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高速下穿铁路设计方案研究

摘要:现有一些道路的通行能力已不满足现阶段交通的需求,需要对原有道路进行扩建,拓宽设计过程中处理好原道路与周边建筑、道路的关系尤为重要,个别关键节点甚至影响整个拓宽工程的实施。对于下穿铁路桥梁的公路,需根据周边的地理条件制定合理的下穿方式,同时要考虑净空、桩基等的相互影响,以某扩建公路下穿铁路为例,针对安全性以及可行性进行研究,并给出一种可行的设计方案,为类似的工程项目提供借鉴。

关键词:扩建,下穿,铁路扩建

公路不可避免的会与既有道路或规划道路交叉,因此需要在设计方案中着重考虑空间和施工作业面的协调性。工程上常采用拆除重建上跨公路桥梁,调整规划道路线形及分幅新建拼宽桥,绕开既有结构物等解决方案,但当公路与铁路桥梁相交,且平面空间受限时,常规的方法已不适用,对结构物采取一定的构造措施能够节省大规模的资金投入及减少建设过程中的相互影响。

1项目概况

扩建公路桥梁宽度为24.5m,双向四车道,设计速度为100km/h,近期有扩建成双向八车道计划,扩建后桥梁宽度为42m跨径布置为13m+7×25m;扩建公路与在建铁路1相交,夹角为28°,铁路桥跨径布置为72m+128m+72m,基础为群桩基础。需要充分考虑现有实际情况,对铁路桥梁及公路桥梁做相应设计。经核算,扩建后高速公路桥边至铁路桥墩净距为2.6m≥2.5m,公路桩基距离铁路桥桩基6.8m≥6m(4倍下穿桥桩径),均满足《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》[1]的相关规定。但是铁路桥11号桥墩处承台已经侵入高速桥面下部4m左右,高速路拼宽桥的桩位布置受到影响,此外铁路桥12号桥墩基础施工临近扩建高速公路桥台锥坡,需要采用相应措施减少两者之间的相互影响。按照扩建后的公路范围考虑,铁路1、铁路2最不利净空梁底高程分别为47.52m,48.01m,扩建后公路路面与铁路1、铁路2交叉最不利标高分别为40.14m,40.28m,最小净空分别为7.38m,7.73m,均能满足最小通行净高5.5m的要求。扩建高速与高铁平面位置见图1。

2方案研究

2.1铁路调整线性。由于铁路受高铁技术标准限制(曲线半径最小7000m)及前后两个车站控制点、周边水源保护区和自然保护区限制,交叉点处的走向只能由北向南,因此,铁路无法通过缩小曲线半径来增大与公路的交叉角度。2.2拼宽桥分离新建。根据常规经验,可将拼宽桥与老桥分离,分别穿过铁路桥梁的边跨后再并线[2],但是距离本交叉位置约1km处有一座大桥,该桥拟采用单侧拼宽的方式进行桥梁拓宽,两座桥中间的过渡段距离已接近规范规定的临界值,因此在交叉点处进行两侧分离拼宽不可行,结合铁路桥梁边跨跨径和相交交角,单侧分离式拼宽也是不可行的。图1扩建高速与高铁平面位置图铁路桥墩高铁2(在建)12号墩气泡轻质土填筑整平区域标高36.61m现状路面标高40.11m2JD2QZ桥梁终点K3579+131.92R-1344.8621HYLs-212K35799GQ高铁1(在建)11号墩桥梁起点K3578+918.92013+8×25m预应力混凝土空心板+预应力混凝土小箱梁K3579+031.92大桥ZK3579+131.920项目设计范围终点(左幅)K3579+235.000项目设计范围终点(右幅)K3578+918.920项目设计范围起点(右幅)2.3常规拼宽结合相应的措施综合比较各方案的可行性和经济性,本项目最终采用常规的桥梁拼宽方案,辅以必要的工程构造、施工组织措施,减小两座桥梁在施工阶段和运营阶段的不利影响,同时降低了资金投入。高速扩建项目原计划在铁路桥梁施工完成后实施,考虑到该处空间位置狭小,为减小后期扩建对铁路运营的影响,拟先对该段高速公路进行扩建,与铁路同步施工,第一阶段:实施拼宽桥下部结构,上部结构施工到小箱梁(空心板)整体化层顶面防水层,桥台台背施工到搭板顶面,桥面面层铺装暂不实施,扩建后的拼宽桥梁暂不与旧桥进行拼接,小箱梁内边梁、空心板内边板外露钢筋做防锈处理后放置。同时为减少外侧护栏对拼宽桥的偏载影响,在拼宽桥施工完成后在拼接处放置水泥墩进行反压。第二阶段:将双向四车道过渡至拼宽桥,根据扩建阶段的路线总体设计微调老桥桥面标高,按检测情况更换支座,对支座垫石进行调整,根据老桥结构情况实施加固处理,同时施工新老桥梁拼接,铺设拼宽桥桥面安装伸缩缝,恢复老桥桥面。

3构造措施

1)由于扩建后高速公路外侧边线与高铁桥墩距离较小,根据公路和铁路相关规范,本项目桥梁段路侧护栏采用JTGD81—2017公路交通安全设施设计规范规定的最高等级HA级护栏,防止高速扩建后运营过程中发生车辆冲撞高铁桥墩的情况,同时高铁桥墩采用防撞措施。2)在高铁11号墩处,承台侵占了高速公路拼宽桥梁的落墩位置,若采用新旧桥不等跨布置的方案,沉降、主梁挠度等因素将导致拼宽桥上部结构受力不合理,为了不影响拼宽桥上部结构的受力性能以及减小下部结构两座桥梁基础的相互影响,高速公路拼宽桥梁采用骑马桩的下部结构形式,为减小施工过程中对高铁桥台的影响,将桥墩骑马桩承台设计为钢筋混凝土构件,承台标高适当提高。设计阶段桩基施工采用人工挖孔,避免振动对高铁桩基的扰动。实际施工过程中,由于桩基位置处地下水丰富,无法进行人工开挖作业,且该处强风化岩质较好,不适用旋挖钻成孔,综合考虑各种因素,最终采用冲击钻成孔。相关研究表明[3],冲程的减小能明显降低成孔过程中的振动影响,且振动对周边桩基的扰动随着钻进的深度加深逐渐减小,故在桩基施工前先在高铁承台附近挖设一条减振带,减小冲程,由靠近高铁承台的一根桩基开始,往外逐根施工。骑马桩构造图见图2。图2骑马桩构造图D150左幅4#-C41518012073°D130D150左幅4#-B老桥边缘线线路前进方向桥墩中心线D左幅4#-A150505075×2250505075755103401100防水层10cm厚C40混凝土整体化层140D200D200D200D200D200D150D150D15030020012.643213.15015.6215415155100243高铁11桥墩10cm沥青铺装(暂不实施)拼宽桥56.5818.5875D130D1303)在铁路12号桥墩处,承台离原高速公路桥台锥坡较近,为确保铁路施工时高速公路的边坡稳定和行车安全,铁路方将12号墩承台上抬,以减小基坑开挖深度,在铁路基础施工前,对12号墩附近的公路路基和桥台椎体采用抗滑桩+挡墙+浆砌片石护坡等防护措施,高速公路拼宽桥在该位置处的桥台采用桩柱式桥台+轻质土填筑方案,减小台前椎体对铁路承台的影响[4],见图3。每种拼接方式各有利弊,分离式拼接中新旧桥受力明确,沉降及收缩徐变对梁板结构受力影响小,但是整体性较差;铰接法整体性较分离式稍好,梁板受力明确,收缩徐变、沉降等容易使铰接部位出现裂缝;刚接法整体性好,连接部位布有钢筋有利于抗裂,最后采用刚接法进行拼接。新老桥拼接工序:凿除老桥外侧防撞栏和老桥边板挑臂,保留原有钢筋,安装加宽桥内侧边板,新旧桥钢筋对应焊接,焊接采用单面搭接焊,焊缝长度满足相关规范要求。布设整体化层混凝土拼接钢筋,并与新老桥整体化层钢筋搭接,搭接长度满足规范要求,接触面涂刷界面胶,浇筑补偿收缩纤维混凝土。新老桥之间的接缝容易出现裂缝的一个重要原因是混凝土龄期相差太大,新桥混凝土收缩明显而老桥基本不收缩,可通过延长预应力张拉前的混凝土养护龄期和存梁时间来减小新旧结构的收缩徐变差异,并在新桥完成浇筑或安装结束后,在合适的拼接时间(不少于6个月)采用合适的拼接方式进行上部结构拼接,拼接所采用的混凝土为补偿收缩纤维混凝土。为减少新老桥基础的沉降影响,需严格控制拼宽桥的桩底沉渣厚度。

4临时保通措施

扩建施工过程中需要保证高速公路能够满足一定的运营条件,高速路上行车速度快,设计过程中应充分考虑各施工阶段的通行条件及所采取措施。第一施工阶段不涉及到对老桥的改造,所以基本不影响高速路的运营,在新桥架梁过程中,需要通过高速路运梁,并在桥头和桥尾处封闭硬路肩,让运梁车进入拼宽路基后再进行架梁。第二施工阶段需对老桥进行顶升换支座、内侧护栏改造及新老桥拼接等施工,本阶段将左右幅车道分别转换至拼宽桥,待老桥施工完成后开放双向八车道同行。

5结语

下穿铁路的高速公路扩建设计方案需要先明确两者之间的平立面关系,在优化空间关系的基础上,尽量采用合适的桥梁拼宽方案或调整线形等技术措施,对于特殊项目,可采取一些工程构造措施减小两者间的相互影响,比如轻质土桥台、抗滑桩、骑马桩以及提高护栏防撞等级等措施。此外需要结合实际考虑各施工工序,避免施工过程的相互影响。

参考文献:

[1]国家铁路局.公路与市政工程下穿高速铁路技术规程[J].建筑技术开发,2018,45(2):14.

[2]贺国峰.高速公路扩建中路基加宽方案的比选[J].中国公路,2018(4):104-105.

[3]佘艳华,苏华友,肖正学,等.桥梁桩基冲孔桩施工的微振动响应研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2011,30(1):35-38,101.

[4]卜勇,曹建建.现浇泡沫轻质土在改扩建工程设计中的应用[J].工程建设与设计,2018(23):161-164.

[5]鞠金荧.沪宁高速公路(江苏段)扩建工程桥梁拼接设计构思[J].中外公路,2006(6):101-105.

作者:王杰 单位:广东省交通规划设计研究院股份有限公司

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