收稿日期:20030818
作者简介:李 伟(1971 ),男,工程师,1993年毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业,工学学士。
北京市东五环路与铁路东北环线立交桥的设计研究
李 伟
(北京铁路局北京勘测设计院 北京 100860)
摘 要:北京市五环路下穿东北环线立交桥,桥位处地下水位高,框架桥结构高度超高,斜交角仅为32 81 ,在这种特殊条件下,做好立交桥的结构分析,并将方案细化、优化,解决顶进立交桥中一系列新的问题。
关键词:框架桥;结构分析;防水设计
中图分类号:U448 17;U449 52 文献标识码:B 文章编号:10042954(2003)10002203
1 概述
北京市机场高速公路至京津塘高速公路段的东五环为五环路3期工程,下穿北京铁路枢纽的东北环线。
桥址处东北环线铁路为单线,铁路两侧有铁路电力及通信电缆,电气化区间,路基高出两侧地面1 3~1 8m,西侧有2条水渠,汇合后通过圆涵穿过铁路。
在既有线右侧,有建设东北环线的复线方案,复线距既有线5 0m 。
桥址处东五环路为半径6000m 的圆曲线,交点切线与东北环线交角为32 81 。
东五环路规划为城市快速路的设计标准,路基顶宽35 0m,穿越铁路处的道路纵坡为2 8%,要求铁路箱体内最不利控制点净空不小于5 0m 。
2 桥式方案的选择
2 1 连续梁桥方案
本方案为修建铁路临时便线,现浇连续梁桥方案。
在线路右侧修建铁路临时便线,桥位处采用整体支架整体现浇连续梁桥,桥轴线与铁路交角为32 81 。
从桥梁结构设计及公路道路使用要求,连续梁梁体为等截面单箱单室结构,梁高2 4m,宽4 0m,箱梁顶宽为7 0m,顶板厚0 3m,底板厚0 3m,腹板厚0 3m,梁体全长77 0m 。
桥墩采用圆柱形桥墩,墩高8 0m,T 形桥台,墩台均采用钻孔桩基础。
梁体在支座处可设为实体截面,并在梁端段设横隔板,横隔板中部设有孔洞,以利检查人员通过(图1)。
优点:桥式新颖,桥下通视性好。
缺点:施工周期长,难以满足建设工期的要求;五
环路纵坡受到较大的影响,
铁路设施拆改较多。
图1 连续梁桥方案立面(单位:mm)
2 2 框架桥方案
方案一:修建铁路临时便线,现浇2座单孔17 0m 的框架桥方案。
在线路右侧修建铁路临时便线,桥位处现浇2座单孔17 0m 的框架桥,框架桥中心线与铁路交角为32 81 。
从箱体结构设计及公路道路使用要求,2个箱体相错布置,每个箱体结构净高为8 2m,满足使用净高5 0m 的需要,东北环线轨底距板顶最小距离为0 80m,每座桥体长30 28m 。
优点:投资较少,桥下通视性好。
缺点:整体美观性略差;铁路设施拆改较多,难以满足建设工期要求。
方案二:预制框架桥箱体,顶进施工方案。
在线路左侧预制箱体,施工时箱体轴线与东五环路中心线的切线为准由左向右顶进。
从箱体结构设计及公路道路使用要求,结构净高为7 8m,箱体总高9 95m,东北环线轨底距板顶最小距离为0 80m,顶进框架桥长52 09m(图2)。
优点:工期短,整体性好。
缺点:桥体较大,顶力大,斜交角度大,设计难度大。
五环路3期工程为北京市2002年的重点工程,要求工期比较紧,此处地质条件比较差,根据现场实际情
桥梁
图2 框架桥方案二立面(单位:cm )
况以及技术经济分析,桥梁与周围环境的协调等方面的综合评定,最后决定采用顶进217 5m 框架桥为
设计方案。
3 框架桥设计中重点解决的技术问题
3 1 合理分节,解决桥体过长的问题
因为铁路线路与公路中心线的切线交角过小,设计中按框架桥的横截面与公路中心线交角45 布置箱体,满足设计规范的限制要求。
就位后,满足箱体北边墙外
沿处铁路中心距箱体主体外边缘3 0m 的要求,箱体南边墙外沿处预留复线铁路中心距箱体主体外边缘3 0m 的要求。
根据顶力、顶程、桥高,综合分析后确定前后节箱体的长度分配,其中前节箱体主体长(轴线长度,后同)21 82m,刃角长
6 08m,后节长16 97m,尾
墙长7 18m,2节箱体间设4cm 的沉降缝。
合理进行顶进中继间的布置,在考虑顶进的抬头、扎头、纠偏等因素后,进行计算,确定搭接剪力为20000kN,接缝处的箱体边墙外、底板底均围钢板,前节锚固,后节滑动。
箱体底板在顶进过程中,需要穿过不同的土层,为防止前节箱体的扎头,设计中考虑了滑板接长地基梁的方法,并在中继间的设计中,采用后节的底板压住前节的底板,相互搭接,缩短每一镐的顶程,达到互相咬合,控制顶进扎头的目的(图3)。
图3 立交框架桥平面(单位:cm)
3 2 超高箱体断面分析及控制环裂的施工方法
框架内力按框架计算软件进行分析计算,计算箱体中、边墙及顶、底板各截面的内力,并考虑到大体积混凝土框架的环裂问题,在边墙、顶板计算中反复进行检算,局部特殊配筋。
桥体单跨斜长在钢筋混凝土框架结构中也属超长,对结构的影响大。
为了解决这个问题,将边、中墙水平温度筋配筋率由一般的0 3%加大到0 6%。
作为大体积混凝土施工项目,设计要求先施工底板混凝土,而后进行立墙及顶板混凝土浇筑,按此施工
时立墙及顶板混凝土宜用无收缩混凝土。
由于结构底
板与中墙、边墙的分次施工所产生的与底板混凝土的温度差、收缩差所形成的拉应力,是形成裂缝的主要原因。
为了防止结构中墙、边墙裂缝,应以降低混凝土内部温度为主要措施,要求施工时 低温入模,中温养护 ,控制混凝土的入模温度。
3 3 保证铁路运营安全,防止侧坍的措施
箱体与铁路交角仅为32 81 ,箱体高度接近10m,顶进过程中及箱体就位后的挡墙施工时,箱体锐角侧的线路防护尤为重要,对铁路的运营以及施工安全有
桥梁
着很大的影响。
而且,箱体基底位于粉砂层,开挖时极易塌方。
基于这些原因,设计中在箱体的两侧和铁路线路的两侧,布置了多根挖孔桩防护线路,形成一种既挡土又防渗的简易连续墙。
挖孔桩采用沉管法或人工挖孔法,根据现场实际情况采用。
桩后均设置拉锚,采用钻机钻孔,锚杆插入锚孔内再灌筑水泥砂浆,但由于土层与锚杆间的握固能力较差,必须加压灌浆以提高其抗拔能力。
在桩排顶部设帽梁,使之连为一体,更好地发挥其作用。
桩排的设置,使顶进时减少了纠偏扭矩,并保证线路不侧坍,保证了行车安全。
北京首次向内外资推出50项基础设施建设项目
北京日前首次向国内外大规模集中推出50项城市基础设施建设项目,总投资金额达600多亿元人民币。
这是从北京城市发展重点项目招商推介会上获悉的。
此次推出的50项基础设施建设项目涉及城市垃圾处理、污水处理、地铁、高速公路等几个领域。
这些项目只是北京城市基础设施建设的最急需、筹备相对成熟的项目。
2008年之前,北京的城市环境、城市交通、城市水资源供应也将公开招商建设。
据 中国拟在建项目网
3 4 全封闭防水设计技术
因为桥址处地下水位高于基底面7m,引道设计为全封闭止水,使得箱体与引道U 形槽的连接成为设计中的一个课题。
引道设计时,为了平衡水浮力,在U 形槽底板上设计了不同厚度的级配钢渣配重层,所以箱体刃角侧的U 形槽底板与箱体底板不在一个平面上;另外,尾墙侧的箱体底板三角块与引道底板的连接,也需要特殊设计。
刃角端设计,引道设计在其U 形槽底板上另外设计了混凝土墙,箱体设计则考虑在顶进就位后,将框架桥底板前端(不含底板三角补快)部分的混凝土凿毛,底板顶、底的纵筋凿出,长度满足搭接焊的条件。
凿毛的混凝土表面刷上界面剂,并埋入止水腻子条,钢筋焊接接长40c m,补打微膨胀混凝土40cm 。
在补打混凝土前端中部预埋止水带(与底板三角补块止水带连为一体),与公路U 型槽底板顺接,保证整体的防水需要。
补墙施工时,预埋止水带,待引道侧挡墙施工时,直接浇筑在一起。
尾墙端的设计,箱体底板顶进三角块和边墙上预埋止水带,U 形槽底板设计为与三角块对应的形式,待箱体就位后,再浇筑U 形槽,达到可靠封水的目的。
框架桥刃角补墙的施工要考虑防水设计。
刃角预埋止水带,补墙施工时,将接触面凿毛后,一并浇筑。
边墙第一次灌筑的混凝土做成外低内高的接触面,施工缝宜设在底板顶1 0m 以下,注意对底板模板的逐步施压。
接触面预埋钢板,二次灌筑混凝土时,将钢板一并浇筑。
施工中,必须按防水混凝土施工规范
办理。
框架桥分节后,中继间处由于布设顶镐,对结构局部将会有一定影响,顶进就位后,对局部裂缝应采用环氧树脂压浆封堵,由于布镐截断的钢筋应在局部加强钢板上焊接,并按设计沉降缝的形状,二次浇筑微膨胀混凝土。
中继间处的止水带按螺栓安装式设置。
沉降缝预埋止水带的固定螺栓可与钢筋焊接定位,边墙、顶板的遇水膨胀橡胶棒处设丁字形预埋钢板,以利就位后的调整(图4,图5)。
刃角侧底板补块施工时,应在主体侧预埋丁字形钢板,浇筑混凝土前,先焊接钢板,然后
浇筑。
图4 箱体底板间防水处理示意(单位:mm )
图5 镐窝加强钢板设计(单位:mm)
4 结语
对于全封闭地下水条件下的大型斜交、超高框架立交桥比常规情况下的设计要复杂得多,必须充分研究特殊条件对框架桥的影响。
通过东五环路下穿东北环线立交框架桥的设计研究,框架结构可以达到地下铁道区间结构防水等级,为框架桥设计积累了经验。
经过1年的运营,该桥在结构上、防水措施上均得到了考验,证明了该桥在设计上的可靠性,也为类似的工程提供了一个成功的范例。
桥梁。
