保阜高速公路跨京广铁路立交桥梁方案研究

2013-11-27魏毅强

铁道标准设计 2013年4期

魏毅强

(北京铁路局，北京 100860)

1 项目背景

保定至阜平(冀晋界)高速公路简称保阜高速，是河北省“五纵六横七条线”高速公路网中“第三横”的组成路段，是河北省委、省政府确定“6+3”高速公路建设计划的一段，也是保定市“三纵三横”高速公路网布局中的重要一横。该项目的建成将会进一步促进东部与中西部经济交流，带动中西部地区经济发展，有利于带动黄骅能源港及沿线旅游资源的充分开发利用;进一步完善了国家及河北省高速公路网的布局及路网功能，构成了区域综合运输网的重要组成部分，对推动环渤海经济区交通一体化发展具有重大战略意义。

保阜高速公路在保定西设置了互通式立交，主线与京广铁路立交，是保定西互通立交的重要组成部分。保定西互通主线与京广铁路立交平面如图1所示。

图1 保定西互通主线与京广铁路立交平面

2 建设条件

2.1 地形、地貌

该桥位于山前冲洪积平原区，桥址区地势平坦，地形起伏不大，高程为27.4～28.9 m，京广铁路和107国道并行。

2.2 工程区域地质

区域地质构造:桥址区位于河北平原的山前冲洪积平原区，桥址区及其附近未发现活动性断层及其他构造，桥基稳定性较好。

地层岩性:根据勘探结果，在勘探深度范围内，揭露土层由填土、粉质黏土、粉土、基岩构成，自上而下分为21层。

2.3 水文地质及地震

根据钻探资料，地下水位在30.0 m左右，为松散岩类孔隙水，含水层由砂和亚黏土组成。据已有水质资料分析，此地区水属重碳酸钙型，对混凝土无腐蚀性。

桥址区位于河北平原地震带，桥址区地震动峰值加速度为0.05g，地震动参数反应谱特征周期0.45 s，地震基本烈度为Ⅵ度区。

2.4 桥位处铁路现状及规划要求

铁路现状:路线在K2+294.069处与京广铁路相交，与铁路交角为128°，铁路里程为 DK150+418.00，该处铁路为直线、双线电气化铁路，线间距为4.90 m，路基结构为土质路堤，轨面高程为30.83 m，铁路两侧有电气化立柱，地下有电缆、光缆等设备。

规划要求:目前京广铁路为双线电气化铁路，根据规划，在既有京广铁路西侧为京石城际轨道交通线预留条件，在该处与京广铁路的立交工程中充分考虑对立交构造物的净空要求。

3 主要技术标准［2，4］

(1)设计荷载:公路－Ⅰ级。

(2)道路等级:高速公路。

(3)断面形式:0.5 m防撞墙+12.75 m行车道+0.5 m防撞+0.5 m中央隔离带+0.5 m防撞墙+12.75 m行车道+0.5 m防撞，桥面总宽28 m，双向4车道。

(4)最小净高:跨京广铁路净高≥8.3 m。

(5)地震基本烈度:Ⅶ度。

4 工程方案

4.1 路线平面、纵断面

路线平面:桥位所在位置的主线为缓和曲线及曲线，与京广铁路交角为 128°，曲线半径 R=5 500 m［1］。

路线纵断面:桥位于1.858%及－1.667%坡段上，竖曲线半径 23 000 m［1］。

4.2 桥下净高

京广铁路要求除满足基本的铁路建筑限界外，还应根据铁科技函［2004］157号关于《铁路双层集装箱运输装载限界(暂行)》的规定，桥下净高不小于7.96 m，同时考虑上跨铁路处的梁底高程按承力索以上500 mm进行设计，还应预留桥梁沉降及铁路抬道要求30 cm，实际设计的梁底至轨顶的净高应≥8.3 m［1］。

4.3 桥跨布置的控制因素

(1)京广铁路实际情况及107国道改线的影响，在满足京广铁路净空的同时，应尽量减少其孔跨的布置对107改线带来的影响，避免或减少征地和拆迁。

(2)在既有京广铁路旁为规划的京石城际铁路预留条件。

(3)减少工程施工对京广铁路运营以及铁路线、缆的影响。

(4)与保定西互通立交相邻桥跨合理衔接。

4.4 桥梁方案

4.4.1 方案一(图2)

跨京广铁路处采用1联2×80 m预应力混凝土 T形刚构，主桥桥长160 m，桥面宽28.0 m。本方案主桥为整幅设桥，主墩置于铁路东侧(107国道侧)，主墩基础平行铁路方向布置，不侵占路基，桥墩垂直公路路线横断面。

图2 桥式方案(方案一)(单位:m)

主桥上部结构采用单箱三室箱形截面，T构中间支点处梁高6.2 m，边支点处梁高2.8 m，梁底线形按二次抛物线变化。箱梁顶板宽28 m，两侧悬臂板长各3.7 m，倾斜外腹板;悬臂板端部厚 20 cm，根部厚60 cm;箱梁顶板厚由端部的30 cm增至中墩顶的50 cm;底板厚度为28～110 cm;边腹板厚度为50～100 cm;中腹板厚度为40～90 cm。中腹板与边腹板的高差形成桥面横坡。箱梁采用三向预应力体系，纵向预应力钢束采用15-19钢绞线，竖向预应力束采用φ32精轧螺纹钢筋(间距50 cm)，横向预应力钢束采用15-3钢绞线(间距40 cm)。下部结构主墩采用矩形双壁墩，矩形双壁墩墩身截面尺寸为2 m×1.5 m×10.0 m，双壁墩间距为5.0 m。桩基为钻孔灌注桩基础，桩径1.5 m。主桥两侧引桥分幅设桥，采用跨度为30 m的预应力混凝土连续箱梁，双柱式桥墩，钻孔灌注桩基础［5，6］。为保证桥下铁路的运输及消防安全，在跨越铁路范围内护栏顶设置防护网，桥面以上高度不小于2.5 m［1］。施工方法:主桥采用转体法施工，整幅转体，跨线处一次转体就位，转体长(64+64)m，其他部分为支架现浇施工，然后合龙转体部分和现浇段。

转体结构由转体下盘、球铰、上转盘、转动牵引系统组成。下转盘采用 C50混凝土;钢球铰直径为3 800 mm，厚度为40 mm，分上下两片;上盘撑脚即为转体时支撑转体结构平稳的保险腿，每个上盘下设有6个撑脚，每个撑脚为双圆柱形，下设40 mm厚钢板。转盘构造见图3。

为了满足电气化立柱等设备的维修养护，桥下电气化立柱、电杆需改移;同时应对受施工影响的光、电缆进行改移。

图3 转盘构造(单位:mm)

4.4.2 方案二(图4)

本方案主桥分两幅设桥，跨线处拟采用1联3×50 m［3］T 梁，主桥桥长 150 m。

主桥上部结构采用T形截面，梁高2.6 m，单幅桥面宽13.75 m，每幅桥由 6片梁构成，梁与梁间距2.29 m。桥墩布置与铁路方向平行，主墩采用桩柱式桥墩，上接明盖梁，桥墩直径1.6 m，柱间距8.5 m，盖梁中心高2.1 m，钻孔灌注桩基础，直径1.8 m。主桥两侧引桥分幅设桥，采用跨度为30 m的预应力混凝土连续箱梁，双柱式桥墩，钻孔灌注桩基础。

图4 桥式方案(方案二)(单位:m)

施工方法:本方案跨铁路部分，主梁采用预制架设的方式，采用架桥机施工。为了满足电气化立柱等设备的维修养护，桥下电气化立柱、电杆需改移;同时应对受施工影响的光、电缆进行改移。

4.4.3 方案三(图5)

跨线处拟采用1联(30+2×80+30)m预应力混凝土独塔单索面斜拉桥［5，6］，主桥桥长 220.0 m。本方案主桥整幅设桥，基础平行铁路方向布置，不侵占路基，桥墩垂直公路路线横断面。

图5 桥式方案(方案三)(单位:m)

主梁采用单箱三室大悬臂预应力混凝土结构，结构顶板宽29.50 m，底板宽17.80 m，梁高2.8 m。由于本桥为单索面斜拉桥，为加强刚度，改善景观效果，采用顺桥向的倒“Y”字形结构。

全桥共设置8组斜拉索。为了以后斜拉索更换的需要，在主梁、主塔上预留临时斜拉索的张拉锚固构造。桩基为钻孔灌注桩基础，桩径1.5 m。

引桥采用跨度为30 m的预应力混凝土连续箱梁，双柱式桥墩，钻孔灌注桩基础。

施工方法:本方案主桥采用转体法施工，整幅转体，跨线处一次转体就位，转体长80 m+80 m，其他部分为支架现浇施工，然后合龙转体部分和现浇段。为了满足电气化立柱等设备的维修养护，桥下电气化立柱、电杆需改移;同时应对受施工影响的光、电缆进行改移。

5 桥式方案比较

3种桥式方案比较如表1所示。

表1 3种桥式方案比较

经过比较，方案一具有技术成熟、在铁路上方作业少、对铁路运营影响最小，同时具有养护维修少、施工安全、工期较短等特点，因此推荐方案一作为实施方案。

6 方案实施

设计单位依据最终确定的2×80 m预应力混凝土T形刚构方案，完成了施工图设计。在业主的组织下，该项目于2008年开工建设，其中跨越铁路主体工程在完成浇筑后，工程转体仅用55 min，对铁路运营的影响降低到了最小，同时确保了铁路运营的安全。该桥梁在2009年竣工通车，到目前为止运营情况良好，桥梁主体结构安全可靠。