铁路梁桥改扩建框架桥设计方案浅析

陈春生

(福建铁四院勘察设计研究院有限公司,福州 350013)

随着城市道路和交通设施的迅速发展及进一步完善,一些既有规模较小、结构陈旧的公铁立交梁桥已成为城市交通发展的“瓶颈”,如何在保证铁路正常运营条件下,将既有铁路简支梁桥改扩建为框架桥成为城市公铁立交改扩建中的常见问题,结合泉州市南北大道立交桥设计方案的研究分析,为如何充分合理的利用既有梁桥并对其进行改扩建为框架立交桥的设计提供新思路。

1 工程概况

既有立交桥位于漳泉线繁忙地段,桥型结构为24 m+16 m预应力混凝土简支梁桥,桥上线路为单线、直线,桥台为T形桥台、桥墩为圆端形桥墩、地质条件良好均为扩大基础,其中24 m跨为既有道路,供机动车及行人通行,桥下净高4.5 m。

南北大道为拟建规划道路,是连接福厦高速铁路泉州站的主要通道,宽度64 m,车道布置为4.5 m(人行道)+6 m(非机动车道)+4 m(分隔带)+15.5 m(机动车道)+4 m(中央分隔带)+15.5 m(机动车道)+4 m(分隔带)+6 m(非机动车道)+4.5 m(人行道),道路等级为城市主干道Ⅰ级,行车速度60 km/h,它是提高城市交通效率,优化整体市政布局,改善投资环境,发展城市经济的重要工程。

2 设计方案的选择

在工程方案论证初期曾提出扩孔方案,即在既有2孔简支梁桥外侧再顶进2孔框架桥,使桥位处形成4孔的立交桥(旧桥保留使用)。该方案的优点是设计简单、易于施工,工程风险小,但建成后道路线形不畅,断面畸形,路幅划分不佳且占地较多、拆迁量大,势必严重影响市政长远规划建设。因此，结合南北大道道路标准要求,确定采用拆除既有铁路简支梁桥,重新修建框架桥的设计方案。根据南北大道的平纵断面及设计路幅,拟采用10.5 m+16.5 m+16.5 m+10.5 m分离式钢筋混凝土框架结构,与铁路斜交16°40′,机动车道从两个中孔通过,人行道及非机动车道从两个边孔通过,顶进法施工。

3 利用既有梁桥改扩建框架桥设计构思的提出及实施

南北大道立交桥规模较大,条件复杂,设计应从技术质量、运输安全、城市规划、施工方便、工程造价、环境影响等诸多方面进行全面综合考虑,本桥设计的最大难点在于如何在充分保证线路安全的前提下拆除既有铁路简支梁桥顶进大跨度斜交框架。目前在既有线上施工,常用的大跨度线路加固方法有“D型施工便梁”和“工字钢纵挑横抬法”,而桥位处于铁路繁忙干线上,需要加固的线路范围极大,若采用工字钢纵挑横抬法加固,则线路整体性差,列车限速低,需要采用大量的大型工字钢,耗材较多,同时要求有较大的建筑高度,对铁路运输及行车安全也造成极大影响。

设计中发现既有梁桥24 m跨净宽达到22.3 m,在不拆除既有桥墩台,只需拆除梁部,便可满足中孔③号框架(净宽16.5 m)穿越,且框架的底板底高程高于既有梁桥墩台基础底高程,那么利用既有桥墩台作为D型施工便梁支墩,架设24 m施工便梁加固线路,在不影响既有梁桥墩台的情况下,顶进中孔③号框架便成为可能。通过与道路设计单位的沟通协商,对线路平面做了微调,既有梁桥与新建框架关系如图1所示。

4 设计中的关键环节

4.1 便梁支墩的设置

虽然该立交桥孔跨较多、规模较大,受既有桥影响线路加固困难,但只要能够顶进中孔③号框架,其余孔框架便可利用其做为便梁支墩,架设便梁,加固线路,那么首要问题是要解决如何顶进中孔③号框架。

D型施工便梁具有安装简便、线路加固整体性强,有效保障铁路运输安全等优点,其中24 m施工便梁全长24.5 m,最大支点距24.12 m,纵梁中心距4.46 m,纵梁宽度0.48 m,高1.3 m。经现场详实勘察,既有桥0号台～1号墩顶帽中心距为24.03 m,桥面宽度为3.9 m(不含人行道),顶帽宽度为6 m,均满足24 m施工便梁纵梁架设,既有桥轨底至梁顶厚度有50 cm,在拆除梁部挡砟墙20 cm后,也能完全满足24 m施工便梁横梁的穿越,中孔③号框架线路加固如图2、图3所示。

图1 框架桥立面(单位：cm)

图2 中孔③号框架线路加固立面(单位：cm)

图3 便梁支墩横断面(单位：cm)

便梁支墩采用C25钢筋混凝土,设于墩台帽顶面,截面为1.0 m×1.3 m,为保证便梁支墩的稳定,支墩底面与墩台帽顶面间打入钎钉,钎钉采用φ25 mm钢筋,间距20 cm,埋入既有墩台帽40 cm,同时在墩台帽下方相应位置设置支撑柱,该柱与既有墩台结合面上也均打入钎钉,这样就使便梁支墩与既有桥墩台很好地形成整体,也保证了既有桥墩台的稳定,为下一步既有梁的拆除创造了条件。

4.2 既有梁拆除方案

当线路加固完成,既有梁完全停止工作后便可进行既有梁部拆除，既有梁为2片24 m梁,单片质量达78 t,采取切割法拆除。即先在既有梁下搭设6个枕木垛平台,上设工字钢滑道,并用液压千斤顶对拟拆梁部进行支顶,用切割机沿梁长分6段将既有梁切割。切割过程中应注意梁体断裂,一端翘头影响线路。然后，利用千斤顶将梁段落于工字钢滑道上,并拖拽到线路外安全区域,清理外运。该方案的优点是能够充分保证铁路各种设施完善,安全、工期、投资等指标均可达到预先构想。

5 结语

本工程在同类工程中具有一定代表性,随着城市道路标准的提高,大量标准较低的立交桥都存在新旧置换要求,既要保证铁路行车安全,又要完成新桥体顶进,并拆除既有桥,同时各项环保指标也须达到要求,因此,因地制宜地制定完整、科学、合理的设计方案是工程顺利进行的先决条件,南北大道立交桥为今后类似工程的设计积累了经验,具有一定的实用性及借鉴意义。

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