滨北线松花江公铁两用桥改建工程总体设计

滨北线松花江公铁两用桥改建工程总体设计
王合希
【摘要】既有线改建工程设计方案要充分考虑新旧设计标准对接、对既有线运输影响、工程造价及建设难度,并需关注方案的可实施性,努力实现新旧工程整体最优.结合滨北线松花江公铁两用桥改建工程的总体设计,分析了该桥址的建设条件;通过对桥位、通航孔跨度、桥型结构等方面进行方案比选,决定采用下游50 m桥位,主桥主通航孔为四跨(96 +2×144 +96)m连续钢桁梁桥,其余为6-96 m简支钢桁桥,引桥采用32 m预应力混凝土简支T梁的建设方案;并对主桥结构设计及指导性施工方案进行了阐述.
【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2014(000)002
【总页数】6页(P14-19)
【关键词】公铁两用桥;钢桁梁;改建;总体设计
【作者】王合希
【作者单位】中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600
【正文语种】中文
【中图分类】U442.5
1 工程概况
1.1 地理位置
滨北线松花江公铁两用桥是既有松花江公铁两用桥的改建工程，位于哈尔滨市区，地理位置见图1。

该桥铁路南岸接哈尔滨东站，北岸与新松蒲站相接，公路道路连接哈尔滨市松北区与道外区，是哈尔滨市东三环的过江通道。

图1 项目地理位置
1.2 既有桥概况
既有滨北线松花江公铁两用桥是中国最早的公铁两用过江大桥，于1932年动工，1933年12月下层铁路单线桥建成通车，1934年8月上层公路桥建成通车，已运营80年。

该桥孔跨布置为:2－64.0 m钢桁+(80.0+96+80.0)m 悬臂钢桁 +10 －64.0 m 钢桁，铁路桥全长1 065.8 m，公路桥全长1 147.6 m。

运营多年后病害严重，上层公路桥已于2006年12月25日封闭，下层铁路桥采取限速、限量运营，但仍存在安全隐患，危及行车安全。

经评估论证，该桥已是一座高龄、低运能的病害桥，能用到2016年［1］。

该桥的现状如图2所示。

图2 既有滨北线松花江公铁两用桥
1.3 主要技术标准
(1)设计速度
滨北正线设计速度目标值:120 km/h;
城市快速路:60 km/h。

(2)设计活载
滨北正线铁路:中－活载［2］;
城市快速路:公路－Ⅰ级;
人群荷载:3.5 kPa。

(3)通航标准
通航净高:不小于13 m;
通航净宽:单孔单向不小于115 m。

(4)地震烈度
桥址区域地震动峰值加速度:0.088 g。

2 建设条件
2.1 地质
桥址沿线经过地区大的地貌单元主要为松花江冲积平原、松花江河漫滩，地形平坦，地面高程一般在98～124 m。

沿线交通条件便利，江南地区建筑物密集，江北多
为农田，分布有少量鱼塘。

2.2 水文
桥位所在河段处于松花江干流中游，两岸堤距约2.2 km，江水流向为西向东。

桥
址断面呈W形，以江心岛(狗岛)将河道分为南北两汊，南汊为主航道，北汊主要
为泄洪江道，其中江心岛宽约350 m;南汊河道顺直，常水位时水面宽约400 m;北汊弯曲，水面宽约280 m。

受城市防洪堤的控制，其岸线、深槽、边滩多年来一
直比较稳定。

平均水深10 m，最大水深为20 m。

哈尔滨江段流速变化不大，洪
水期桥位断面主流表面最大流速为2.37 m/s，岸边流速一般为 0.33 m/s。

2.3 气象
桥位区属中温带大陆性季风气候，全年平均气温3.5℃，一月最冷，七八月最热;全年结冻期190 d左右。

季节性冻土发育，每年十月末开始结冻，至翌年三月中旬
开始融化，六月初化透，最大冻结深度2.05 m，本区属严寒地区。

各气象要素详
见表1。

表1 主要气象要素年平均气温/℃ 3.5最热月平均气温/℃ 22.8最冷月平均气温/℃ －19.4极端最高气温/℃ 36.4极端最低气温/℃ －38.1土壤最大冻结深度/m 2.05 3 总体构思
3.1 桥位方案
桥位方案结合改建桥梁与既有滨北线及联络线顺接、与既有(规划)道路衔接、新建桥梁基础施工对既有桥影响、客货运量需求与建桥时机等因素进行了比选。

既有滨北桥下游约700 m规划有三环线东江桥，上游约800 m规划有红旗街桥。

本次研究重点围绕既有滨北桥有限的桥位资源布设了既有桥原位、既有桥上游50 m、下游50 m三个桥位方案，桥位方案见图3。

图3 新建桥位方案示意
结合改建桥与既有滨北线及联络线顺接、与既有(规划)道路衔接、施工期间的施工过渡、新建桥梁基础施工对既有桥影响、客货运量需求与建桥时机等因素进行桥位比选，各桥位综合比较见表2。

表2 桥位综合比较桥位优点缺点原位还建(1)线路改建短;(2)与两侧既有线纵断面
衔接较好;(3)能部分利用北侧既有铁路扩孔桥(1)原位方案施工时需中断既有滨北线行车，需调整哈枢纽运输组织，且部分线路需扩能改造，引起部分废弃工程;(2)桥
孔布设时要兼顾通航及新老桥墩位置关系上游50 m新建(1)线路改建较短;(2)拆迁建筑物较少;(3)投资较少(1)基础施工时，对既有桥影响较大(尤其是基础冲刷)，影
响铁路安全;(2)线路与既有江南线有交叉，施工时对既有线运营干扰大，施工过渡
困难;(3)南岸公路引桥需跨过既有铁路，施工对既有线运营干扰大下游50 m新建(1)两侧衔接平面和纵断条件较好;(2)桥梁施工对既有桥基础影响较小;(3)南岸公路
主线与既有路网接线方便。

(4)江南联络线设置方便，坡度较小(1)滨北正线拆迁较大;(2)工程投资较大
对以上3个桥位方案分析可知:原位还建方案，施工时需中断既有滨北线行车，需
调整哈枢纽运输组织，且部分线路需扩能改造，引起部分废弃工程;上游桥位方案，基础施工对既有桥影响较大，影响既有铁路运营安全，南岸公路引桥需跨过既有铁路，施工时对既有线运营干扰大;下游桥位方案，桥两侧衔接的平面和纵断条件较好，桥梁施工对既有桥影响较小，南岸公路主线与既有路网接线方便。

综合比较3
个桥位的优缺点，选择下游50 m桥位方案为推荐方案。

3.2 桥型方案
3.2.1 公铁桥面布置
由于本桥为公铁两用桥梁，在桥梁横断面布置时应充分注重铁路、公路在线路技术标准、车道宽度、车辆荷载等各方面特点，本着适用、合理、经济的原则统筹考虑。

目前公路、铁路总的横向布置可分为:上下分层和公铁并行两大类形式。

上下分层形式又可分为:铁路在下，公路在上(方案1、方案2);铁路在上，公路在下(方案3)。

左右并行形式又可分为:铁路在一侧，公路在一侧(方案4);铁路在中间，
公路在两边(方案5)。

各方案示意见图4。

在公铁并行的形式中，如果采用铁路在中间，公路在两边即方案5，则存在公路引桥及公路接线疏解困难、复杂的缺点，并且主桥若采用并行布置的方式，则主河槽内的桥梁总宽度将达到50 m，桥墩数量增加一倍，宽度增加一倍以上，对主槽行洪带来不利影响，因此排除方案5。

图4 桥梁横断面布置方案示意
在上下分层形式中，如果采用铁路在上、公路在下，即方案3的形式，则铁路纵
断面高程很高。

由于铁路线路纵坡相对较缓，如铁路在上将导致铁路桥梁长度加长，规模加大，很不经济。

且从梁部结构考虑，方案3的布置形式也是很不合理的，
因此排除方案3。

对于主桥，由于跨越主河槽，宜减少桥梁横向宽度、减少桥墩横向数目，以使主槽行洪顺畅。

因此采用公铁上下分层的形式，即方案1。

采用上下层布置特别有利于两岸公路引桥接线，这样可以避免公路引桥上跨或下穿铁路引桥，使公路接线更加平顺。

3.2.2 主桥桥型
目前哈尔滨市松花江段已建成的大桥有多座:滨州铁路桥、滨北铁路桥、松花江公
路大桥、四方台大桥、王万联络线跨江大桥、东四环跨江大桥、松浦大桥(道外二
十道街跨江桥)，其中滨州铁路桥、王万联络线跨江大桥为铁路桥梁，其余均为公
路桥梁。

桥型分别为预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥、斜拉桥、钢桁梁桥等。

国内武汉、南京、九江、芜湖、天兴洲长江大桥公铁两用主梁均采用钢桁梁结构形式。

综合考虑公铁两用桥的桥面布置型式及既有滨北桥的历史沿承性，主桥桥型方案主梁着重考虑了钢桁梁方案。

3.2.3 主跨跨径
本桥的主孔跨径由通航要求控制，若采用单孔单向通航，跨度一般在120 m左右，若采用单孔双向通航，跨度一般在260 m左右。

为尽量减少桥梁修建后对桥位河
段防洪和河势的影响，建议主槽跨径应不小于120 m，滩地跨径不小于30 m。

对于主通航孔跨径的选择，对单孔单向通航孔跨144 m和单孔双向通航孔跨264 m两种跨度方案进行了比较，具体见表3。

144 m跨度方案在自振特性、施工难度、工期及经济指标等方面均优于264 m钢桁拱方案，设计推荐采用主跨144 m 连续钢桁梁方案。

表3 主通航孔桥式方案技术经济比较项目(96+2×144+96)m连续钢桁梁
(108+264+108)m连续钢桁拱景观效果平行弦桁高/m 14 14拱底至拱脚/m 58
桁宽/m 14 25.6主通航孔跨度/m 2×144 264轨底到梁底高度/m 2.2 2.5体系特
点结构简洁，受力明确梁拱组合体系，技术成熟，外形美观施工难度技术成熟，施工工艺简单，工期短边跨支架施工，中跨拱梁同时进行，空中作业多，难度大，工期长工期 10个月 13个月对航道影响较小小中跨静活载挠度(挠跨比) 52
mm(1/2 766) 59 mm(1/4 482)边跨静活载挠度(挠跨比) 28 mm(1/3 416) 32 mm(1/3 375)自振频率/Hz横向0.944 0.5竖向1.104 0.992桥梁动力性能满足
满足行车舒适性竖向优或良优或良横向优优或良桥长/m 1 352.8 1 352.8建安
费 9.218亿元 10.120亿元
3.2.4 桥跨布置
根据通航要求、既有桥墩位置、河道防洪等控制条件，本桥孔跨布置如下:主桥为
2－96 m简支钢桁梁+(96+2×144+96)m连续钢桁梁+6－96 m简支钢桁梁;铁路引桥部分跨越北岸大堤处采用1－96 m简支钢管混凝土系杆拱，其余铁路引桥均
采用24 m及32 m标准T梁形式。

其中，主桥主体结构公铁合建段总长1 267.9 m;江南、江北下部结构公铁合建段
总长784.8 m;江南、江北铁路引桥分建段总长2 118.76 m。

桥跨布置见图5。

图5 桥跨布置(单位:m)
4 主桥结构设计
4.1 上部结构设计
4.1.1 主桁
主梁布置两片主桁，采用带竖杆的三角形桁架，两片主桁横向中心距为14 m，桁高14 m，节点间距12 m。

中墩处设下加劲弦，加劲弦高10 m，两侧分别设置2个节间范围;其余孔跨主桁为平行弦桁架。

主桁构造见图6、图7。

主桁平弦部分钢材采用Q370qE［3］，加劲弦部分采用 Q420qE。

图6 (96+2×144+96)m连续钢桁梁立面(单位:m)
主桁上、下弦杆均采用箱形带肋截面，杆件内宽1 000 mm;上弦杆外伸翼缘板长800 mm，下弦杆外伸翼缘板长500 mm;杆件内高1 400 mm，板厚20～40
mm不等。

腹杆采用箱形及H型截面，箱形杆件内宽1 000 mm，外高998 mm，板厚24～44 mm不等;H型杆件宽720 mm，外高998 mm，板厚28～32 mm
不等。

加劲弦杆采用箱形带肋截面，杆件内宽1 000 mm，内高1 400 mm、1 600 mm，板厚36～50 mm不等。

加劲弦竖杆采用箱形带肋截面，杆件内宽1 000 mm，内高1 400 mm，板厚44 mm。

图7 连续钢桁梁横断面(单位:cm)
4.1.2 桥面系
铁路桥面采用多横梁小纵梁正交异性板钢桥面，钢桥面板厚16 mm，上铺6 cm
厚C55混凝土耐磨层和新型聚脲弹性体防水层。

钢桥面板下横桥向设置多道U形纵肋。

沿桥纵向每隔3 m设置一道横梁，横梁采用倒T形截面。

钢桥面板(兼横梁上翼缘板)与下弦杆伸出肢焊接，横梁腹板及下翼缘板与下弦杆伸出肢栓接。

每线
铁路中心线下对称设置2道纵梁，中心距1.5 m，共设置4道，对应两线铁路4
根钢轨。

纵梁采用倒T形截面，铁路桥面系见图8。

图8 铁路桥面系构造(单位:cm)
公路桥面也采用正交异性板钢桥面，钢桥面板厚16 mm，上铺10 cm厚混凝土
+9 cm厚沥青混凝土铺装层。

钢桥面板下横桥向车行道范围内设置多道U形纵肋;在人行道范围内设板肋加劲。

沿桥纵向每隔3 m设置一道横梁，横梁采用倒T形截面。

公路桥面横梁长30 m，其中两侧悬臂部分长8 m，横梁高800～1 400 mm;中间部分长14 m，横梁高1 400～1 514 mm。

钢桥面板(兼横梁上翼缘板)与上弦杆伸出肢焊接，横梁腹板及
下翼缘板与上弦杆伸出肢栓接，公路桥面系见图9。

图9 公路桥面系构造(单位:cm)
4.1.3 联结系
为保证主梁框架的横向稳定性，在平行弦每个节点处均设置了横向联结系。

主桁内侧为单交叉式三角形桁架结构，主桁外侧设置一道斜撑。

联结系杆件采用H型截面，见图10。

图10 横向联结系构造(单位:cm)
4.2 下部结构设计
主桥桥墩采用圆端形实体墩，墩顶设顶帽和托盘。

顶帽横桥向宽度为21 m，顺桥
向宽度为5 m，厚度为1 m;托盘横桥向宽度为21～17 m，顺桥向宽度为5 m，
厚度为3 m;墩身横桥向宽度为17 m，顺桥向宽度为5 m，墩高为4.5 ～18.5 m。

基础采用钻孔灌注桩基础。

22～24号墩承台长29.7 m，宽13.8 m，厚5 m;桩基采用18 根直径2 m 的钻孔灌注桩。

20、21、25～30号墩承台长22.2 m，宽12.6 m，厚3.6 m;桩基采用 15 根直径1.8 m 的钻孔灌注桩。

22～24号桥墩构造见图11。

图11 22～24号桥墩构造(单位:cm)
5 指导性施工方案
总工期3年。

桥墩9～11号、15～18号为水中墩，基础和墩台采用栈桥和墩位平台方案施工，钻孔桩基础，承台采用双壁钢围堰施工。

其它墩钻孔桩采用筑岛施工，承台采用钢板桩围堰施工。

主桥钢梁架设起步段(21号墩～22号墩、24号墩～25号墩、30号墩～31号墩)
采用临时墩支架法架设，其它孔采用架梁吊机全伸臂法架设，两联之间架梁时设置临时连接。

钢梁施工步骤见图12。

6 结束语
结合桥址建设条件、运输组织及规划航道要求，设计方案采用下游50 m桥位，主桥主通航孔采用四跨(96+2×144+96)m连续钢桁梁桥，其余为6－96m简支钢桁桥，引桥采用32 m预应力混凝土简支T梁方案，主桥施工采用悬臂拼装施工工艺。

大桥已开工，预计2016年底完成建设。

图12 钢梁施工步骤
参考文献
［1］铁道科学研究院铁道建筑研究所，哈尔滨铁路局工务处，北方交通大学土木建筑工程学院.哈尔滨铁路局四座旧桥试验评估报告［R］.北京:铁道科学研究院，2002:49.
［2］铁道第三勘察设计院.TB 10002.1－2005 铁路桥涵设计基本规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005:22.
［3］中铁大桥勘测设计院有限公司.TB 10002.2－2005铁路桥梁钢结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2008:6－10.。