客運(yùn)專線利用既有橋梁段落增設(shè)聲屏障方案研究

姚君芳

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

1 工程概況

京石客運(yùn)專線自北京西站引出，起點(diǎn)處京石客運(yùn)專線右線利用既有西長(zhǎng)左線，同時(shí)沿既有西長(zhǎng)左線南側(cè)增建客運(yùn)專線左線。京石客專雙線利用既有西長(zhǎng)線段落位于北京市四環(huán)附近，涉及居民區(qū)、學(xué)校等敏感點(diǎn)，環(huán)評(píng)要求設(shè)置聲屏障。該范圍內(nèi)有豐臺(tái)路特大橋，42-16 m簡(jiǎn)支T梁;青塔特大橋，57-16 m簡(jiǎn)支T梁+1-12 m簡(jiǎn)支T梁，2座特大橋總長(zhǎng)1646 m。

既有橋梁為雙線，采用低高度先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁(圖號(hào)為《叁橋2003》)，兩單線梁并置，單線梁寬3.9 m，兩側(cè)角鋼支架人行道板寬度為1.55 m，橋面總寬11.2 m，見圖1。全橋均采用明挖基礎(chǔ)，橋臺(tái)基礎(chǔ)橫向?qū)挾葹?0 m外，其余橋墩均為8.5 m，埋深最大7 m。土層以圓礫土、卵石土、砂黏土和礫砂為主。既有橋梁于1995年8月30日竣工。

2 增設(shè)聲屏障方案

增設(shè)的聲屏障采用插板式，立柱采用型鋼HW175，柱間距2 m。不同高度聲屏障設(shè)計(jì)荷載見表1。

表1 聲屏障立柱設(shè)計(jì)荷載

既有橋梁設(shè)計(jì)時(shí)未預(yù)考慮聲屏障設(shè)置要求，經(jīng)檢算既有角鋼支架和T梁外懸臂板無(wú)法承受聲屏障立柱荷載。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和工程實(shí)際，擬定了改造既有橋方案、鋼結(jié)構(gòu)落地方案、混凝土梁落地方案3個(gè)增設(shè)聲屏障的方案進(jìn)行細(xì)化研究。

(1)改造既有橋方案

本著經(jīng)濟(jì)可行、確保安全的要求，提出替換既有角鋼支架，增加梁體橫向連接，在既有T梁人行道角鋼托架上增設(shè)聲屏障的方案。

原設(shè)計(jì)角鋼支架間距1.5 m，人行道寬1.55 m，每個(gè)支架采用單片角鋼，設(shè)計(jì)僅考慮了欄桿荷載，經(jīng)檢算原支架不能滿足增設(shè)聲屏障要求。為此，以1 m間距的支架替換原支架，為減輕荷載，人行道寬度由1.5 m減小為1.05 m并增設(shè)避車臺(tái)?？紤]到梁體承載能力限制，本方案的聲屏障高度按照2.15 m，聲屏障立柱間距按照1.0 m進(jìn)行設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)角鋼支架如圖2所示。

圖2 新設(shè)計(jì)角鋼支架(單位:mm)

增設(shè)混凝土加勁肋對(duì)懸臂板加強(qiáng)，見圖3。材料采用C50無(wú)收縮混凝土，新舊混凝土結(jié)合、角鋼支架與梁體連接采用植筋技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

既有橋梁兩片梁體之間無(wú)橫向聯(lián)系，經(jīng)檢算，施加聲屏障等荷載后，穩(wěn)定性不滿足要求。為加強(qiáng)梁體橫橋向穩(wěn)定性，對(duì)12 m、16 m低高度先張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁每孔分別增設(shè)了4道、6道橫隔板，采用φ15.2 mm1860級(jí)低松弛無(wú)粘結(jié)鋼絞線進(jìn)行連接。16 m T梁橫向連接布置見圖4。

每隔2孔在梁端設(shè)置1處避車臺(tái)。避車臺(tái)處設(shè)3片角鋼支架，間距為0.75 m，延長(zhǎng)N1角鋼，靠近梁縫處的兩片支架設(shè)置斜撐，支撐于橋墩上。支架結(jié)構(gòu)見圖5。

聲屏障基礎(chǔ)與人行道托架采用栓焊結(jié)合的方式，以增強(qiáng)連接的可靠性、安全性。

圖3 混凝土加勁肋布置(單位:cm)

圖4 16mT梁橫向連接布置(單位:cm)

圖5 避車臺(tái)支架圖示(單位:mm)

此方案僅對(duì)橋梁橫向進(jìn)行了加固，其縱向無(wú)法加固，必須對(duì)縱向受力進(jìn)行檢算。原T梁混凝土為C50，預(yù)應(yīng)力筋為φ25 mm 45SiMnV精軋螺旋鋼筋。經(jīng)檢算，主力作用下各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，但梁體1/4處箍筋的安全儲(chǔ)備小，梁縱向強(qiáng)度受梁體1/4處抗剪控制。檢算結(jié)果詳見表2。

表2 16 m低高度T梁主力作用下檢算結(jié)果

(2)鋼結(jié)構(gòu)支架落地方案

由于既有梁的角鋼支架、梁體等不能承受增設(shè)聲屏障的荷載，為了避免破壞既有梁，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)聲屏障隔聲功能，盡量利用既有橋范圍空間，減少外界因素干擾，擬定了鋼結(jié)構(gòu)支架落地方案。具體布置見圖6。

此方案不涉及原人行走道板的改造，與原橋梁結(jié)構(gòu)完全分離。兩結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間留100 mm的結(jié)構(gòu)變形縫，待結(jié)構(gòu)安裝完成后，采用柔性材料封堵。

基礎(chǔ)采用挖孔樁，C30混凝土，樁徑為0.8 m，樁長(zhǎng)為2.6～7.5 m，基礎(chǔ)之間設(shè)250 mm×400 mm系梁?；A(chǔ)上設(shè)鋼桁架，鋼柱、鋼梁均采用箱形截面，柱截面尺寸采用箱形300 mm×200 mm×10 mm，梁截面尺寸采用300 mm×350 mm×10 mm，斜撐采用φ83×5 mm鋼管。鋼柱與基礎(chǔ)之間采用預(yù)埋螺栓和焊接鋼板連接。聲屏障的H型鋼直接焊在箱形梁上。對(duì)于16 m T梁，聲屏障基礎(chǔ)間距為8.4 m與8.16 m交替布置。

結(jié)構(gòu)柱頂最大橫橋向位移為7.2 mm，聲屏障柱頂最大橫橋向位移為52 mm，位移和振幅較大。

圖6 鋼結(jié)構(gòu)支架落地方案布置(單位:mm)

(3)混凝土梁落地方案

將增設(shè)聲屏障側(cè)人行道鋼支架拆除，在原人行道位置處沿線布置鋼筋混凝土橋梁，用于承受人行道荷載、聲屏障荷載和電纜槽荷載等。

為避免對(duì)既有橋基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，新建橋梁與既有橋梁錯(cuò)孔布置，橋跨為16.5 m，新建橋樁基礎(chǔ)在既有橋跨中。為增加結(jié)構(gòu)整體性和抗傾覆、抗扭能力，采用連續(xù)剛構(gòu)體系，先架設(shè)簡(jiǎn)支梁，后將梁、墩澆筑為剛構(gòu)體系，三孔一聯(lián)，濕接縫寬0.5 m。

為了避免結(jié)構(gòu)與接觸網(wǎng)支柱干擾，橋面寬1.05 m。梁體與T梁之間預(yù)留寬為3 cm的縫，以防止新建橋橫向力作用至既有橋。橋面設(shè)置2%排水坡。梁截面采用空心矩形截面，梁寬1.4 m，梁高0.7 m。為了盡可能減小荷載偏心，將電力電纜盡量放置于遠(yuǎn)離聲屏障側(cè)。梁體混凝土采用C50。

橋墩采用單圓柱形，C50混凝土。直徑為1.0 m。托盤設(shè)為1.22 m(順橋?qū)?×1.4 m(橫橋?qū)?×1 m(高)?；A(chǔ)采用挖孔樁，不設(shè)承臺(tái)，樁徑為1.25 m。具體布置詳見圖7。

橋梁高度小于8 m，梁重30 t，采用預(yù)制架設(shè)施工方法。此方案具有施工質(zhì)量能保證、施工工期短等預(yù)制梁作業(yè)施工的優(yōu)點(diǎn)。

3 方案比選

設(shè)計(jì)中對(duì)以上方案進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，3個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見表3。

綜上所述，方案一:加固后，梁體抗剪強(qiáng)度有一定程度削弱，且既有線需大范圍改造梁體，安全性不能得到保障。方案二:景觀效果差，且聲屏障頂部振幅大，建成運(yùn)營(yíng)后，存在一定的安全隱患。方案三:避免了增設(shè)聲屏障荷載對(duì)既有低高度簡(jiǎn)支T梁增加附加荷載;拆除既有人行道增加了既有T梁的安全儲(chǔ)備;在新建橋梁上上設(shè)置聲屏障，安全可靠，養(yǎng)護(hù)維修工作量小，整體設(shè)計(jì)構(gòu)思巧妙，一舉多得。因此，最終推薦方案三，其實(shí)景見圖8。

圖7 混凝土梁落地方案布置(單位:mm)

表3 三種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

圖8 推薦方案(混凝土梁落地方案)實(shí)景

4 結(jié)語(yǔ)

京石客運(yùn)專線聲屏障工程在既有橋上的實(shí)施既解決了客運(yùn)專線噪聲污染的問(wèn)題，又滿足了既有橋安全改造的要求，景觀效果好，創(chuàng)造了客運(yùn)專線良好的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，對(duì)于類似聲屏障工程具有借鑒意義。

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