黔桂線擴能改造中柳州市鵝山立交橋的利用

李壽鋒

（南寧樞紐工程建設(shè)指揮部，工程師，廣西 南寧 530001）

既有鵝山立交橋為柳州市繁忙交通主干道下穿柳州站股道而設(shè)，因黔桂鐵路擴能改造，原設(shè)計方案將該立交橋拆除后新建框架橋，以滿足增設(shè)股道的需要。但新建方案存在3個難題：一是鐵路長期限速施工對運輸干擾及安全風(fēng)險大；二是施工須長期封閉市區(qū)繁忙交通主干道，對地方生產(chǎn)生活干擾極大；三是既有立交橋采用薄壁板墻墩結(jié)構(gòu)，成功解決了低洼交通干道的排水問題，而新建橋按標(biāo)準(zhǔn)型設(shè)計，無法解決排水問題。通過組織專家對該立交橋進行了檢測評估，以數(shù)據(jù)證明該既有橋能夠滿足改造后的黔桂鐵路運營技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而做出接長利用的優(yōu)化設(shè)計方案，使以上3個難題得以解決。

1 既有橋概況

既有鵝山路立交橋位于柳州站貴陽端咽喉區(qū)，1979年建成使用至今。為兼顧城市交通主干道的凈高及排水，采用鋼筋混凝土連續(xù)斜交板梁及薄壁板墻墩結(jié)構(gòu)。橋梁穿越7股道，橋孔跨型式為（8.7+10.0+8.7）m，斜交角度為62°40′，薄壁墩厚 68cm，中墩高5.8m，梁高60cm。橋梁立面布置見圖1所示。

圖1 鵝山路立交橋立面布置示意圖

2 既有橋的檢測與評估

為查明鵝山路立交橋經(jīng)過27年運營后的技術(shù)狀態(tài)，以判定其能否繼續(xù)適用于未來黔桂線擴能改造后的技術(shù)要求，2006年3月，中南大學(xué)土木工程檢測中心組織有關(guān)專家到現(xiàn)場，對該立交橋進行了測試評估。

檢測橋梁從靜態(tài)和動態(tài)2個方面進行。靜態(tài)檢測的項目包括各跨控制截面梁底拉應(yīng)力和各控制截面撓度；動態(tài)檢測的項目包括動力系數(shù)、動位移和結(jié)構(gòu)動力特性。因黔桂線擴能改造后，對橋梁結(jié)構(gòu)的動力指標(biāo)要求提高，故動態(tài)檢測的結(jié)果對評估橋梁能否適用于改造后的黔桂鐵路運營需要起到關(guān)鍵性的作用。為此，著重介紹動力檢測方面的情況。動態(tài)檢測的測點布置在各跨跨中兩側(cè)進行檢測，如圖2所示。

圖2 動態(tài)檢測的測點布置圖

2.1 動位移測試 以1臺東風(fēng)4型機車作為動荷載，分別以 10km/h，20km/h，30km/h，40km/h，45km/h，50km/h，55km/h，60km/h的速度通過橋梁，測試得到各跨在不同行車速度下的動位移響應(yīng)結(jié)果（見表1）。

表1 動位移響應(yīng)結(jié)果 單位：mm

由表1可看出：

1）邊跨跨中、中跨跨中豎向最大動位移分別為0.269mm，0.257mm；邊跨跨中、中跨跨中橫向最大動位移分別為0.237mm，0.208mm，分別為跨度L的1/42194，1/41826，遠小于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》第10.0.5條橋跨結(jié)構(gòu)橫向振幅通常值L/18.2B及安全限值L/9000要求，說明該橋橫向剛度良好。

2）隨著行車速度的增加，各跨跨中豎向動位移響應(yīng)基本呈現(xiàn)顯增加趨勢，但最大值出現(xiàn)在速度40～50km/h。

3）不同行車速度下，各跨跨中的豎向動位移比橫向大很多，說明該橋橫向剛度較豎向剛度大，各測點的動位移值基本符合受力規(guī)律。

2.2 動力系數(shù)測試 通過測試結(jié)構(gòu)動應(yīng)變的方法測取結(jié)構(gòu)的動力系數(shù)。各種行車速度下的動力系數(shù)測試分析結(jié)果見表2。

表2 動力系數(shù)測試分析結(jié)果

由表2可看出，中跨跨中截面動力放大系數(shù)分別在1.006～1.018之間，說明該橋動力性能良好。

2.3 結(jié)構(gòu)動力特性 結(jié)構(gòu)動力特性主要包括頻率、阻尼及振型等，測試時除采用跑車、跳車和剎車外，還可采用脈動（環(huán)境隨機振動）方法進行。

2.3.1 振動頻率 通過對脈動進行頻譜分析可獲得結(jié)構(gòu)的自振特性，結(jié)合跑車測試數(shù)據(jù)，綜合分析得到精確的橋跨結(jié)構(gòu)自振特性數(shù)據(jù)，振動頻率實測及理論分析結(jié)果見表3。

表3 振動頻率實測及理論分析結(jié)果 單位：Hz

從表3可看出：

1）實測脈動前3階豎向自振頻率分別為11.761Hz，16.895Hz，20.920Hz，均比相應(yīng)行車振動頻率稍大。分析原因是因為行車時，結(jié)構(gòu)振動有附加機車質(zhì)量影響；二者均較理論計算值稍大，說明該橋各聯(lián)連續(xù)梁實際豎向剛度較理論大。

2）實測行車前3階豎向自振頻率分別為11.510Hz，16.772Hz，20.712Hz，均大于規(guī)定值，說明該橋具有良好行車安全度。

3）實測及理論計算結(jié)果均表明，橫橋向一階振動頻率約為豎向的4倍，說明該橋橫向剛度較豎向剛度大很多。

2.3.2 結(jié)構(gòu)阻尼 結(jié)構(gòu)阻尼是結(jié)構(gòu)的重要動力特性，常用臨界阻尼比來表示。由于結(jié)構(gòu)阻尼本身非常復(fù)雜，根據(jù)結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)信號（主要為自由振動衰減信號），采用對數(shù)衰減率方法獲取結(jié)構(gòu)臨界阻尼比，按下式求得：

式中：γ為對數(shù)衰減率；

αn為第n個波的峰-峰值；

αn+k為第n+k個波的峰-峰值；

Dc為臨界阻尼比。

根據(jù)實測部分振動衰減信號分析計算，實測該橋第一階臨界阻尼比為7.63%，與一般橋梁結(jié)構(gòu)臨界阻尼比1.0%～10%接近，屬正常范圍。

3 優(yōu)化設(shè)計方案

通過對該立交橋靜態(tài)和動態(tài)檢測、外觀檢查和混凝土強度無損檢測，結(jié)合對大量檢測數(shù)據(jù)進行整理分析，判定既有鵝山路立交橋設(shè)計合理，目前技術(shù)狀態(tài)良好，強度、豎橫向剛度、校驗系數(shù)、橋墩沉降等性能指標(biāo)，均能夠滿足黔桂鐵路擴能改造后的運營要求。因此，作出既有橋完全利用，即按既有橋的結(jié)構(gòu)型式接長利用的變更設(shè)計方案。在既有橋左右側(cè)分別接長5.32m、4.57m，梁體采用與既有橋梁一樣的連續(xù)板梁，橋墩采用樁基礎(chǔ)薄臂墩。既有橋接長利用的變更設(shè)計平面布置見圖3。

圖3 既有橋接長利用的變更設(shè)計方案（平面布置圖）

4 結(jié)束語

鵝山路立交橋按既有橋結(jié)構(gòu)型式接長利用變更方案的成功實施，一方面減少了立交橋下的供水管路、燃氣管道、排水管、通信光纜、高壓線路等管線遷移，節(jié)省投資450萬元，另一方面避免了拆除舊橋進行過渡對既有線運輸?shù)挠绊?，?jié)省投資280萬元。同時采用板梁結(jié)構(gòu)，有效降低了結(jié)構(gòu)高度，在保證道路排水順暢的同時最大限度滿足立交橋的凈空，并減少了因立交橋施工對城市交通造成的不良影響，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。2007年開通運營以來，該橋狀態(tài)良好，很好地滿足了鐵路運輸?shù)男枰?/p>

柳州市鵝山立校橋的保留利用，說明某些既有的立交橋。只要設(shè)計合理，功能適用，如通過檢測評估證明其能夠繼續(xù)適用于提速擴能改造后的運營要求，均應(yīng)予以保留利用。對某些優(yōu)秀的設(shè)計方案和理念更應(yīng)給予繼承和發(fā)展，而不應(yīng)一味地大拆大改。這樣，既可以節(jié)約建設(shè)資金，又可以減少對既有鐵路運輸?shù)母蓴_，帶來是可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。