西固環(huán)行線寺溝橋改建設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

孫 瑋,杜建榜

(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司,蘭州 730000)

1 既有橋梁情況

(1)既有橋概況

穎川堡車站為蘭州樞紐西固環(huán)行線上的工業(yè)站,現(xiàn)設(shè)有(Ⅰ、Ⅱ)兩個(gè)車場(chǎng)。Ⅱ場(chǎng)位于西固熱電廠北側(cè),設(shè)在半徑600 m的曲線上；Ⅰ場(chǎng)與Ⅱ場(chǎng)縱列布置,位于Ⅱ場(chǎng)東端蘭州煉油廠北側(cè)。本站Ⅱ場(chǎng)設(shè)有小型貨場(chǎng)一處,有蘭州煉油廠、西固熱電廠、省構(gòu)件公司等單位專用線引入Ⅰ、Ⅱ兩車場(chǎng)。而作為連接穎川堡車站站內(nèi)Ⅰ、Ⅱ場(chǎng)的寺溝橋即位于連接咽喉處。目前的穎川堡車站作為中國(guó)石油蘭州分公司和西固熱電廠的廠前站,場(chǎng)間徑路不夠順暢,直接影響到兩家企業(yè)大量的取送車和調(diào)車作業(yè),導(dǎo)致本站停放列車長(zhǎng)時(shí)間占用車站股道,出現(xiàn)車站堵車現(xiàn)象。另外,根據(jù)車站站場(chǎng)設(shè)備特點(diǎn),目前進(jìn)出蘭州煉油廠作業(yè)也主要從Ⅰ、Ⅱ場(chǎng)間咽喉進(jìn)行,使用受限制,不便于到發(fā)線靈活使用,嚴(yán)重地浪費(fèi)作業(yè)時(shí)間,不利于提高到發(fā)線能力利用率。因此,寺溝橋在穎川堡車站站內(nèi)的位置具有舉足輕重的地位,牽一動(dòng)而變?nèi)怼Ｋ聹蠘蛭挥诩扔形鞴汰h(huán)行線K6+187.5處,由3孔8 m鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁組成,全長(zhǎng)31.12 m。橋梁設(shè)在直線上,墩高均為5.3 m。該橋1、2號(hào)墩均為尖端形截面。橋墩正置,橋臺(tái)斜置,且墩臺(tái)均為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。該橋與水流方向成7.64°的夾角,梁跨及墩臺(tái)設(shè)計(jì)荷載為中—22級(jí)。橋上鋪設(shè)了三股道,自南向北依次為聯(lián)絡(luò)線、正線、牽出線,并且橋上還預(yù)留了一股道。借此中國(guó)石油西北銷售公司成品油蘭州地區(qū)鐵路裝車外運(yùn)通道工程的上馬,穎川堡車站需要在原位進(jìn)行改擴(kuò)建,本次設(shè)計(jì)考慮在Ⅰ、Ⅱ場(chǎng)與蘭煉廠區(qū)連接咽喉處新增單渡線1條,以解決股道調(diào)車不夠靈活的問題。由于道岔重新布設(shè)后,道岔位置侵入既有3-8 m梁橋,因此需要將該橋進(jìn)行必要的改造。寺溝橋作為穎川堡車站改擴(kuò)建工程中的控制工程,要充分考慮到既有車站運(yùn)輸組織壓力較大的這一特點(diǎn),據(jù)以研定確實(shí)可靠的橋式設(shè)計(jì)方案,以滿足穎川堡車站改擴(kuò)建工程的順利實(shí)施,顯得尤為重要。

(2)既有橋的地質(zhì)等情況

地層自上而下依次為卵石土,厚度約為4.4 m,其承載力為500 kPa：第三紀(jì)黏土,厚度約為2.3 m,承載力為500 kPa；最下一層為砂巖。其中,卵石土壤與黏土中間夾有一層粗砂,其厚度約為1 m。橋址處常年流水,主要為當(dāng)?shù)鼐用瘛⑵髽I(yè)的生產(chǎn)、生活污水及蘭州水廠所排污水,水量較大且地表流水具硫酸鹽侵蝕。橋址區(qū)的地震基本烈度為八度,最大凍結(jié)深度為1.0 m。

2 設(shè)計(jì)方案的確定

(1)結(jié)構(gòu)尺寸的確定

本橋設(shè)計(jì)根據(jù)橋下過水能力、斜交角度、既有橋中心位置、運(yùn)輸組織情況及既有構(gòu)筑物的位置及地質(zhì)狀況,在原橋址處拆除既有3-8 m梁橋并原位新建2-10.0 m整體式鋼筋混凝土斜交框架橋。框架預(yù)制分兩節(jié),正交長(zhǎng)度分別為12.0 m(框架1)及7.0 m(框架2)。經(jīng)過檢算,確定結(jié)構(gòu)尺寸如下：頂板厚度80 cm,底板厚度80 cm,邊中墻斜交厚度為60.54 cm,頂板加腋尺寸90 cm×30 cm,底板加腋尺寸40 cm×40 cm,結(jié)構(gòu)凈高為6.0 m,結(jié)構(gòu)總高度7.6 m。在既有橋上下游分別預(yù)制。框架頂進(jìn)根據(jù)線路加固次序分兩頭對(duì)頂。頂進(jìn)時(shí)列車限速45 km/h慢行通過。如圖1、圖2所示。

圖1 2-10 m斜交框架橋立面(單位：cm)

圖2 2-10 m斜交框架橋平面(單位：cm)

3 方案實(shí)施

(1)施作攔水壩

框架預(yù)制前,首先施工M5漿砌片石攔水壩,將溝床封堵,以便將寺溝排洪道上游來水(當(dāng)?shù)鼐用窦肮さV企業(yè)生產(chǎn)、生活污水及蘭州水廠排污水,水量較大)進(jìn)行攔截,具體實(shí)施辦法如下。

①采用草袋圍堰(內(nèi)裝膨脹黏土)先將既有溝流水分別擠壓至一側(cè)排水,以便攔水壩施工。

②攔水壩施工期間,需同時(shí)在壩間設(shè)置4根φ800 mm的排水鋼管(鋼管埋設(shè)在后背墻及攔水壩中,鋼管長(zhǎng)度為85 m)，將攔水壩攔截下來的流水用鋼管引流至下游處。

③φ800 mm排水鋼管支撐采用混凝土管座及枕木垛臨時(shí)支座,以架設(shè)鋼管。其中,框架橋內(nèi)采用混凝土管座；頂進(jìn)范圍內(nèi)采用枕木垛臨時(shí)支座,并視頂進(jìn)情況調(diào)整枕木垛臨時(shí)支座位置,但間距不能大于4.0 m。待攔水壩攔截流水成功后,進(jìn)行框架橋的預(yù)制。

(2)既有橋臺(tái)利用的防護(hù)

鑒于線路加固設(shè)備當(dāng)時(shí)僅能采用24 m跨度的D型施工便梁,且不能中斷行車要求。因此本框架橋需在既有橋臺(tái)的臺(tái)帽上進(jìn)行D型施工便梁臨時(shí)支座的施工,以確保框架橋的順利頂進(jìn)。為保證既有橋臺(tái)的穩(wěn)定,特設(shè)拉線地錨設(shè)施對(duì)既有橋臺(tái)進(jìn)行拉錨防護(hù),不使其發(fā)生橫移及傾覆。具體做法如下。

①在每座橋臺(tái)臺(tái)后等距離的各施作2個(gè)1.0 m直徑的C25鋼筋混凝土挖孔樁,樁深5 m,作為臨時(shí)地錨的錨體,錨體頂部預(yù)埋帶鋼拉環(huán)的短鋼軌,其具體組成為錨體、拉環(huán)、定位螺母、銷軸等。其特征在于：在錨體中心部位設(shè)有一鉸座(預(yù)埋帶鋼拉環(huán)的短鋼軌),在鉸座上通過銷軸連接拉環(huán)。這種地錨施工簡(jiǎn)便,省時(shí)、省力,使用經(jīng)濟(jì)。

②每座橋臺(tái)上設(shè)鋼絲繩并與4個(gè)挖孔樁地錨連接,將兩座橋臺(tái)拉住。鋼絲繩采用：6股37絲,外徑28 mm,每道鋼絲繩破斷拉力應(yīng)大于400 kN。短鋼軌應(yīng)與鋼絲繩倒鏈盡量垂直布置。

(3)橋臺(tái)植筋

因臺(tái)帽上作業(yè)空間狹小,并且此處運(yùn)輸作業(yè)繁忙,為了盡量減少對(duì)運(yùn)輸組織的干擾,便于D型施工便梁臨時(shí)支座的快速施工,同時(shí)鑒于目前植筋技術(shù)工藝簡(jiǎn)單,施工方便,具有較高的可靠性和靈活性,被廣泛地應(yīng)用于橋涵、房建等的加固、改造工程中,并取得了良好的工程效果這一特點(diǎn),本次設(shè)計(jì)嚴(yán)格采用HILTI(喜利得)植筋錨固技術(shù)在橋臺(tái)胸墻及臺(tái)帽頂進(jìn)行植筋,并時(shí)刻監(jiān)測(cè)橋臺(tái)位移變形情況。等植筋固結(jié)完成及與事先加工好的鋼板焊接后,灌注C20混凝土,從而完成D型施工便梁臨時(shí)支座的工序。具體做法如下。

①采用便捷的HILTI手持鉆孔機(jī)在橋臺(tái)結(jié)構(gòu)混凝土上按要求進(jìn)行精確鉆孔,鉆孔前應(yīng)事先明確且避開既有結(jié)構(gòu)物中的鋼筋,孔深應(yīng)滿足植筋劑注入及適用性拉拔試驗(yàn)要求。鉆孔完畢后應(yīng)用吹氣筒或其他空壓設(shè)備將孔內(nèi)灰屑吹出,并輔以尼龍刷深入孔內(nèi)清潔孔壁,避免灰屑?xì)埩粲诳字小?/p>

②將植筋膠藥劑裝入注射器內(nèi),通過注射頭將植筋膠緩緩打入孔內(nèi),再將準(zhǔn)備好的鋼筋慢慢旋入孔內(nèi)至底部且可目視藥劑外溢。不可將鋼筋直接插入,以避免鋼筋與孔壁間殘留空隙。

③植筋施作完成后4 h以內(nèi),應(yīng)避免碰觸或矯正鋼筋而影響強(qiáng)度,待硬化完成后方可進(jìn)行下一步工序。

④進(jìn)行拉拔試驗(yàn),確保植筋安全可靠。

(4)D型梁臨時(shí)支座的施作

將事先掏眼加工好的鋼板(4個(gè)側(cè)面、1個(gè)頂面及1個(gè)底面)與所植鋼筋牢固焊接成一個(gè)長(zhǎng)方體鋼盒(內(nèi)部滿灌C20混凝土),此鋼盒即做為D梁的臨時(shí)支座,鋼盒擺放應(yīng)與胸墻面平行,并且架設(shè)好的D型梁與橋臺(tái)胸墻間的空隙需用短木楔頂死。

(5)既有橋臺(tái)防護(hù)的其他措施

既有橋臺(tái)臺(tái)后的負(fù)重措施：鑒于既有橋臺(tái)在此次線路加固中的重要地位,本次設(shè)計(jì)為確保既有橋臺(tái)不發(fā)生橫移及傾覆,在不影響列車行車限界的前提下,臺(tái)后局部采用鋼筋混凝土搭板及負(fù)重草袋,以此增加橋臺(tái)的穩(wěn)定性。

(6)線路加固及頂進(jìn)

①首先向運(yùn)輸主管部門提報(bào)封閉要點(diǎn)計(jì)劃,分別將北側(cè)牽出線、正線及南側(cè)聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行線路封閉,隨之將24 m D型施工便梁安裝到位,快速解離既有軌排與混凝土梁片的連接,并做好線路加固的一切準(zhǔn)備工作。

②拆除既有線下的獨(dú)立橋墩臺(tái)(包括橋墩身及梁部,并鑿除影響框架橋頂進(jìn)范圍內(nèi)的橋臺(tái)部分基礎(chǔ)襟邊)。頂進(jìn)的同時(shí),需對(duì)未拆除的橋墩、臺(tái)采取施工監(jiān)測(cè)措施。隨著南北兩側(cè)框架橋的相繼頂進(jìn)就位后,可逐步開通部分線路運(yùn)行。

本設(shè)計(jì)經(jīng)多年的運(yùn)營(yíng)考驗(yàn)后,狀態(tài)良好,運(yùn)營(yíng)單位也比較滿意。實(shí)踐證明,本設(shè)計(jì)方案的實(shí)施效果是較好的。

4 幾點(diǎn)體會(huì)及反思

通過本次對(duì)既有橋的改建設(shè)計(jì),有以下幾點(diǎn)體會(huì)。

(1)改建橋梁方案的選定必須堅(jiān)持“因地制宜”的原則。針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用要求,并充分考慮到運(yùn)輸組織的需要,在不中斷行車的前提下,應(yīng)“量體裁衣”,制定不同的改建措施方案。

(2)既有橋梁改建措施的實(shí)施應(yīng)根據(jù)既有橋跨度及孔數(shù)的不同,應(yīng)“量體裁衣”,制定不同的替代結(jié)構(gòu)措施方案。

[1]TB10002.1—2005，鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].

[2]TB10002.4—2005，鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]楊建良.鐵路框構(gòu)橋設(shè)計(jì)體會(huì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(3)：80-82.

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[5]張青松.既有線上就地現(xiàn)澆框架橋線路加固工程的設(shè)計(jì)和施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(10)：28-29.