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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Rx程设计|储胡照:既有上跨铁路立交桥改扩建方案研究及设计优化出州册既有上跨铁路立交桥改扩建方案研究及设计优化储胡照（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）01-0067-031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 o3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+2X31+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933198785.5%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. 69851—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-18434187700X6中梁-13393055510X6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(下转第81页)68《工程与建设》2019年第33卷第1期杨少春，等:动荷载作用下砂岩力学特性试验研究试样8—10与10—10因冲击气压大破碎成非常小的碎块弹射出去，没有收集到碎块，也说明动荷载作用下岩石破碎程度的应变率效应比较明显。
3结论采用SHPE实验装置对砂岩进行冲击压缩试验，研究砂岩的动力学特性,得到以下主要结论：(1)峰砂岩动态强度和峰值应变随着应变率的增加而增大,且呈幕函数型增长；(2)动荷载作用下砂岩破裂面沿着轴向方向，当应变率较低时,砂岩破坏的尺寸较大;当应变率较大时,砂岩碎块尺寸变小、数量增加。
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