既有上跨铁路立交桥改扩建方案研究及设计优化

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储胡照

（中铁上海设计院集团合肥有限公司，安徽合肥230011）

摘要:在分析既有上跨铁路立交桥的基础上，综合考虑结构受力、施工工艺、交通组织、造价等因素确定既有铁路立交桥改扩

建方案，并根据方案对原有结构或构件按尽量利用的原则进行设计优化。

关键词:铁路立交桥改扩建;方案研究;受力分析;设计优化

中图分类号:U445.6文献标识码：A文章编号：1673-5781（2019）01-0067-03

1概述

随着经济社会的快速发展，城镇体系和产业布局大发展、大调整,现有的高速公路交通流量的迅速增加,部分路段高峰时段交通拥堵的问题已经凸显。为提升高速公路通道的服务能力，提升高速公路整体承载体和路网服务水平。需对现有的高速公路进行改扩建。然而，在高速公路改扩建的过程中需对既有的上跨铁路桥进行改造。而既有的上跨铁路桥存在着以下一些问题：

（1）既有上跨铁路桥结构设计标准低,因其上跨铁路，养护难度大，涉铁部分桥梁病害总体发展表现出进一步增多、增速趋势，桥梁的总体健康水平呈逐年下降趋势。

（2）基于当时技术、经济、造价、管理等方面因素考虑，为增加铁路桥限界,桥梁下部结构设计时采用双柱式无盖梁桥墩,上部结构采用简支变连续小箱梁。

（3）随着铁路运量的增长，上跨铁路桥下铁路新增复线及三线电化已经改造完成，对既有铁路桥梁拼宽或拆除重建施工过程提出了更高的要求。

（4）在既有桥梁结构全部利用、部分利用及不利用之间怎样找到一个平衡点。

基于以上问题，我们从改扩建的主要目的，在保证铁路运行安全前提下。以G5011芜合高速与淮南铁路立体交叉工程为例进行分析。

2工程背景

既有G5011芜合高速与淮南铁路立体交叉工程为沈家巷铁路立交桥,该桥于1997年开工,2000年交工。桥址位于芜湖市沈港镇,为芜湖北互通一部分，沈家巷铁路立交桥全长860.25m。交叉处铁路轴线与本项目设计线交角为133.06°（右偏角），其中跨越淮南铁路采用31m先简支后连续小箱梁错孔布置，桥梁结构为正交，从芜湖至合肥方向左幅桥孔布置为2X30+4X30+4X30+5X30+（11.75+2X31+30.5）+ 5X30+5X30,右幅桥孔布置为2X30+4X30+4X30+5X 30+（30.5+2X31+11.75）+5X30+5X30。跨铁路部分横桥向布置为:0.5m（防撞护栏）+11.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）+0.5m（中央分隔带）+0.5m（防撞护栏）+11.Om（行车道）+0.5m（防撞护栏），全宽24.5m o荷载标准:汽超20级,挂120。下部结构涉铁联采用双柱式无盖梁桥墩，引桥为柱接盖梁桥墩（台），钻孔灌注桩基础。既有桥梁最小净空为7. 56m,既有桥墩边缘到相邻铁路中心线最小距离为5.lm o

3既有上跨铁路立交桥改扩建方案研究

3.1工程难点及设计原则

（1）桥梁处于芜湖北互通内，原桥存在结构加宽及变宽，且本桥的扩建方案需服从互通的总体改建方案，部分段落存在非规则加宽。

（2）现状桥梁设计汽车荷载等级为汽车一超20级、挂车一120,如采用两侧拼接,须按照公路一I级荷载标准对现状桥梁进行维修加固。

⑶淮南铁路已进行电气化改造,净高要求为&2m,如采用拼接方案，现状桥梁需顶升约lm o

（4）由于原桥为正交错孔布设，墩柱距铁轨较近（仅约5.Im）,如采用拼接方案，则需错位拼接。

（5）桥梁加宽必需建立在对老桥检测评定与加固维修的基础上。即根据两者的综合评估结论确定加固与否，再进行拼接优化设计，综合考虑结构受力、施工工艺、交通组织、造价等因素确定拼宽方式。在保证安全的前提下，按尽量利用的原则设计，即尽量利用原有结构或构件。

（6）桥涵设计基于本项目扩建期间主线四车道保通方案的前提条件下，按照安全、耐久、适用、经济和美观的原则进行设计。

收稿日期：2018-12-07；修改日期：2019-01-06

作者简介:储胡照（1988-）,男,安徽岳西人冲铁上海设计院集团合肥有限公司工程师.

《工程与建设》2019年第33卷第1期67

设

亜储胡照既有上跨铁路立交桥改扩建方案研究及设计优化

(7) 加宽桥梁采取上部构造相互连接、下部构造不连接的 方式进行拼接。拼接设计应考虑不同拼接方式的多方案比选， 梁高应在满足规范要求前提下尽量降低,避免对桥下净空产生

不利影响。

(8) 上部构造采取同跨径、同结构进行桥梁加宽。拼接加

宽桥梁下部构造的基础形式选择原则上宜采用桩基础。

(9) 桥梁根据实际情况选用适宜的下构形式，桥墩以双柱 式墩为主，新旧桥梁的桥台采用适当的型式相匹配，所有拼宽

桥梁基础均采用桩基础,以便减少新老桥不均匀沉降。

(10) 在改扩建路段出现主线上跨被交等级路，或被交等级

路上跨主线，以及主线调坡、防洪通道等原因使桥下净空不满 足要求时,设计应做多方案比较，如路基路面下挖、桥梁顶升、 调整桥面系铺装厚度、调整纵坡、拆除重建等方式，应综合分

析,结合造价确定推荐方案。3.2方案研究

3. 2.1拼接方案

淮南铁路与桥梁设计轴线交叉角度较大，原桥采用正交错

孔布设，拼接部分也只能采用错孔布置,结构上选取与原桥刚

度相当的预制小箱梁。为降低错孔拼接对新、老桥梁的不利影

响,新桥与原桥采用较接构造。拼接部分跨径采用(21. 125+2

X31+21.125)m,联端与原桥跨铁路联对齐。正交错孔布置，

上部连接、下部分离方式。

图1半幅桥拼接模型

采用Midas Civil 建立空间三维模型对原桥梁板在拼接模

式下的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行分 析(表1) O

表1正截面抗弯承载力计算

位置

弯矩效应值/(kN • m)截面抗力

/(kN • m)富余量

边梁

第1跨跨中

1569. 51275— 23. 1%第2跨跨中93319878

5.5%第3跨跨中

10086. 59878— 2.1%第4跨跨中

10086. 69878—2. 1%

中梁

第1跨跨中

1680. 41268— 32.5%第2跨跨中9853. 698510%

第3跨跨中

10591. 09851— 7.5%第4跨跨中

10527. 6

9851

—6. 9%

通过结构分析，涉铁联采用拼接方案时，结构正截面抗弯 承载力、斜截面抗剪、法向压应力、主压应力、变形、裂缝宽度计

算均不满足规范的要求。

要求，因此原桥小箱梁需进行加固处理，边梁按提升33%计,

中梁按提升24%计,加固结果见表2。

表2小箱梁粘贴钢板维修加固结果

3. 2.2 拆除重建方案

部位承载力差值截面用钢量所需钢板截面

/(kN • m)/m m 2/m m

边梁-18434187

700X6中梁

-1339

3055

510X6

考虑跨越铁路架设上部结构,新建桥跨应尽量采用重量

小、经济性好、施工快捷的结构形式，故本桥上部采用预制小箱

梁结构。主桥上下部拆除重建，引桥上部拆除,下部利用原有

墩柱及基础。涉铁主跨采用(32+40+40)m 小箱梁上跨，引桥

采用正交30m 钢板组合梁，过渡段采用斜转正连续小箱梁实

现。下部结构老桥范围内拆除盖梁并利用其桩柱，加宽范围内

新建。具体为上部结构分别采用3X30 + 4X30钢板组合梁;

(2& 2+3X30)m 先简支后连续小箱梁；(2X40 + 32)(左幅)

m 、(32+2X40)(右幅)m 先简支后连续小箱梁；(3X30 + 23.

94)m 先简支后连续小箱梁；(3 X 30 + 3X 30 + 3 X 30 + 3 X 30) m 钢板组合梁;下部结构桥台采用柱式台,桥墩采用柱式墩,墩

台采用桩基础。

3. 3. 3方案分析及比较

本桥引桥共50跨(以半幅计)，共有边梁100片，中梁120 片,结合芜湖北互通的改建方案，涉及利用的引桥共29跨，共

有边梁58片、中梁58片,约占原桥主梁片数的52%。原桥小

箱梁正截面抗弯承载力不满足要求，因此原桥小箱梁需进行加

固处理。

涉及引桥桥墩38座，为1. 5m 直径墩柱和1. 6m 直径桩 基,根数均为84根。原桥下部结构现状较好,桩长满足现规范

要求，可以利用。根据小箱梁利用与否的造价分析，上部利用 后该项目建安费约比完全不利用节省费用约280万,约占该桥

建安费的2.6%。比例较小，但同时存在结构复杂化以及可能

存在隐含病害等问题。利用原桥上部需要顶升，最大高度近

2m,施工过程中存在较大安全隐患。综上所述,本桥建议上部 拆除重建,下部利用原墩柱及基础。

4设计优化

(1)既有桥梁拆除难度大。该项目既有桥梁下部结构采用 错孔布置，桩柱式桥墩(无盖梁)，墩柱最外缘离铁路中心线最

小距离为5. lm o 在保证铁路及高速公路运营安全前提条件 下，为满足架桥机吊装要求，需搭设临时支架。为减少施工期 间对铁路影响及工程造价,需开挖淮南铁路路基,利用既有桥

梁基础支撑临时钢管支架,在保证铁路运行安全的前提下,利

用16m 便梁对既有铁路进行防护。

根据前述验算结论，原桥小箱梁正截面抗弯承载力不满足

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