龙岩市龙岩大道高架桥工程跨铁路主桥方案研究

李三珍

(上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司,上海200092)

0 引言

龙岩大道为龙岩中心城市南北向交通性主干道,是龙岩中心城市的交通轴和景观轴。龙岩大道高架桥工程为龙岩大道的节点工程,高架桥南起人民路,北至爱亭路,线路总长约1.134 km。工程自人民路向北延伸跨赣龙铁路、在建龙厦铁路、现状罗龙路、龙津河、双洋路后落地。

本工程跨铁路主桥桥型方案设计,一个重要的设计理念就是：在满足桥梁交通功能的前提下,桥梁应与整个城区环境、自然景观相吻合;需要着重考虑的是如何解决好跨铁路主孔的施工问题,使其在施工过程中尽可能对铁路运营的影响减少到最小。

主桥方案的设计综合考虑了城市总体规划、交通功能、设计施工技术难度、桥梁建筑造型及建设投资等条件,进行了多方案比选优化。

1 建设条件

1.1 沿线铁路、道路及河道

铁路：龙岩大道跨越两条并行铁路(赣龙铁路和在建的龙厦高速铁路)。赣龙铁路为单线铁路,龙厦高速铁路紧靠现状赣龙铁路西侧建造,为复线。在建龙厦铁路较赣龙铁路高约4 m左右,两条铁路紧靠,高架桥范围内铁路限界之间间距约3 m,中间设桥墩比较困难。根据对现场地形条件调查,龙岩大道高架桥与两条铁路相交角度较小(约30°),相交范围长度约120 m。铁路北侧边坡距罗龙路红线约20 m,具有布墩条件。

横向道路：龙岩大道跨线桥在铁路范围内需跨越罗龙路、规划双洋路。罗龙路道路机动车道通行净空为4.5 m,设计地面高程为315.247 m,主桥跨越铁路后尚需满足罗龙路行车净空,罗龙路北侧距龙津河驳岸约7.4 m。双洋路为龙津河以北沿河道路,道路通行净空为4.5 m,设计地面高程为317.116 m。

龙津河：龙津河位于铁路北侧,罗龙路与双洋路之间,是龙岩市一条东西向河道,河道宽度约63 m,河道两侧有现状驳岸。龙津河为泄洪河道,无通航要求,不作为桥梁标高控制节点。但在桥梁分孔布跨时应尽可能与现状铁路桥墩布置跨径一致,以保证洪水期间河道泄洪畅通。周边建筑物：铁路两侧民居众多,为居民小高层住宅,建设条件较为局促。

图1 项目地理位置

1.2 地质情况

场地堆积阶地表层为杂填土、上、中部为第四系冲洪积物(Qal+pl),由卵石、含卵石亚粘土、含角砾亚粘土、泥质卵石组成,下伏基岩为二叠系下统木妻霞组(P1q)地层,岩性为弱风化石灰岩。局部地段岩石溶蚀现象较发育,以溶蚀裂隙、蜂窝状溶蚀为主。

2 主要技术标准

⑴道路等级：城市主干路II级。

⑵计算行车速度：主线：50 km/h;匝道：30 km/h。

⑶高架桥车道数：双向6车道。

⑷净空：主干路净空≥5.0 m;次干路净空≥4.5 m;铁路净空≥8.5 m。

⑸荷载标准：道路荷载标准采用BZZ-100型标准车;桥梁采用城-A级。

⑹抗震标准：地震基本烈度为6度,地震动峰值加速度0.05 g;跨铁路主桥按7度设防。

⑺梁设计基准期：100a。

3 工程方案

3.1 平、纵断面布置

线路南起人民路交叉口,北至爱亭路交叉口。高架桥主线跨越赣龙铁路和在建龙厦铁路30°斜交后、经罗龙路、龙津河、双洋路落地。

纵断面主要控制因素有：两条铁路净空按8.5 m控制;横向道路需满足4.5 m净空要求;龙津河河道中布墩需考虑泄洪要求;高架桥需满足50 km/h机动车行驶车速要求。

3.2 桥跨布置及控制因素

本工程主孔布置主要受现状赣龙铁路和在建龙厦铁路建筑限界控制。由于龙岩大道高架桥中心线与铁路中心线夹角达到30°,桥梁施工不能破坏路基边坡,且两条铁路之间不具备布墩条件,故跨铁路主孔斜向宽需不小于120 m。

根据对铁路南北两侧现状地形调查,铁路北侧边坡距罗龙路红线约20 m,主墩布置条件较为宽裕而罗龙路北侧距龙津河驳岸约7.4 m,主桥的边跨(锚跨)具备立墩条件。

3.3 桥梁跨铁路主孔的施工问题

本工程的桥型方案设计,着重考虑的是如何解决好跨铁路主孔的施工问题,须充分考虑铁路的建筑限界,桥型方案的设计中必须充分考虑现实条件,因地制宜。

跨铁路主孔施工应快捷、方便,尽可能减少主桥施工周期,将对铁路运营及周边建筑物的影响降低到最小。

3.4 桥型方案

根据桥位处特定的地理条件、对跨铁路主孔布置分析,并充分考虑工程所在周边地区的景观特点,构思了多个桥型方案,通过比选共推选三个跨铁路主桥方案,如图2所示。

方案一 125 m+85 m+40 m=250 m独塔单索面钢-混混合梁斜拉桥,跨铁路主孔125 m为钢梁,锚跨85 m+40 m为混凝土梁,设辅助墩。

方案二 75 m+125 m+75 m=275 m三跨预应力混凝土连续刚构桥。方案三 50 m+120 m+50 m=220 m三跨双塔自锚式悬索桥。

图2 桥型方案概略布置/m

3.5 结构设计

3.5.1 方案一 混合梁独塔单索面斜拉桥

⑴桥型布置

本方案采用钢-混混合梁独塔单索面斜拉桥,跨径布置为125 m+85 m+40 m,采用塔、梁、墩固结体系,效果图见图3。

主塔为独柱,桥面以上塔高60 m。斜拉索采用单索面扇形布置,主跨梁上索距为10 m,锚跨梁上索距为6.5 m,塔上索距为1.5 m。主塔基础采用大直径钻孔桩。

图3 方案一混合梁独塔单索面斜拉桥效果

⑵主梁

主梁采用混合梁,梁高2.5 m。主跨侧除根部一定距离为预应力混凝土梁外,其余均为钢梁;边跨采用预应力混凝土梁,混凝土梁段长85 m(拉索跨)+40 m(配重跨)。这样的构造布置避免了全桥均采用钢箱梁,避免了锚跨采用过大配重,受力合理,造价经济。

主梁外形采用扁平流线型,采用封闭箱梁,桥面全宽31.5 m,顶板设1.5%的横坡。混凝土梁采用单箱7室截面,混凝土标号为C50,主梁顶板厚22 cm,底板厚20 cm,腹板厚30 cm,在斜索两侧设置两道腹板以利于箱梁的纵向传力,混凝土锚跨区段纵向与索间距相应,每6.5 m设置一道横隔板,板厚60 cm。主梁纵向、横向采用钢绞线,主跨侧预应力混凝土梁端部2 m钢混结合段采用隔板形式外包钢箱梁,与中跨钢箱梁结合成为一个整体,横断面见图4。

图4 方案一主桥横断面(混凝土主梁)/m

钢箱梁纵向为10m一节,顶板板厚16 mm,底板、腹板板厚14 mm,顶板及底板在锚点处隔板跨中局部加厚为30 mm。顶、底、腹板均采用“U”形或“L”形纵向加劲肋。钢箱梁每3.5 m设置一道普通横隔板,每10 m设置一道锚固点横隔板。锚点处横隔板厚20 mm,普通横隔板及锚点处横隔板上各水平加劲肋及竖向加劲肋厚12 mm。

钢混结合段顶板加厚为20 mm,底板加厚为22 mm。横断面见图5。

图5 方案一主桥横断面(钢主梁)/m

⑶施工方案

由于铁路两侧民居众多,建设条件很局促,若采用转体法施工,需要拆除众多民居。因此施工拟采用悬臂拼装法施工。施工工序如下：

a.砼梁施工

塔柱施工的同时利用支架现浇锚跨混凝土梁段。

b.钢梁的拼装

为保证施工期间铁路正常运营,跨铁路主孔钢梁施工采用工厂加工、现场悬臂拼装工艺(主跨钢梁可通过锚跨桥面运载,利用梁上吊机拼装,逐段延伸并逐步张拉索)。①在待拼装钢梁的位置安装好挂篮(支架),作为待拼装梁段焊接安装的施工平台;②利用已建好的混凝土梁锚跨将钢梁节段从桥面运输到挂篮(支架)上;③在挂篮(支架)上进行钢梁拼装焊接;④斜拉索对称张拉;⑤重复以上步骤,施工下一节段钢梁,直至跨铁路主孔钢梁拼装完成;⑥钢梁合拢;⑦斜拉索二次调索,护栏、桥面铺装,完成全桥施工。

3.5.2 方案二 三跨变截面预应力混凝土连续刚构桥

⑴桥型布置

本方案为三跨变截面预应力混凝土连续刚构桥,跨径布置为75 m+125 m+75 m,效果图见图6。

图6 方案二预应力混凝土连续刚构桥效果

⑵主梁

主梁采用预应力混凝土变截面箱梁,单箱双室截面,单箱底宽19.5 m,悬臂长度4.5 m,全宽28.5 m。支点梁高7.0 m,高跨比1/17.7,跨中梁高3.0 m,高跨比1/41.7,梁底按二次抛物线变化。桥墩采用双薄壁结构。横断面布置图见图7。墩柱上伸至主梁悬臂板下,视觉效果上增大墩高,降低支点梁高。基础采用：桥墩为φ 1 200 mm钻孔灌注桩。

图7 方案二主桥横断面布置图/m

⑶施工方案

根据桥位现场的地形特点及铁路通行特点,连续刚构桥方案的施工较为理想的是采用挂篮悬臂浇筑工艺。施工顺序如下：①基础施工;②桥墩施工;③主梁0号块施工;④挂篮安装;⑤主梁平衡悬臂浇筑;⑥边跨合龙;⑦主跨合龙;⑧桥面系施工。

挂篮悬浇施工有很成熟的施工经验,技术成熟,难度较小。但由于连续刚构桥施工节段多,各节段施工周期较长。

3.5.3 方案三 三跨双塔自锚式悬索桥

⑴桥型布置

本方案采用三跨双塔自锚式悬索桥,跨径布置为50 m+120 m+50 m。双塔单主缆结构,主缆跨过桥塔索鞍,两端散开锚固在主梁上,梁上吊杆间距为6 m,效果图见图8。

图8 方案三三跨双塔自锚式悬索桥效果

⑵加劲梁

加劲梁为钢箱梁,全宽31.5 m,梁高3.0 m。

⑶缆索

本方案主缆矢跨比选用1/4.6,主缆矢高为26 m。全桥共布置一根主缆,由预制平行钢绞线索股组成,每根索股为168ф 15.24 mm镀锌高强钢绞线组成正六边形。

⑷施工方案

主桥施工采用“先架梁后挂索”,所以其主要施工工序是加劲梁的架设。根据桥位处的条件及通行条件,本方案只能采用顶推施工工艺。施工顺序如下：①桥墩桩基础施工,临时墩施工;②主塔施工③顶推架设纵梁;④安装主缆;⑤挂吊索;⑥张拉部分主缆,拆除临时墩;⑦桥面系施工。

为了减少施工期间对地面交通及铁路通行的影响,主跨需设1至2个临时支墩,顶推纵梁。待纵梁连接成整体后安装主缆和吊杆,张拉部分主缆,拆除临时墩,使桥梁结构部分成形,然后安装横梁及桥面板。

该方案加劲梁的顶推施工对铁路通行存在一定影响。

3.6 桥型方案比选

⑴桥型与环境

龙岩大道为龙岩中心城市南北向交通性主干道,是龙岩中心城市的交通轴和景观轴。对该区段的新建桥梁,以造型以巧、构形赋意,对新建桥梁强调要有文化内涵,发掘景观的文化内涵,在结构造型上强调新颖、轻巧,富有艺术性,在文化内涵上达到与两岸的协调。

斜拉桥结构高度小,显得较为轻巧,线条简洁流畅,富有动感;塔的造型突出,给人以张力,体现力度和气魄;且其造型独特与周边环境协调。

连续刚构桥外形简洁,梁底弧形曲线富有和谐的动感。为了解决连续梁桥厚重、呆板的不足,本方案通过梁体设置装饰曲线,在梁体下缘及梁体挑臂处均设置装饰曲线及凸块,以增加结构的造型变化,突出景观效果。

悬索桥全桥整体比例适当、轻巧美观。

三种桥型都可通过挖掘桥型自身特点,彰显景观效果。⑵工程经济性

由于本工程标高受铁路建筑限界及横向道路(双洋路)控制,故各方案桥梁规模基本一致,长度约800 m左右。

从施工成本考虑,悬索桥施工中设置临时墩、主缆临时锚固等临时措施多,材料较为浪费,施工费用较高。

斜拉桥锚跨采用少支架现浇,跨铁路主孔钢梁施工采用工厂加工、现场悬臂拼装工艺,施工临时措施少,施工成本较低。

连续刚构桥采用挂篮悬臂浇筑的施工方法,施工成本低廉。

⑶施工难度及对交通的影响

斜拉桥施工采用悬臂拼装,施工临时措施少,施工工艺成熟。由于在跨铁路侧采用大节段钢箱梁拼装,施工周期短。

连续刚构桥采用挂篮悬浇的施工方法,技术成熟,已有很成熟的施工经验,难度较小。但由于连续刚构桥施工节段多,各节段施工周期较长。

自锚式悬索桥采用顶推施工,需在范围内设施工临时墩,对铁路通行存在一定影响。

综上所述,三个方案在技术、功能性及经济性都是可行的,方案一钢-混混合梁独塔单索面斜拉桥方案从施工便捷性、施工难易程度、建筑美观方面兼具有一定的优势,故推荐方案一。方案综合比选见表1。

表1 桥型综合比选表

4 结语

在主桥方案的设计中,充分考虑了城市总体规划、高架桥道路交通功能、主桥桥型与环境、工程经济性、工程建设条件,以及施工难度和工程实施对交通的影响等多方面因素,推选了三个桥型方案进行了综合比选。

推选的钢-混混合梁独塔斜拉桥主桥方案在满足桥梁交通功能的前提下,兼顾桥梁与整个城区环境、自然景观的协调一致,景观效果突出;针对本工程地理位置特点,推选方案采用大节段钢梁悬臂拼装施工法,有效地解决了本工程跨铁路主桥的施工问题,大大缩短了工程施工周期,将对铁路运营的影响减少到最小。方案实施性强,工程造价经济合理,本推荐方案经过专家评审,成为本工程最终实施方案。

[1] JTG B01-2003,公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社,2004.

[2] 严国敏.现代斜拉桥[M].成都：西南交通大学出版社,1996.

[3] 和丕壮.桥梁美学[M].北京：人民交通出版社,1996.

[4] 周念先.桥梁方案比选[M].上海：同济大学出版社,1997.