沈耀海

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600)

1 項目概況

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車存車場等客運設施，需新增1條動車走行線并改建既有衢九鐵路下行線。九江動車走行線為單線鐵路，有砟軌道，設計行車速度80 km/h，于D1DK0＋464跨越九江城市快速路，與道路交叉角90°；改建既有衢九線為單線鐵路，有砟軌道，設計行車速度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車道。九江動車走行線左側約17 m為既有衢九下行線、既有京九線跨九江城市快速路殷家壟中橋，孔跨布置為3－24 m簡支T梁橋。城市快速路北側地下埋設有九江市第三水廠兩根DN1400不銹鋼水管，埋深0.5～1.0 m，其中靠近城市快速路側為出廠管，遠離側為原水管。兩處水管穿過既有鐵路橋后，在橋址處斜向沿改建衢九線約38 m后折向外側引入自來水廠。

由于此處自來水管道為九江市供水主管道，遷改周期長，對城鄉(xiāng)居民生產(chǎn)生活影響大、遷改費用高，且部分管道位于既有鐵路橋下，遷改影響既有線安全，故設計采用橋梁跨越管道。橋址處線路交叉情況見圖1。

圖1 橋址線路交叉平面(單位:m)

2 方案研究及比選

2.1 方案研究

根據(jù)現(xiàn)場條件，九江動車走行線、改衢九線跨越城市快速路橋梁方案要同時滿足以下要求:

(1)滿足城市快速路立交凈空5.5×20 m(高×寬)要求。九江動車走行線、改衢九線跨越城市快速路處梁面標高36.49 m，城市快速路路面標高28.11 m，跨越橋梁梁厚不大于2.88 m。

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

(3)滿足現(xiàn)場施工條件。橋梁墩臺基礎要預留既有鐵路、城市快速路及自來水管的施工安全距離，便于實施安全防護措施；梁部應具備預制架設、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、先進成熟、經(jīng)濟適用、保護環(huán)境的要求，滿足運營、檢查、維護和應急搶修要求，并具有良好的耐久性，結構簡潔美觀，力求標準化，便于制造和機械化施工[2]。

經(jīng)初步分析，預制簡支T梁、現(xiàn)澆簡支箱梁、懸臂灌注連續(xù)梁[3－4]及48 m簡支鋼－混組合桁架梁等四種常見橋式方案基本滿足跨越條件，需進行進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)方案研究結果，結合現(xiàn)場條件分析，四種方案各有優(yōu)缺點。

(1)預制簡支T梁方案成熟可靠、經(jīng)濟環(huán)保，是最常見鐵路橋梁方案之一。但受現(xiàn)場交通條件限制，周邊無公路運梁通道，從既有線接軌運梁工程線難度非常大，T梁架設可實施性不強。

(2)現(xiàn)澆簡支箱梁方案解決了T梁運架困難的問題，但在九江城市快速路上方搭設現(xiàn)澆支架不但侵占道路凈空影響道路運營，而且在公路橋梁上支設現(xiàn)澆支架鋼管柱難度大、風險高。

(3)預應力混凝土連續(xù)梁橋在鐵路非常規(guī)跨度梁中應用非常廣泛[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現(xiàn)澆支架。但橋下凈空有限導致連續(xù)梁梁高受限，且梁段掛籃施工影響道路凈空，需臨時導行。

(4)48 m簡支鋼桁梁跨度大、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]等結構形式需在梁底設置檢查小車，影響道路凈空，故采用不設檢查小車的鋼－混組合桁架梁[9－10]方案更為合理。該方案需要單獨設置鋼桁梁現(xiàn)澆及拼裝場地。

2.2.2 門式墩方案比選

為避開橋址處布置極為不規(guī)則的自來水管道，設計創(chuàng)造性提出將動車走行線與改衢九線共用1個鋼筋混凝土門式墩跨越自來水管道方案。門式墩可設于自來水管原水管和出廠管之間(方案一)或原水管外側(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 門式墩平面布置(單位:m)

方案一適用于32 m簡支梁跨越方案。門式墩跨度20 m，基礎與既有鐵路、自來水管道及城市快速路距離較近，施工空間有限、施工風險較大。

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

四種橋式方案及門式墩方案對比分析結果見表1。

表1 方案對比

經(jīng)綜合比較，懸臂灌注連續(xù)梁具有技術成熟、制約因素少、工期較短、工程造價較低、后期維修養(yǎng)護工作量小等優(yōu)點。其制約因素可通過優(yōu)化連續(xù)梁截面高度、對九江城市快速路臨時導行[11－12]、加強門式墩中墩臨時固結等措施予以解決，被選為最終實施方案。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)

3 結構設計

3.1 設計參數(shù)

根據(jù)方案比選結果，九江動車走行線跨九江快速路大橋孔跨布置為(28＋44＋28)m，改衢九線跨九江快速路大橋孔跨布置為(35＋44＋28)m。

3.2 梁部設計

(1)梁部構造

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稱。為滿足低高度連續(xù)梁預應力鋼筋布設，中支點梁高可適當加大。

經(jīng)計算分析，連續(xù)梁設計為單箱單室等高度變截面結構，梁高2.7 m，并在中支點兩側各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4。

圖4 連續(xù)梁典型橫斷面(單位:cm)

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

(2)預應力鋼束布置

連續(xù)梁均為單向預應力體系，預應力鋼束采用高強度低松弛鋼絞線，標準強度fpk＝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)梁跨度不對稱，35 m邊跨受力大于28 m邊跨，根據(jù)計算對其預應力鋼束布置進行適當加強。

(3)計算結果

連續(xù)梁縱向結構靜力計算分析采用西南交通大學“BSAS Pro 2017”程序。全聯(lián)連續(xù)梁按照施工順序劃分為38個單元，建立平面桿系單元模型，見圖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，對施工、運營各階段進行計算，得出最不利組合計算結果。

圖5 (28＋44＋28)m連續(xù)梁計算模型

強度、抗裂性計算結果見表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)角計算結果見表3。

表2 連續(xù)梁強度及抗裂性計算結果

表3 連續(xù)梁最大撓度及梁端豎向轉(zhuǎn)角計算結果

由表2、表3可知，連續(xù)梁各截面應力、最大撓度及梁端豎向轉(zhuǎn)角均滿足設計規(guī)范要求。

3.3 門式墩設計

(1)結構設計

門式墩由橫梁、墩柱及基礎三部分組成。橫梁橫橋向長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)；樁基承臺尺寸為6.4×6.4 m(順橋向×橫橋向)，厚3.0 m，基礎采用4根直徑1.5 m的鉆孔灌注樁。門式墩結構尺寸如圖6所示。

圖6 門式墩結構布置(單位:cm)

(2)結構計算

門式墩橫梁采用“BSAS Pro 2017”程序計算，墩柱及基礎采用“Midas Civil”程序計算。限于篇幅，門式墩橫梁與墩柱基礎計算結果不再列出。

兩聯(lián)連續(xù)梁共用一個門式墩作為連續(xù)梁主墩的情況非常少見，且門式墩與線路斜交，中墩臨時固結如僅采用墩頂固結方式，會存在錨固鋼筋與門式墩橫梁預應力鋼筋沖突、墩頂臨時固結尺寸和鋼筋數(shù)量受限的問題，不能滿足受力要求。經(jīng)計算分析，門式墩中墩臨時固結采用墩頂臨時錨固和墩旁鋼管混凝土柱支撐相結合的方式，解決了中墩臨時固結受力問題。

4 施工方案

根據(jù)工程特點和地形條件，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和難點。

4.1 施工步驟

(1)場地平整，完成防護工程后，施工墩臺樁基、承臺及普通墩臺身。

(2)采用鋼管柱支架現(xiàn)澆法施工門式墩橫梁。

(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 道路導行措施

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

連續(xù)梁中跨梁段與道路的相對位置關系見圖7。交通導行及連續(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系(單位:m)

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

(2)道路左右幅均保留內(nèi)側車道、封閉外側車道，改為單行道通行，連續(xù)梁九江側實施1號段、衢州側實施1～4號段。

(3)九江側道路全封閉，連續(xù)梁實施2、3號段；衢州側道路雙車道改為雙向單車道運行，連續(xù)梁掛籃退回0號塊位置。

(4)道路左右幅均保留外側車道、封閉內(nèi)側車道，改為單行道通行。九江側連續(xù)梁實施4號段，衢州側連續(xù)梁掛籃仍留存于0號塊。

(5)九江側道路雙車道改為雙向單車道運行，衢州側道路全封閉；兩側連續(xù)梁5號段實施完畢后，完成6號合龍段。

(6)拆除掛籃，復原道路中間隔離帶、恢復交通。

通過以上導行措施，保證了九江城市快速路在本工程實施期間的正常運營。連續(xù)梁施工及成橋現(xiàn)場照片如圖8所示。

圖8 連續(xù)梁施工及成橋現(xiàn)場照片

5 結束語

隨著我國城市發(fā)展和基礎建設突飛猛進，城區(qū)橋梁建設制約和控制因素越來越多，如何因地制宜確定合理的橋式方案是工程勘察設計的重中之重。

九江動車走行線、改衢九線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，方案簡單易行、較為經(jīng)濟、后期維修養(yǎng)護工作量小，不但滿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個跨度16.5 m的鋼筋混凝土門式墩，采用最經(jīng)濟有效的措施避開了不規(guī)則布置的自來水管道。

九江動車走行線、改衢九線跨越九江城市快速路大橋連續(xù)梁于2021年8月順利合龍。該橋的成功實施，為將來類似工程勘察設計及施工提供了新的思路。