黔桂線擴能改造中柳州市鵝山立交橋的利用

李壽鋒

（南寧樞紐工程建設指揮部，工程師，廣西 南寧 530001）

既有鵝山立交橋為柳州市繁忙交通主干道下穿柳州站股道而設，因黔桂鐵路擴能改造，原設計方案將該立交橋拆除后新建框架橋，以滿足增設股道的需要。但新建方案存在3個難題：一是鐵路長期限速施工對運輸干擾及安全風險大；二是施工須長期封閉市區(qū)繁忙交通主干道，對地方生產(chǎn)生活干擾極大；三是既有立交橋采用薄壁板墻墩結構，成功解決了低洼交通干道的排水問題，而新建橋按標準型設計，無法解決排水問題。通過組織專家對該立交橋進行了檢測評估，以數(shù)據(jù)證明該既有橋能夠滿足改造后的黔桂鐵路運營技術標準，從而做出接長利用的優(yōu)化設計方案，使以上3個難題得以解決。

1 既有橋概況

既有鵝山路立交橋位于柳州站貴陽端咽喉區(qū)，1979年建成使用至今。為兼顧城市交通主干道的凈高及排水，采用鋼筋混凝土連續(xù)斜交板梁及薄壁板墻墩結構。橋梁穿越7股道，橋孔跨型式為（8.7+10.0+8.7）m，斜交角度為62°40′，薄壁墩厚 68cm，中墩高5.8m，梁高60cm。橋梁立面布置見圖1所示。

圖1 鵝山路立交橋立面布置示意圖

2 既有橋的檢測與評估

為查明鵝山路立交橋經(jīng)過27年運營后的技術狀態(tài)，以判定其能否繼續(xù)適用于未來黔桂線擴能改造后的技術要求，2006年3月，中南大學土木工程檢測中心組織有關專家到現(xiàn)場，對該立交橋進行了測試評估。

檢測橋梁從靜態(tài)和動態(tài)2個方面進行。靜態(tài)檢測的項目包括各跨控制截面梁底拉應力和各控制截面撓度；動態(tài)檢測的項目包括動力系數(shù)、動位移和結構動力特性。因黔桂線擴能改造后，對橋梁結構的動力指標要求提高，故動態(tài)檢測的結果對評估橋梁能否適用于改造后的黔桂鐵路運營需要起到關鍵性的作用。為此，著重介紹動力檢測方面的情況。動態(tài)檢測的測點布置在各跨跨中兩側進行檢測，如圖2所示。

圖2 動態(tài)檢測的測點布置圖

2.1 動位移測試 以1臺東風4型機車作為動荷載，分別以 10km/h，20km/h，30km/h，40km/h，45km/h，50km/h，55km/h，60km/h的速度通過橋梁，測試得到各跨在不同行車速度下的動位移響應結果（見表1）。

表1 動位移響應結果 單位：mm

由表1可看出：

1）邊跨跨中、中跨跨中豎向最大動位移分別為0.269mm，0.257mm；邊跨跨中、中跨跨中橫向最大動位移分別為0.237mm，0.208mm，分別為跨度L的1/42194，1/41826，遠小于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》第10.0.5條橋跨結構橫向振幅通常值L/18.2B及安全限值L/9000要求，說明該橋橫向剛度良好。

2）隨著行車速度的增加，各跨跨中豎向動位移響應基本呈現(xiàn)顯增加趨勢，但最大值出現(xiàn)在速度40～50km/h。

3）不同行車速度下，各跨跨中的豎向動位移比橫向大很多，說明該橋橫向剛度較豎向剛度大，各測點的動位移值基本符合受力規(guī)律。

2.2 動力系數(shù)測試 通過測試結構動應變的方法測取結構的動力系數(shù)。各種行車速度下的動力系數(shù)測試分析結果見表2。

表2 動力系數(shù)測試分析結果

由表2可看出，中跨跨中截面動力放大系數(shù)分別在1.006～1.018之間，說明該橋動力性能良好。

2.3 結構動力特性 結構動力特性主要包括頻率、阻尼及振型等，測試時除采用跑車、跳車和剎車外，還可采用脈動（環(huán)境隨機振動）方法進行。

2.3.1 振動頻率 通過對脈動進行頻譜分析可獲得結構的自振特性，結合跑車測試數(shù)據(jù)，綜合分析得到精確的橋跨結構自振特性數(shù)據(jù)，振動頻率實測及理論分析結果見表3。

表3 振動頻率實測及理論分析結果 單位：Hz

從表3可看出：

1）實測脈動前3階豎向自振頻率分別為11.761Hz，16.895Hz，20.920Hz，均比相應行車振動頻率稍大。分析原因是因為行車時，結構振動有附加機車質量影響；二者均較理論計算值稍大，說明該橋各聯(lián)連續(xù)梁實際豎向剛度較理論大。

2）實測行車前3階豎向自振頻率分別為11.510Hz，16.772Hz，20.712Hz，均大于規(guī)定值，說明該橋具有良好行車安全度。

3）實測及理論計算結果均表明，橫橋向一階振動頻率約為豎向的4倍，說明該橋橫向剛度較豎向剛度大很多。

2.3.2 結構阻尼 結構阻尼是結構的重要動力特性，常用臨界阻尼比來表示。由于結構阻尼本身非常復雜，根據(jù)結構的動力響應信號（主要為自由振動衰減信號），采用對數(shù)衰減率方法獲取結構臨界阻尼比，按下式求得：

式中：γ為對數(shù)衰減率；

αn為第n個波的峰-峰值；

αn+k為第n+k個波的峰-峰值；

Dc為臨界阻尼比。

根據(jù)實測部分振動衰減信號分析計算，實測該橋第一階臨界阻尼比為7.63%，與一般橋梁結構臨界阻尼比1.0%～10%接近，屬正常范圍。

3 優(yōu)化設計方案

通過對該立交橋靜態(tài)和動態(tài)檢測、外觀檢查和混凝土強度無損檢測，結合對大量檢測數(shù)據(jù)進行整理分析，判定既有鵝山路立交橋設計合理，目前技術狀態(tài)良好，強度、豎橫向剛度、校驗系數(shù)、橋墩沉降等性能指標，均能夠滿足黔桂鐵路擴能改造后的運營要求。因此，作出既有橋完全利用，即按既有橋的結構型式接長利用的變更設計方案。在既有橋左右側分別接長5.32m、4.57m，梁體采用與既有橋梁一樣的連續(xù)板梁，橋墩采用樁基礎薄臂墩。既有橋接長利用的變更設計平面布置見圖3。

圖3 既有橋接長利用的變更設計方案（平面布置圖）

4 結束語

鵝山路立交橋按既有橋結構型式接長利用變更方案的成功實施，一方面減少了立交橋下的供水管路、燃氣管道、排水管、通信光纜、高壓線路等管線遷移，節(jié)省投資450萬元，另一方面避免了拆除舊橋進行過渡對既有線運輸?shù)挠绊懀?jié)省投資280萬元。同時采用板梁結構，有效降低了結構高度，在保證道路排水順暢的同時最大限度滿足立交橋的凈空，并減少了因立交橋施工對城市交通造成的不良影響，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。2007年開通運營以來，該橋狀態(tài)良好，很好地滿足了鐵路運輸?shù)男枰?/p>

柳州市鵝山立校橋的保留利用，說明某些既有的立交橋。只要設計合理，功能適用，如通過檢測評估證明其能夠繼續(xù)適用于提速擴能改造后的運營要求，均應予以保留利用。對某些優(yōu)秀的設計方案和理念更應給予繼承和發(fā)展，而不應一味地大拆大改。這樣，既可以節(jié)約建設資金，又可以減少對既有鐵路運輸?shù)母蓴_，帶來是可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。