郑州市京广快速路上跨马寨车站大桥设计与施工

2013-08-04刘秋芳

铁道标准设计 2013年5期

刘秋芳

(中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，郑州 450001)

1 概况

1.1 工程简况

郑州市京广快速路上跨铁路马寨车站，跨铁路桥位于R=485 m的平曲线合流段，与铁路斜交45°。标准横断面为双向5车道，跨线桥主跨前后80～100 m处设有1对上桥匝道，桥面宽由27.75 m渐变至23.5 m。桥下5股铁路线是京广、陇海货线与郑州北站铁路编组场的联接线，线间距4～19 m，轨顶高于自然地面1.5 m，均为电气化铁路，运输十分繁忙。经方案比选论证，采用(63.5+110+63.5)m三孔连续梁方案，主跨110 m跨越铁路5股道，桥下铁路净空高度大于8.2 m。桥梁布置见图1。

图1 桥梁布置(单位:cm)

跨铁路桥梁悬浇施工工期长，不能满足建设工期要求;转体施工造成大面积拆建。设计采用搭设铁路防护棚现浇支架施工方法满足铁路运输和建设工期要求。

1.2 地质水文基础资料

桥位处地貌单元属黄河一级阶地，整个场地南高北低，局部因修建铁路经人工改造。地层结构:地表上层1～2 m为杂填土，下层为粉土、粉质黏土，地下水埋深13 m左右，地下水对混凝土材料具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。场地较为稳定，无不良地质。

1.3 主要技术标准及设计参数

(1)道路等级:城市快速路;

(2)设计速度:60 km/h;

(3)设计荷载:公路-Ⅰ级;

(4)环境类别:Ⅰ类;

(5)材料自重:混凝土自重26 kN/m3，钢筋、钢束等钢材自重78 kN/m3;

(6)桥梁梯度温度场，参考规范要求，内插取值9 cm厚沥青铺装。

(7)全桥整体升温25℃，整体降温25℃;

(8)不均匀沉降按2 cm计。

2 结构设计

2.1 难点分析

城市高架桥平面线形受周围建筑物拆迁限制，墩位布置受区域交叉道路、铁路、河流影响，控制因素较多。影响马寨大桥墩位布置的节点主要有建设路立交、金水河、马寨车站和金水路，跨马寨车站大桥的设计施工难点主要是小半径平曲线超高设置、桥面变宽、桥下铁路行车干扰和建设工期要求等，以上问题增加了设计及施工的复杂性。

2.2 孔跨布置

马寨车站大桥墩位布置需综合考虑铁路股道位置及金水河、金水路节点控制和地面交通组织，既要满足节点跨径需要又要考虑经济性、合理性。设计采用3孔预应力混凝土变截面连续箱梁，桥墩与梁正交布置。为避免基础施工机具侵入铁路限界，主跨最小跨径需110 m，边跨采用63.5 m。桥墩结构抗震控制设计，采用板式矩形墩，基础采用钻孔灌注群桩。桥墩横向布置双排支座，由于桥面变宽，中墩支座间距10.0 m，前、后桥墩以内侧支座为基线随桥面变宽调整。

2.3 箱梁构造

变截面混凝土连续梁梁底线形采用二次抛物线，主跨跨中和边跨梁端梁高3 m，墩顶梁高6.4 m。箱梁采用单箱4室圆曲线斜腹式大悬臂结构断面，悬臂长2.55 m。主梁顶板厚0.28 m，底板厚0.32～0.7 m，底板底缘和底板顶缘线形均按二次抛物线变化。腹板厚0.50～0.80 m，边腹板斜率1∶0.4，斜腹板圆曲线半径R=4 m，中腹板垂直顶底板。端横梁高3 m，宽2 m，中横梁高6.4 m，宽3 m。边孔跨中设1道横隔板，中孔设3道横隔板。顶、底板与腹板、横梁、隔板均设倒角。箱梁立面、横断面分别见图2、图3。

图2 箱梁立面(单位:m)

图3 箱梁横断面(单位:cm)

箱梁位于平曲线合流段，桥面2.5%超高通过箱梁整体旋转的方法实现，腹板等高度降低了施工难度，避免了宽桥利用腹板调整横坡带来的箍筋类型多、曲线外侧腹板自重增加、钢束布置复杂的问题。采用梁底支座位置楔形块调平和横向限位措施增加桥梁的横向稳定性;桥面变宽利用调整箱室宽度实现。

2.4 预应力布置

箱梁设置纵向和竖向预应力。纵向腹板通长布置35束φs15-15钢绞线，跨中底板短束布置78束φs15-15钢绞线、支座顶板短束布置50束φs15-19钢绞线，均采用两端张拉，设计张拉控制应力为0.75fpk;竖向预应力筋采用JL32精轧螺纹钢筋，布置在箱梁腹板中心，纵向间距0.5 m，梁顶一端张拉;端横梁布置10束、中横梁布置26束横向预应力钢绞线φs15-15，两端张拉。

为缩短建设工期，避免腹板梁端张拉影响相邻联桥梁施工，腹板束锚在顶板张拉，顶、底板短束箱内张拉。齿板靠近腹板布置并加强腹板钢筋有利于齿板局部应力扩散，腹板钢束靠近曲线外侧布置有利于提高混凝土抵抗钢束径向剪力的厚度。

2.5 结构分析

依据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)，箱梁采用C50混凝土，按全预应力混凝土构件计算。结构重要性系数1.1，塑料波纹管管道摩阻系数:μ=0.17，k=0.001 5。桥宽27.55 m，按双向7车道加载，桥宽23.3 m按双向6车道加载，桥面设中间分隔带，偏载系数取0.15。

(1)计算模型

设计采用《桥梁博士》结构分析软件，用平面杆系法对箱梁纵梁、横梁、桥面板在各施工阶段、使用阶段和承载能力极限状态下的内力、应力、位移和强度进行计算分析，纵向将整联箱梁结构划分为154个单元，共计155个节点;桥面板计算划分142个单元，143个节点。纵向采用车道荷载加载，横梁及桥面板采用车辆荷载加载。结构计算模型见图4。

图4 结构计算模型

(2)纵梁计算结果

施工阶段箱梁混凝土不出现拉应力，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)第7.2.8条规定。使用阶段结构计算结果见表2、表3。

表2 正常使用阶段计算结果

表3 承载能力极限状态验算结果

(3)横梁计算结果

端横梁及中横梁均按照全预应力混凝土构件计算。正常使用极限状态下构件正应力最小0.21 MPa，最大正应力9.68 MPa，截面主应力及结构抗力均满足规范要求。

(4)桥面板计算结果

桥面板按钢筋混凝土构件计算，在正常使用极限状态下的裂缝宽度按作用短期效应组合并考虑长期效应影响。顶板裂缝最大值为0.134 mm，腹板裂缝最大值为0.106 mm，底板裂缝最大值为0.057 mm，均小于规范容许值0.20 mm，桥面板在正常使用极限状态下顶板、底板、腹板裂缝宽度均满足规范要求。

3 施工方法

连续梁施工采用满堂支架分段现浇施工方法，分3个施工阶段，先施工中墩两侧各54 m变高度梁，张拉相应钢束，再施工梁端9.5 m等高度梁，最后施工跨中2 m合龙段，张拉全部剩余钢束。

现浇施工需在铁路上方搭设防护棚，其作用:一是防止物体坠落影响铁路安全，二是支撑梁体混凝土及施工荷载。根据桥下铁路股道分布，共设3处防护棚。防护棚采用C25钢筋混凝土桩基础，φ529 mm钢管立柱，间距3 m。立柱底部用法兰盘与桩顶预埋螺栓连接。立柱顶设Ⅰ63a型钢纵梁，跨铁路横梁采用加强型贝雷梁，间距0.45 m。贝雷梁上满铺绝缘板、防水土工布、钢板，在面板上按计算高程搭满堂支架。为便于防护棚贝雷梁的拆除，搭设范围宽于桥面设计宽度4 m，成桥后在桥面上利用起重机将分解后的防护棚构件吊出铁路范围外。防护棚支架施工照片见图5、图6。