高速公路上跨铁路桥梁设计研析讨论_步文韬.pdf

1工程概述某高速公路设计速度100 km/h；设计荷载：公路-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）+23.75 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202048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。【作者简介】步文韬（1995），男，河南新乡人，助理工程师，从事桥梁工程设计与研究。高速公路上跨铁路桥梁设计研析讨论Research and Discussion on Design of Expressway Bridge Over Crossing Railway步文韬（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102627）BU Wen-tao(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.Ltd.,Beijing 102627,China)【摘要】以某高速公路跨铁路立交工程为例，分析了高速公路上跨铁路桥梁设计原则，论文从上、下结构设计，施工工艺设计，引桥桥梁设计，防撞护栏设计等方面探究了高速公路上跨铁路桥梁的设计要点，同时也要关注材料设计，并做好设计复核工作，确保高速公路上跨铁路桥梁设计的科学性与合理性，促进高速公路上跨铁路桥梁工程有序进行。【Abstract】Taking an expressway over crossing railway interchange project as an example,this paper analyzes the design principles ofexpressway bridges over crossing railway and explores the design points of expressway bridges over crossing railway,probes into the keypoints of the design of the expressway bridges over crossing railway from the aspects of upper and lower structure design,constructionprocess design,approach bridge design,anti-collision guardrail design and so on.At the same time,we should also pay attention to thematerial design,and do a good job of design review,to ensure that the design of expressway bridge over crossing railway is scientific andrational,and promote the orderly progress of expressway bridges over crossing railway projects.【关键词】高速公路；上跨铁路；桥梁设计【Keywords】expressway;over crossing railway;bridge design【中图分类号】U442【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）01-0093-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.01.230MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计93Construction&DesignForProject工程建设与设计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0.250.9 m，在支点处加厚至1.5 m2。梁体结构设计时，采用纵向、横向双向预应力体系，采用15-S15.2 mm及17-S15.2 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-S15.2 mm及12-S15.2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-S15.2 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65min、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330 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+430 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430 m预应力混凝土（后张）、330 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94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 13112020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260 mT构及两侧各一联430 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：L090=v2hg+v27.2g3.6sinL90180=v2hg3.6+v225.92g（1）式中，L为公路跨线桥护栏车辆来向最小设置长度，m；为公铁立体交叉角度，（）；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公铁立交分类双护栏单护栏内侧护栏外侧护栏八（HA）级七（HB）级六（SS）级六（SS）级六（SS）级六（SS）级八（HA）级七（HB）级六（SS）级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s15.2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、1.95105MPa。预应力锚具采用类锚具，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16 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