公路橋梁采用鋼箱梁轉(zhuǎn)體法上跨高鐵營(yíng)業(yè)線設(shè)計(jì)方案

農(nóng)紀(jì)源，施　智

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007)

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公路橋梁采用鋼箱梁轉(zhuǎn)體法上跨高鐵營(yíng)業(yè)線設(shè)計(jì)方案

農(nóng)紀(jì)源，施智

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007)

農(nóng)紀(jì)源(1982—)，工程師，主要從事道路橋梁勘察設(shè)計(jì)工作；

施智(1976—)，高級(jí)工程師，碩士，主要從事道路橋梁勘察設(shè)計(jì)工作。

摘要：文章以廣西濱海公路企沙至茅嶺段長(zhǎng)壢分離式立交大橋方案設(shè)計(jì)為例，介紹鋼箱梁轉(zhuǎn)體法在公路橋梁跨越高鐵營(yíng)業(yè)線中的設(shè)計(jì)思路，闡述了鋼箱梁轉(zhuǎn)體系統(tǒng)組成及施工程序，以期為今后同類(lèi)橋梁建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；鋼箱梁；轉(zhuǎn)體法；高鐵；設(shè)計(jì)方案

0引言

隨著近兩年來(lái)廣西高鐵陸續(xù)建成并投入使用，今后會(huì)越來(lái)越多地遇到擬建公路與高鐵營(yíng)業(yè)線交叉的情況，有時(shí)受地形條件等一些客觀因素的限制，不得不采取公路橋梁上跨高鐵的方案。由于鐵路部門(mén)對(duì)公路橋梁上跨高鐵營(yíng)業(yè)線有著極為嚴(yán)格的要求和規(guī)定，這就對(duì)公路橋梁的結(jié)構(gòu)形式和施工方法提出了更高的要求，因此選取合適的橋型方案和合理的施工方法對(duì)施工期間減少對(duì)高鐵正常運(yùn)營(yíng)的干擾、維護(hù)高鐵的運(yùn)營(yíng)安全、節(jié)約工程造價(jià)等有著極其重要的意義。本文所討論的廣西濱海公路企沙至茅嶺段長(zhǎng)壢分離式立交大橋即為此類(lèi)橋梁。

1工程概況

廣西濱海公路企沙至茅嶺段起點(diǎn)位于防城港市企沙鎮(zhèn)牛路村附近，終點(diǎn)位于防城港市茅嶺鄉(xiāng)大寶壩村附近，與已建成的防城至東興高速公路茅嶺互通相接。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：雙向四車(chē)道一級(jí)公路；設(shè)計(jì)速度為100 km/h；路基寬度為33.5 m，終點(diǎn)附近為26 m；汽車(chē)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)。擬建公路在終點(diǎn)附近分別與已運(yùn)營(yíng)欽防高鐵和南防鐵路相交。由于路線終點(diǎn)與茅嶺互通相接處高程比欽防高鐵軌頂高程高出約7.7 m，而水平距離僅300 m左右，無(wú)法采用公路下穿高鐵的方案，因此采取修建長(zhǎng)壢分離式立交大橋上跨欽防高鐵和南防鐵路的方案。擬建橋梁的難點(diǎn)是上跨欽防高鐵的橋梁結(jié)構(gòu)形式及其施工方法的選取，其也是本文討論的主要內(nèi)容。

2跨高鐵橋型方案

上跨欽防高鐵的橋型方案設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)因素：

(1)橋梁方案的選擇遵循安全、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀以及施工方便的原則；

(2)根據(jù)中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局“運(yùn)工橋隧涵〔2013〕316號(hào)”文件相關(guān)要求，公路與已運(yùn)營(yíng)高速鐵路

交叉，“當(dāng)確須采用上跨鐵路的方案時(shí)，應(yīng)采用上跨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體施工方案”，因此所選擇的橋梁結(jié)構(gòu)形式應(yīng)具備采用轉(zhuǎn)體法施工的條件；

(3)由于本橋橋面高程受欽防高鐵凈空要求以及與防東高速公路接順高程雙重控制，因此所選擇的橋梁上部結(jié)構(gòu)建筑高度不能過(guò)高；

(4)所選擇的橋梁結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足跨度要求，使橋墩邊緣與欽防高鐵留有足夠的安全距離，避免橋墩施工時(shí)破壞欽防高鐵路基邊坡的穩(wěn)定性，影響其運(yùn)營(yíng)安全。

綜合考慮以上因素，橋梁上部結(jié)構(gòu)擬采用2×50 m連續(xù)鋼箱梁上跨欽防高鐵，箱梁中支點(diǎn)處梁高3 m，等高段順橋向長(zhǎng)3 m，跨中和端支點(diǎn)處梁高2.5 m，梁高漸變段長(zhǎng)9 m，在梁底按直線線性過(guò)渡。鋼箱梁采用先按平行欽防高鐵方向搭支架拼焊鋼箱梁，然后再通過(guò)轉(zhuǎn)體設(shè)備旋轉(zhuǎn)就位的施工方法。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用蓋梁柱式墩，樁基礎(chǔ)。橋型方案如圖1所示。

3跨高鐵橋梁防護(hù)設(shè)施

中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局“運(yùn)工橋隧涵〔2013〕316號(hào)”文件明確要求，上跨高鐵的公路橋梁應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土墻式護(hù)欄、防護(hù)網(wǎng)、異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等可靠的防護(hù)設(shè)施。原鐵道部運(yùn)輸局“運(yùn)技基礎(chǔ)〔2013〕739號(hào)”文件也對(duì)公跨鐵立交橋異物侵限監(jiān)測(cè)裝置的形式和設(shè)置范圍做出了規(guī)定。本橋擬在上跨欽防高鐵范圍內(nèi)的鋼箱梁兩側(cè)分別設(shè)置兩道SS級(jí)墻式護(hù)欄，在內(nèi)側(cè)護(hù)欄頂設(shè)置防落網(wǎng)，防落網(wǎng)頂距橋面高度為4 m，同時(shí)對(duì)異物侵限監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行優(yōu)化，取消水平承重網(wǎng)和“L”型支架，直接將豎直監(jiān)測(cè)電網(wǎng)安裝在第二道墻式護(hù)欄頂，兩道墻式護(hù)欄間設(shè)置0.75 m寬的檢修通道。

圖2　上跨欽防高鐵安全防護(hù)示意圖

4鋼箱梁轉(zhuǎn)體法施工

一般橋梁采用轉(zhuǎn)體法施工時(shí)，為了保證梁體在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定，通常將轉(zhuǎn)體球鉸的位置選擇在承臺(tái)頂面與橋墩底之間，將墩梁臨時(shí)固結(jié)后使橋墩與梁同步轉(zhuǎn)體到位。由于本橋鋼箱梁較寬，且2號(hào)墩(中支點(diǎn)橋墩)位于高鐵挖方路塹所處的山包上，如果采用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)體方式，轉(zhuǎn)心面積及整體體積勢(shì)必非常龐大，2號(hào)墩承臺(tái)的大面積開(kāi)挖也會(huì)影響到高鐵路基的穩(wěn)定性，因此擬采用墩頂轉(zhuǎn)體的方法，即在墩頂施工支架上布置轉(zhuǎn)體球鉸對(duì)鋼箱梁進(jìn)行轉(zhuǎn)體后再落架就位。

4.1　鋼箱梁轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

鋼箱梁轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)體球鉸、轉(zhuǎn)體動(dòng)力裝置、轉(zhuǎn)體平衡裝置、水平轉(zhuǎn)動(dòng)和豎向鎖定裝置、轉(zhuǎn)體臨時(shí)斜拉索及鋼箱索塔等組成。

4.1.1轉(zhuǎn)體球鉸

轉(zhuǎn)體球鉸主要由上球鉸、下球鉸、滑動(dòng)摩擦板、銷(xiāo)軸以及支撐骨架組成，其中銷(xiāo)軸主要起定位固定的作用。施工時(shí)先將骨架固定在施工支架上，在骨架上放置好下球鉸并進(jìn)行調(diào)平，固定下球鉸底面，滑動(dòng)摩擦滑板采用分片鑲嵌結(jié)構(gòu)，放置于下球鉸頂面凹坑內(nèi)，然后放置好銷(xiāo)軸，涂抹潤(rùn)滑介質(zhì)，安裝好上球鉸，并將上球鉸固定在鋼箱梁底板上。最后通過(guò)轉(zhuǎn)體動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)動(dòng)上轉(zhuǎn)盤(pán)，使上下球鉸產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鋼箱梁的轉(zhuǎn)體對(duì)接。

1.上球鉸　2.下球鉸　3.滑動(dòng)摩擦板　4.銷(xiāo)軸　5.骨架圖3　轉(zhuǎn)體球鉸結(jié)構(gòu)示意圖

4.1.2轉(zhuǎn)體動(dòng)力裝置

轉(zhuǎn)體動(dòng)力裝置由弧形圍板及固定架、鋼絞線和張拉臺(tái)座組成?；⌒螄寮肮潭芄矁山M，采用Q345qD鋼板制成，平行、對(duì)稱(chēng)地焊接在鋼箱梁底板上，然后將15-7φs15.2鋼絞線纏繞于弧形圍板上并用錨具和夾片固定在箱形固定架上。轉(zhuǎn)體施工時(shí)通過(guò)固定在支架上的張拉臺(tái)座同時(shí)對(duì)兩組鋼絞線進(jìn)行反向張拉，由此產(chǎn)生的力偶為轉(zhuǎn)體施工提供動(dòng)力。

4.1.3轉(zhuǎn)體平衡裝置

轉(zhuǎn)體平衡裝置由平衡支撐腿和平衡滑道組成。平衡支撐腿采用400×400mmH型鋼加工而成，并增加兩道腹板焊接成箱形，底部焊接400×400mm鋼板，鋼板底部焊接成槽狀，內(nèi)鑲橡膠緩沖支座和聚四氟乙烯滑板，并與底部平衡滑道脫空5mm，保證轉(zhuǎn)體時(shí)平衡支撐腿不承載。平衡滑道采用700H型鋼2片焊接成箱體，箱體上鋪不銹鋼板，不銹鋼板上涂硅脂潤(rùn)滑劑，以減小摩擦系數(shù)。

圖4　轉(zhuǎn)體平衡裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4.1.4水平轉(zhuǎn)動(dòng)和豎向鎖定裝置

水平轉(zhuǎn)動(dòng)和豎向鎖定裝置為轉(zhuǎn)體施工前固定鋼箱梁而設(shè)置的，中支點(diǎn)處鋼箱梁焊接安裝好后，可用型鋼將鋼箱梁底板和支架焊接固定，當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工時(shí)再將其拆除。

4.1.5轉(zhuǎn)體臨時(shí)斜拉索及鋼箱索塔

由于鋼箱梁轉(zhuǎn)體施工時(shí)，兩懸臂端自由狀態(tài)下懸臂根部截面負(fù)彎矩很大，且梁端撓度過(guò)大，為了保證鋼箱梁在轉(zhuǎn)體過(guò)程中的自身結(jié)構(gòu)安全以及橋下高鐵運(yùn)營(yíng)的安全，必須對(duì)鋼箱梁進(jìn)行臨時(shí)斜拉。在中支點(diǎn)處梁頂設(shè)置臨時(shí)鋼箱索塔，與鋼箱梁焊接，然后在鋼箱梁兩端各設(shè)2條斜拉索，上端錨固在中心索塔內(nèi)，下端分別錨固在鋼箱梁端部的耳板銷(xiāo)軸上。索塔頂部箱內(nèi)設(shè)張拉槽，千斤頂置于塔內(nèi)，錨具置于箱梁錨墊板后方，張拉力通過(guò)耳板銷(xiāo)軸傳遞至箱梁腹板。拉索采用LPES7-121平行鋼絲索，配套采用LPES7-121冷鑄錨。

4.2　鋼箱梁轉(zhuǎn)體施工程序

4.2.1箱梁工廠制作

鋼箱梁分段、分片在工廠內(nèi)加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱橫向拼裝焊接。鋼箱梁工廠制作時(shí)，同時(shí)焊接安裝好轉(zhuǎn)體球鉸的上球鉸、轉(zhuǎn)體動(dòng)力裝置弧形圍板、轉(zhuǎn)體平衡支撐腿及連接斜拉索的耳板等。

4.2.2箱梁拼焊支架搭設(shè)

平行欽防高鐵方向現(xiàn)場(chǎng)拼裝鋼箱梁焊接支架。支架可采用八三式軍用鋼支墩，頂部鋪設(shè)六四式軍用梁，軍用梁頂部采用鋼枕分配梁作焊接平臺(tái)，在六四梁頂部繼續(xù)搭設(shè)鋼結(jié)構(gòu)拼焊胎架。支墩下設(shè)C25混凝土基礎(chǔ)。支架應(yīng)進(jìn)行各種工況情況下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性檢算。在連續(xù)鋼箱梁中支點(diǎn)處支架還應(yīng)按準(zhǔn)確位置焊接安裝好轉(zhuǎn)體球鉸的下球鉸、轉(zhuǎn)體動(dòng)力鋼絞線張拉臺(tái)座、轉(zhuǎn)體平衡滑道等。

4.2.3箱梁現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接

將工廠內(nèi)分段、分片焊接好的箱梁運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，利用吊車(chē)吊至拼裝支架上拼裝、焊接。中支點(diǎn)處鋼箱梁安裝時(shí)必須確保轉(zhuǎn)體系統(tǒng)準(zhǔn)確對(duì)接。鋼箱梁拼裝成橋后，進(jìn)行橋面系附屬結(jié)構(gòu)的施工。橋面系附屬結(jié)構(gòu)不得在轉(zhuǎn)體施工完成后再進(jìn)行施工，避免施工時(shí)異物墜落危及欽防高鐵運(yùn)營(yíng)安全。

4.2.4施加平衡重

根據(jù)計(jì)算結(jié)果和施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求設(shè)置縱、橫向平衡重。為避免常規(guī)平衡重水箱在轉(zhuǎn)體施工時(shí)水箱內(nèi)部水的沖擊作用，以及防止在轉(zhuǎn)體過(guò)程中若水箱焊縫破裂而使水箱內(nèi)水流失，造成傾覆，改采用平衡重砂箱。平衡重砂箱的位置、重量一定要準(zhǔn)確，其底部要采用縱橫H型鋼抄墊水平，并與鋼箱梁頂焊接加固。

4.2.5安裝臨時(shí)斜拉索及索塔

在鋼箱梁中支點(diǎn)處梁頂安裝臨時(shí)鋼箱索塔和平行鋼絲斜拉索，然后兩側(cè)對(duì)稱(chēng)、同步張拉斜拉索，終拉達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2.6鋼箱梁第一次落架

按順序拆除中間支架、端支架上的支撐以及球鉸豎向鎖定裝置，使整個(gè)結(jié)構(gòu)由中支點(diǎn)處支架上的球鉸和兩個(gè)穩(wěn)定支腿三點(diǎn)承載受力。支撐拆除時(shí)應(yīng)對(duì)稱(chēng)拆除，保證體系及球鉸受力均衡。

4.2.7鋼箱梁轉(zhuǎn)體

轉(zhuǎn)體施工前準(zhǔn)備就緒后，拆除穩(wěn)定支腿，解除水平轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，然后對(duì)鋼箱梁進(jìn)行試轉(zhuǎn)1m，以檢驗(yàn)轉(zhuǎn)體施工的可靠性和結(jié)構(gòu)的安全性等。通過(guò)試轉(zhuǎn)體確認(rèn)結(jié)構(gòu)安全，確保可以進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工后，開(kāi)始對(duì)鋼箱梁進(jìn)行正式轉(zhuǎn)體施工。

4.2.8拆除轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

待轉(zhuǎn)體結(jié)束后，在1#、2#、3#墩蓋梁頂面安放千斤頂設(shè)置臨時(shí)支承，使鋼箱梁轉(zhuǎn)由臨時(shí)支承承載受力。然后拆除轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸、轉(zhuǎn)體動(dòng)力裝置、轉(zhuǎn)體平衡裝置、轉(zhuǎn)體臨時(shí)斜拉索及鋼箱索塔和平衡重等，最后拆除2#墩處支架。

4.2.9鋼箱梁第二次落架

轉(zhuǎn)體臨時(shí)工程拆除完畢后，對(duì)鋼箱梁進(jìn)行最后落架，拆除1#、2#、3#墩頂?shù)呐R時(shí)支承，用千斤頂緩慢落架，使鋼箱梁盆式支座準(zhǔn)確對(duì)接。

5結(jié)語(yǔ)

連續(xù)鋼箱梁轉(zhuǎn)體法施工在國(guó)內(nèi)已有成功的先例，是確實(shí)可行的。因此，采用連續(xù)鋼箱梁轉(zhuǎn)體法上跨高鐵營(yíng)業(yè)線的橋型方案，能有效解決長(zhǎng)壢分離式立交大橋因場(chǎng)地條件限制而客觀存在的問(wèn)題，也符合中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局的相關(guān)文件要求，對(duì)今后同類(lèi)橋梁的建設(shè)有較高的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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Design Program of Highway Bridge Across High-speed Rail Operation Line by Using the Steel Box Girder Rotation Method

NONG Ji-yuan，SHI Zhi

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：With the Changli separation interchange bridge program design of Guangxi Coastal Highway Qisha-Maoling segment as the example，this article introduced the design ideas of steel box girder rotation method in highway bridges across the high-speed rail operation lines，and described the steel box girder ro-tation system components and construction procedures，aiming to provide the reference for the construction of similar bridges.

Keywords：Highway bridges； Steel box girder； Rotating method； High-speed rail； Design program

收稿日期：2015-05-02

文章編號(hào)：1673-4874(2015)05-0050-04

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.21+3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.014

作者簡(jiǎn)介