黔桂线扩能改造中柳州市鹅山立交桥的利用

李寿锋

（南宁枢纽工程建设指挥部，工程师，广西 南宁 530001）

既有鹅山立交桥为柳州市繁忙交通主干道下穿柳州站股道而设，因黔桂铁路扩能改造，原设计方案将该立交桥拆除后新建框架桥，以满足增设股道的需要。但新建方案存在3个难题：一是铁路长期限速施工对运输干扰及安全风险大；二是施工须长期封闭市区繁忙交通主干道，对地方生产生活干扰极大；三是既有立交桥采用薄壁板墙墩结构，成功解决了低洼交通干道的排水问题，而新建桥按标准型设计，无法解决排水问题。通过组织专家对该立交桥进行了检测评估，以数据证明该既有桥能够满足改造后的黔桂铁路运营技术标准，从而做出接长利用的优化设计方案，使以上3个难题得以解决。

1 既有桥概况

既有鹅山路立交桥位于柳州站贵阳端咽喉区，1979年建成使用至今。为兼顾城市交通主干道的净高及排水，采用钢筋混凝土连续斜交板梁及薄壁板墙墩结构。桥梁穿越7股道，桥孔跨型式为（8.7+10.0+8.7）m，斜交角度为62°40′，薄壁墩厚 68cm，中墩高5.8m，梁高60cm。桥梁立面布置见图1所示。

图1 鹅山路立交桥立面布置示意图

2 既有桥的检测与评估

为查明鹅山路立交桥经过27年运营后的技术状态，以判定其能否继续适用于未来黔桂线扩能改造后的技术要求，2006年3月，中南大学土木工程检测中心组织有关专家到现场，对该立交桥进行了测试评估。

检测桥梁从静态和动态2个方面进行。静态检测的项目包括各跨控制截面梁底拉应力和各控制截面挠度；动态检测的项目包括动力系数、动位移和结构动力特性。因黔桂线扩能改造后，对桥梁结构的动力指标要求提高，故动态检测的结果对评估桥梁能否适用于改造后的黔桂铁路运营需要起到关键性的作用。为此，着重介绍动力检测方面的情况。动态检测的测点布置在各跨跨中两侧进行检测，如图2所示。

图2 动态检测的测点布置图

2.1 动位移测试 以1台东风4型机车作为动荷载，分别以 10km/h，20km/h，30km/h，40km/h，45km/h，50km/h，55km/h，60km/h的速度通过桥梁，测试得到各跨在不同行车速度下的动位移响应结果（见表1）。

表1 动位移响应结果 单位：mm

由表1可看出：

1）边跨跨中、中跨跨中竖向最大动位移分别为0.269mm，0.257mm；边跨跨中、中跨跨中横向最大动位移分别为0.237mm，0.208mm，分别为跨度L的1/42194，1/41826，远小于《铁路桥梁检定规范》第10.0.5条桥跨结构横向振幅通常值L/18.2B及安全限值L/9000要求，说明该桥横向刚度良好。

2）随着行车速度的增加，各跨跨中竖向动位移响应基本呈现显增加趋势，但最大值出现在速度40～50km/h。

3）不同行车速度下，各跨跨中的竖向动位移比横向大很多，说明该桥横向刚度较竖向刚度大，各测点的动位移值基本符合受力规律。

2.2 动力系数测试 通过测试结构动应变的方法测取结构的动力系数。各种行车速度下的动力系数测试分析结果见表2。

表2 动力系数测试分析结果

由表2可看出，中跨跨中截面动力放大系数分别在1.006～1.018之间，说明该桥动力性能良好。

2.3 结构动力特性 结构动力特性主要包括频率、阻尼及振型等，测试时除采用跑车、跳车和刹车外，还可采用脉动（环境随机振动）方法进行。

2.3.1 振动频率 通过对脉动进行频谱分析可获得结构的自振特性，结合跑车测试数据，综合分析得到精确的桥跨结构自振特性数据，振动频率实测及理论分析结果见表3。

表3 振动频率实测及理论分析结果 单位：Hz

从表3可看出：

1）实测脉动前3阶竖向自振频率分别为11.761Hz，16.895Hz，20.920Hz，均比相应行车振动频率稍大。分析原因是因为行车时，结构振动有附加机车质量影响；二者均较理论计算值稍大，说明该桥各联连续梁实际竖向刚度较理论大。

2）实测行车前3阶竖向自振频率分别为11.510Hz，16.772Hz，20.712Hz，均大于规定值，说明该桥具有良好行车安全度。

3）实测及理论计算结果均表明，横桥向一阶振动频率约为竖向的4倍，说明该桥横向刚度较竖向刚度大很多。

2.3.2 结构阻尼 结构阻尼是结构的重要动力特性，常用临界阻尼比来表示。由于结构阻尼本身非常复杂，根据结构的动力响应信号（主要为自由振动衰减信号），采用对数衰减率方法获取结构临界阻尼比，按下式求得：

式中：γ为对数衰减率；

αn为第n个波的峰-峰值；

αn+k为第n+k个波的峰-峰值；

Dc为临界阻尼比。

根据实测部分振动衰减信号分析计算，实测该桥第一阶临界阻尼比为7.63%，与一般桥梁结构临界阻尼比1.0%～10%接近，属正常范围。

3 优化设计方案

通过对该立交桥静态和动态检测、外观检查和混凝土强度无损检测，结合对大量检测数据进行整理分析，判定既有鹅山路立交桥设计合理，目前技术状态良好，强度、竖横向刚度、校验系数、桥墩沉降等性能指标，均能够满足黔桂铁路扩能改造后的运营要求。因此，作出既有桥完全利用，即按既有桥的结构型式接长利用的变更设计方案。在既有桥左右侧分别接长5.32m、4.57m，梁体采用与既有桥梁一样的连续板梁，桥墩采用桩基础薄臂墩。既有桥接长利用的变更设计平面布置见图3。

图3 既有桥接长利用的变更设计方案（平面布置图）

4 结束语

鹅山路立交桥按既有桥结构型式接长利用变更方案的成功实施，一方面减少了立交桥下的供水管路、燃气管道、排水管、通信光缆、高压线路等管线迁移，节省投资450万元，另一方面避免了拆除旧桥进行过渡对既有线运输的影响，节省投资280万元。同时采用板梁结构，有效降低了结构高度，在保证道路排水顺畅的同时最大限度满足立交桥的净空，并减少了因立交桥施工对城市交通造成的不良影响，取得了良好的经济效益和社会效益。2007年开通运营以来，该桥状态良好，很好地满足了铁路运输的需要。

柳州市鹅山立校桥的保留利用，说明某些既有的立交桥。只要设计合理，功能适用，如通过检测评估证明其能够继续适用于提速扩能改造后的运营要求，均应予以保留利用。对某些优秀的设计方案和理念更应给予继承和发展，而不应一味地大拆大改。这样，既可以节约建设资金，又可以减少对既有铁路运输的干扰，带来是可观的经济效益和社会效益。