高速公路上跨铁路桥梁设计研析讨论

步文韬

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102627）

1 工程概述

某高速公路设计速度100 km/h；设计荷载：公路-Ⅰ级；标准路面横坡：双向2%；标准路基断面：[0.75 m（土路肩）+3.0 m（硬路肩）+2×3.75 m（行车道）+0.75 m（路缘带）+1.0 m（中央分隔带）]×2=26.0 m；桥梁设计安全等级：一级。该铁路西起黑龙江省绥化市，东至黑龙江省佳木斯市，为非电气化铁路，设计速度120 km/h（客），90 km/h（货），线间距4.6 m，为有砟轨道，是一条重要铁路运输线，于1941年11月建成通车。公路与铁路交叉处铁路为路基段，路基填高约3 m，铁路里程约K93+100，公路里程约K1+878.800，交角为74°。

2 高速公路上跨铁路桥梁设计原则

2.1 确保铁路运营安全

桥梁结构上跨铁路时，需首先考虑如何尽可能减少对铁路的影响，根据《国铁集团工电部关于加强穿（跨）越铁路营业线和邻近营业线工程方案等审查和施工安全管理的通知》（工电桥房函〔2020〕48号）中的桥梁施工应优先采用转体施工方案，本工程采用T构先顺铁路方向支架现浇梁体，再平面转体跨越铁路。同时，考虑到支架现浇侧工程规模大，施工时间长，如支架倾覆或者掉落杂物，可能影响铁路运营安全，故对T构主墩位置，现浇时，使梁边缘距离铁路限界边缘（限界中心向外偏移2.44 m）的水平距离等于桥面与地面的距离，使现浇梁体时结构尽可能远离铁路。

2.2 技术先进原则

高速公路上跨铁路桥梁设计在因地制宜的基础上，必须坚持技术先进原则，在桥梁建设过程中要采用先进的工艺、技术与设备，不断提升桥梁建设质量与效率，推动高速公路上跨铁路桥梁工程的现代化发展，为桥梁建设质量的提升奠定基础[1]。

2.3 经济可行原则

高速公路上跨铁路桥梁设计在安全与质量控制的基础上，还要对成本进行考虑，要求在设计过程中坚持经济可行原则，就地取材，在方便施工的同时，降低材料成本费用。在此过程中，设计方案要具有可行性，能为施工提供有效指导，坚持经济可行原则，以最小的成本获取最大的效益。

2.4 环境保护原则

近些年，绿色发展是各行各业的主要发展方向，也是节能减排的重要途径之一。高速公路上跨铁路桥梁设计需坚持环境保护原则，要从桥位选择、桥跨布置等方面分析对环境产生的影响，减少对环境产生的污染与破坏，确保施工全过程的绿色环保。过去在高速公路上跨铁路桥梁的施工过程中，由于设计不合理，经常会出现破坏生态，污染环境的行为，但在本设计中坚持环境保护原则，对施工时临时占用的土地进行复垦，最大限度地降低了施工全过程对生态环境产生的影响。

3 高速公路上跨铁路桥梁设计方案

3.1 上部结构设计

本项目桥梁设计为双向四车道，主桥整幅上跨该铁路，混凝土T构作为主桥结构，采取支架现浇、平面转体的施工方法。主梁横断面采用单箱三室斜腹板截面，边支点梁高、中支点梁高分别为2.7 m、6.2 m。箱梁顶板的宽度为29.18 m，桥面设置双向横坡，坡度为2%。箱梁顶板、悬臂端部、根部的厚度分别为0.28 m、0.2 m、0.55 m，底板厚度范围为0.25~0.9 m，在支点处加厚至1.5 m[2]。

梁体结构设计时，采用纵向、横向双向预应力体系，采用15-φS15.2 mm及17-φS15.2 mm钢绞线作为纵向预应力钢束，锚具型号分别为M15-15、M15-17；采用15-φS15.2 mm及12-φS15.2钢绞线作为中、边隔墙的钢束，锚具型号分别为M15-15、M15-12；采用4-φS15.2 mm钢绞线作为桥面板横向预应力钢束，锚具型号为BM15-4、BM15-4P，单端采取交错张拉间距50 cm，锚下张拉控制应力为1 339.2 MPa。

3.2 下部结构设计

中墩采用空心矩形截面，墩身高7 m，平面尺寸5 m（顺桥向）×8.5 m（横桥向）；基础采用25根直径1.5 m的钻孔灌注桩，交接墩采用四柱式桩柱式桥墩，墩柱直径1.6 m，桩基采用直径1.8 m的钻孔灌注桩。

转体结构上下盘、转体支座是组成转体结构的主要部分。转动系统的转体支座、环形滑道等需设置在下转盘上。在完成转体后会与上转盘形成基础。转体时，为保持支撑转体结构平稳，要设置保险腿，保险腿就是上盘撑脚。转台对称的两个保险腿之间，中心线与上盘纵向中心线在保险腿的受力情况下会重合。撑脚下方设置滑道，保险撑脚在转体时能够在滑道内滑动，转体结构能保持平稳。

3.3 施工工艺设计

在施工过程中，一些管线会对基础产生干扰，要科学拆改管线；主桥主墩基坑防护、基础施工，上下转盘施工并安装转体系统；上下转盘与主墩墩顶临时锁定与固结。对于支架地基处理，应采取换填法处理地基，原土使用一层厚度为20 cm的二灰稳定砂砾垫层换填，然后将C20混凝土垫层铺设在顶面，垫层厚度为30 cm。浇筑（57+57）m梁体，张拉预应力钢束；施工防撞护栏及防落物网；在做好称重与配重之后，进行T构转体，对梁体线形进行调整，转体时间、转体角速度分别为65 min、0.02 rad/min，转体吨位12 000 t。转体系统的上盘与下盘需做好封固措施；在浇筑边跨3 m合龙段前，在混凝土强度、弹性模量分别达到95%、设计值的100%，且梁体混凝土龄期在7 d以上时，张拉预应力钢束；进行桥面系及附属工程施工至成桥。

3.4 引桥桥梁设计

引桥桥梁设计中小里程侧引桥的右幅、左幅分别采用3×30 m预应力混凝土（后张）先简支后连续小箱梁、预应力混凝土现浇箱梁+4×30 m预应力混凝土（后张）先简支后连续小箱梁。对于大里程侧引桥设计，采用的先简支后连续小箱梁分别为4×30 m预应力混凝土（后张）、3×30 m预应力混凝土（后张）。

引桥箱梁为等高度箱梁，梁高1.6 m，梁高、顶板、底板和腹板厚度分别为160 cm、18 cm、18 cm、8 cm。单片预制边梁顶板宽度、底板宽度分别为285 cm、100 cm；单片预制中梁顶板宽度、底板宽度分别为240 cm、100 cm。横向布置预制小箱梁，布置数量为9片，湿接缝宽度、桥宽分别为83.5 cm、29.18 m。

下部结构采用桩柱式桥墩，使用5根墩柱，墩柱直径、桩基础直径分别为1.4 m、1.6 m；T构交接墩的墩柱为4根，墩柱直径、桩基础直径分别为1.6 m、1.8 m；基础采用钻孔灌注桩。

3.5 防撞护栏设计

根据JT/T 1311—2020《公路铁路交叉路段技术要求》中第6.5.3.1条，采用外侧SS+HA级双层防撞护栏，内侧SS级单层防撞护栏。设置范围按规范公式计算，来车方向自公路边线与铁路边线交叉点起，向外延申130 m，去车方向自铁路安保区（路基坡脚向外15 m）宽度起，向外延申20 m，在2×60 mT构及两侧各一联4×30 m连续小箱梁设置。防撞护栏力的作用点在距离护栏顶面5 cm的位置，碰撞荷载标准值、荷载分布长度分布为104 kN/m、5 m。

按照抛物线和动能定理，公路跨线桥护栏车辆来向最小设置长度可以按式（1）计算：式中，L为公路跨线桥护栏车辆来向最小设置长度，m；θ为公铁立体交叉角度，（°）；μ为摩擦系数；v为冲出路侧护栏的车辆速度，km/h；h为公路跨线桥面高度，m；g为重力加速度，9.8m/s2。

公路跨线桥的路侧护栏防护等级及适用条件见表1。

表1 公路跨线桥的路侧护栏防护等级及适用条件

3.6 材料设计

3.6.1 混凝土

调平层、主桥主梁采用C50混凝土，主墩桥墩与承台、交接墩柱及盖梁采用C40混凝土，桩基采用水下C35混凝土，防撞护栏采用C40混凝土。

3.6.2 预应力钢绞线及锚具

纵、横向预应力采用φs15.2高强度低松弛预应力钢绞线，标准强度、弹性模量分别为1 860 MPa、1.95×105MPa。预应力锚具采用Ⅰ类锚具，要求锚固效率系数控制在95%以上。采用群锚体系，确保预应力钢绞线锚具的稳固性。竖向预应力采用φ16 mm-3无黏结预应力钢棒，抗拉强度标准值、锚下张拉控制应力系数分别为1 420 MPa、0.66。

3.6.3 普通钢筋及钢材

钢筋直径≥12 mm、钢筋直径＜12 mm分别采用带肋螺纹钢筋、光圆钢筋，钢筋型号为HRB400和HPB300。对于钢筋直径≥25 mm的，可以在连接时采用钢筋机械接头，保证连接器技术满足相关要求。

3.7 设计复核

桥梁质量的根本是结构设计，也是监控的重点，所以，工作人员要验算好设计施工图，对桥梁结构设计的合理性进行分析[3]。严格按照相关规范要求确定桥梁设计主要参数，然后复核结构设计，保证结构设计能满足施工要求，通过验算及时发现问题，并对设计方案进行调整与优化。

4 结语

随着《国铁集团工电部关于加强穿（跨）越铁路营业线和邻近营业线工程方案等审查和施工安全管理的通知》（工电桥房函〔2020〕48号）的出台，各铁路局更倾向于采用T构转体桥梁上跨既有铁路，这种跨越方法和小箱梁跨越相比，施工时不需要在铁路上方作业，作业时间较短，对铁路正常运营的影响较小。高速公路上跨铁路桥梁设计从多个维度、细节出发，提出设计中的要点，保证设计的整体质量，确保高速公路上跨铁路桥梁在运行中的安全与稳定，推动我国铁路事业的可持续发展。