消除橋面排水對鐵路路基的影響。

6.4 警示標志

(1)鷹廈鐵路為電氣化鐵路，根據(jù)《南昌鐵路局公鐵并行防護欄、公跨鐵立交橋防拋網(wǎng)管理辦法》 (南鐵工務(wù)發(fā)(2010)126 號)規(guī)定：“電氣化區(qū)段的上跨立交橋防拋網(wǎng)要設(shè)置‘高壓危險’警示標?！保煌瑫r，上跨立交必須安裝接地裝置，以避免雜散電流對鐵路運營產(chǎn)生影響。

(2)為減少上跨橋梁交通事故，在引橋區(qū)段設(shè)置相關(guān)交通告示牌，提醒駕駛員前方跨越鐵路，謹慎駕駛，嚴禁變道、超車。

7 施工方法及防護

結(jié)合工程地質(zhì)條件，本橋在施工過程中面臨的困難主要有：6 號墩施工臨近既有線；采用懸臂現(xiàn)澆施工存在較多的高空墜物隱患；跨越電氣化鐵路線路，既有線行車不中斷，行車干擾、鐵路配合任務(wù)量大，防電要求高；7 號墩、沙縣臺位于既有鐵路路塹邊坡，施工過程防落石措施尤為重要。

為克服上述困難，施工時應(yīng)采用下列措施：

(1)6 號墩左右橋承臺與鷹廈鐵路間最小水平凈距約為12.1m，樁基承臺施工時應(yīng)避免對鐵路路塹邊坡附加堆載，做好承臺開挖的邊坡穩(wěn)定驗算及防護措施；細化施工機械及人員的平面布置，設(shè)置隔離，確保施工機械和人員不進入鐵路基本建筑限界；采用震動相對較小的樁基成孔方式，并輔以全空套筒護壁施工，以防塌孔或擾動鐵路邊坡。

(2)采用全封閉掛籃防止物體墜落；掛籃結(jié)構(gòu)及加固系統(tǒng)應(yīng)充分考慮，并做好掛籃拼裝過程、前移過程各系統(tǒng)及構(gòu)件的檢查、防風固定；橋面施工期，橋面兩側(cè)設(shè)置隔離柵及密目網(wǎng)封閉，以防止護欄模板及防護網(wǎng)等墜落；施工中各類長懸臂機械應(yīng)配置完善的接地、防雷系統(tǒng)。

(3)橋面投影前后5m 范圍鷹廈鐵路設(shè)置防護棚，如圖16 所示，防止物體墜落影響鐵路安全；防護棚應(yīng)通過專門的結(jié)構(gòu)驗算，滿足一定的高空墜物承載要求，同時滿足最大重量施工機具的沖擊影響、鐵路運營振動影響及防風設(shè)計；防護棚立柱應(yīng)做好防撞措施，橫梁結(jié)構(gòu)應(yīng)鋪設(shè)一定范圍的防電絕緣板以滿足絕緣要求，同時防護棚應(yīng)有完整的接地系統(tǒng)并確保接地良好。

圖16 上跨鷹廈鐵路施工防護棚示意圖

(4)7 號墩、沙縣臺位于既有鐵路路塹上邊坡，在既有鐵路漿砌護坡與7 號墩間設(shè)置一道柔性被動防護網(wǎng)和一道重力式攔渣墻，以防止落石侵入鐵路路基；7號墩、沙縣臺樁基承臺施工均采用人工開挖形式，減少對既有邊坡擾動。

8 結(jié)論

跨鐵路線橋不同于一般的橋梁，其橋梁設(shè)計需進行專門的特殊設(shè)計，并配置完善的防護系統(tǒng)，從而確保鐵路的正常、安全運營。

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