石家庄和平路高架匝道桥总体设计

2018-06-27田山坡

城市道桥与防洪 2018年6期

田山坡

（中国铁路设计集团有限公司，天津市 300251）

0 引言

随着城市交通基础设施建设的快速发展，市政道路桥梁跨越铁路日益增多，转体刚构桥承载能力高、结构刚度大、施工操控性好，且能最大限度地减小对桥下铁路交通运输的影响，故而应用前景广泛，日益成为跨越既有繁忙铁路干线的首选方案。加之受地形、地物等限制，导致跨线桥梁跨径越来越大，给设计及施工带来一定的难度。

1 工程概况

1.1 桥位概述

和平路位于石家庄城市核心区的北侧，为石家庄市北翼东西向的一条城市主干路，和平路高架与石太铁路交叉处的主线桥北侧设一座上行匝道桥。匝道桥与铁路交角149.1°，分别跨越石太铁路等四条铁路。匝道桥为（90+90）m钢箱梁T构，采用转体施工，转体主墩位于既有铁路西北侧。纵断面位于R=1 800 m的圆弧竖曲线上，转体部分2×83.95 m。钢箱梁桥面铺装顶层为40 mm高黏高弹改性沥青SMA，下接5 mm防水黏结应力吸收层及DSP防水层，底层为60 mm（根据桥面板厚度由60～68 mm）C50聚合物钢纤维增韧轻质混凝土。桥型布置如图1所示。

图1 桥型布置图（单位:cm）

1.2 自然地理特性

1.2.1 地质情况

桥址区在大地构造上处于中朝准地台上，位于山西断隆的太行山隆起与华北断坳的冀中凹陷的接壤部位。桥址区地址覆盖层主要有杂填土、第四系全系统冲洪积层、第四系上更新统冲洪积层、第四系中更新统冲洪积层、第四系下更新统湖积层，上部为杂填土、粉质黏土、中粗砂，下伏基岩以圆砾、含卵砾石的中粗砂为主。

1.2.2 气候条件

桥址区属于暖温带半湿润季风气候，多年平均气温13.1℃，1月平均气温为-2.9℃，7月平均气温为26.5℃，最高气温为42.7℃，最低气温为-26.5℃。

1.2.3 水文

桥址区地下水含水层为第四系全新统及第四系下更新统地层，冲积～冲洪积成因。含水层岩性主要为卵石层、砂层和粉质黏土层，地下水来源于上流径流补给及大气降水向下径流。根据钻孔测量水位，勘察期间场地内地下水位埋深31.85～37.48 m，埋深高程39.7～39.85 m。

2 主要技术标准

（1）荷载等级：城-A级，提高1.3倍。

（2）车道布置：单车道。

（3）抗震设计参数：桥梁场地地震动峰值加速度为0.10 g，地震基本烈度7度。

（4）铁路净空：不小于7.96 m。

3 结构设计

3.1 上部结构

3.1.1 主梁设计

匝道桥主梁采用钢箱梁，钢箱梁设计的重点为结构的刚度、强度及疲劳，影响刚度与强度的关键因素为主梁高度。匝道桥边墩位置处梁高3.0 m，中墩位置处梁高6.5 m，梁高按二次抛物线变化。钢箱梁断面为单箱单室，箱梁顶板宽7.0 m，底宽3.5 m，设置1.5%的单向横坡，悬臂长度为1.75 m。为保证结构具有足够的强度，顶板标准厚度为16 mm，在受力较大的墩顶附近顶板厚度增加到24 mm，顶板采用8 mm厚U形加劲肋及20 mm厚的板肋，间距570 mm；底板的厚度在顺桥向不同区段采用了18～32 mm六种板厚，在受力较大的墩底区段底板板厚为40 mm，底板采用20 mm厚的扁肋，间距600 mm；腹板的厚度在顺桥向不同区段采用了14～20 mm四种板厚，在受力较大的墩顶区段腹板板厚为20 mm，腹板采用20 mm厚的板肋。

匝道桥中墩处梁高6.5 m，其高腹板稳定问题尤为突出，主梁设计应保证钢箱梁横向在弯矩及剪力共同作用下不失稳。由于腹板的高厚比较大，在设置足够的横隔板、横肋的同时，需设置多段纵向加劲肋，即根据不同梁高设计不同数量及位置的纵向加劲肋。纵向加劲肋共设置如下三种形式：

（1）3.0～3.6 m高梁段设置三道加劲肋；

（2）3.6～5.2 m高梁段设置四道加劲肋；

（3）5.2～6.5 m高梁段设置五道加劲肋。

腹板横肋设置的主要目的是防止腹板剪切失稳，对横肋间距、腹板横肋的刚度进行了验算。根据验算横隔板间距为7.8 m，横肋间距为1.3 m。纵横肋布置如图2所示。

3.1.2 临时索塔设计

为控制转体施工过程中钢箱梁下挠，在中墩墩顶设置临时索塔。临时索塔设计的重点是确保索塔具有足够强度及横向联系以及索塔与顶板焊接部位受力均匀，减小应力集中。索塔由4根直径1.0 m、壁厚16 mm、长24.0 m的钢管组成；每跨设置四根拉索，一端锚固在临时索塔上，一端与梁体连接，通过拉索对转体前梁体施加拉力，确保转体过程中梁体不产生较大的挠度，转体完成，支座安装就位后，将索塔及斜拉索拆除。为抵消拉索在索塔处产生的拉力及保证索塔的横向稳定性，索塔设置钢管横撑，每根拉索锚固位置处设置4根直径32 mm的精轧螺纹钢。索塔立柱设置于腹板与横隔板交接位置，索塔立柱加劲与腹板、横隔板、顶板采用栓接方式连接。临时索塔布置如图3所示。通过设置临时索塔，使主梁应力、端支座压力、成桥线形等指标得到很好的控制。

图3 临时索塔布置图（单位:cm）

3.1.3 墩梁固结设计

墩梁固结处是匝道桥的关键位置，保证钢材与混凝土有效的连接及内力和变形的平顺传递，采用带隔室填充混凝土连接方式，钢隔室里设置足够的剪力钉及PBL键，钢材与混凝土接触面积较大，减小应力集中现象。为加强主梁与墩的连接，设置竖向预应力。建立局部有限元模型，验算该位置在最不利荷载作用下混凝土、钢材的应力、剪力钉及PBL键的剪力，竖向预应力钢板的拉应力均满足规范要求。墩梁固结布置如图4和图5所示。

3.2 下部结构

3.2.1 桥墩及基础设计

主墩采用箱形空心墩，墩身采用C40混凝土，横桥向宽度为3.5 m，壁厚0.8 m，顺桥向宽度4.0 m，壁厚0.8 m。墩顶及墩底各设2.0 m厚实心段。主墩采用正方形承台，承台采用C40混凝土，边长8.6 m、厚2.5 m，采用群桩基础，承台下配9根直径1.2 m钻孔灌注桩。

图2 纵横肋布置图（单位:mm）

图4 墩梁固结处立面图（单位:mm）

图5 墩梁固结处平面图（单位:mm）

3.2.2 转体系统

转体结构由下转盘、转体支座、上转盘（撑脚等）、转动牵引系统组成。下转盘为支承转体结构全部重量的基础，转体完成后，与上转盘共同形成基础。下转盘采用C40混凝土。转体支座直径为1650 mm，厚度为190 mm，是平转法施工的转动体系。上转盘撑脚共设置6组。在撑脚的下方设有0.6 m宽的滑道，滑道半径为2.75 m，转体时保险撑脚可在滑道内滑动，以保持转体结构平稳。要求整个滑道面在一个水平面上，其相对高差不大于2 mm。

上部最大转体吨位为3 200 t，根据转体吨位选择转体支座。转体系统结构如图6和图7所示。