配合地鐵施工的人行天橋改建

2013-08-21 08:58:08任潤田趙堃王淵陳東趙國鵬

山西建筑 2013年7期

任潤田趙堃王淵陳東趙國鵬

(西安市政設計研究院有限公司，陜西西安 710068)

目前各大城市軌道交通項目開工較多，軌道交通項目線位大部分在市政紅線范圍內敷設，經常與人行過街天橋的樁基發(fā)生矛盾。對這類問題，通常采用兩種方案解決:1)通過地鐵線路調整進行適當避讓。2)進行樁基托換。本文在以上兩種解決方案難于實現(xiàn)的情況下，通過對原天橋的改建，合理經濟的解決了該問題。

1 天橋概況［1］

本次改造天橋位于東二環(huán)北段劉北村附近，跨越東二環(huán)。該天橋建于2005年，原橋結構形式為4跨混凝土簡支梁橋。橋梁總長(東西向)83.52 m，跨徑布置為(12.25+21.0+19.35+10.25)m。主橋寬3.5 m，凈寬3.0 m。主梁:中跨主梁采用預應力混凝土空心板，邊跨主梁采用鋼筋混凝土空心板梁，梁高均為0.8 m，主梁懸臂長0.75 m，主橋橫向由兩片梁組成。樁柱:樁基礎采用鋼筋混凝土圓截面樁，主橋樁徑1.0 m，中樁長28 m，邊樁長25 m。主橋樁上接直徑0.8 m鋼筋混凝土圓截面墩，墩上均設蓋梁。樓梯:樓梯梁采用鋼筋混凝土∏形截面梁。西側樓梯梁寬2.5 m，東側樓梯梁寬3.5 m，懸臂長均為0.75 m，梁高均為0.6 m。樓梯梁下部采用圓截面墩柱、樁基礎，樓梯平臺下均設墩柱，柱下均采用直徑0.8 m的樁基礎。

2 天橋改造原因

西安某軌道交通項目與一座正在使用的人行天橋樁基沖突，由于該天橋離車站距離只有約50 m，且車站站位已確定，故不能通過線路調整來對天橋進行避讓。原設計方案為樁基托換方案，見圖1［2］。該方案為軌道交通項目對發(fā)生沖突的天橋的常用處理方法，但鑒于該樁基附近有DN2 000污水管道、DN400給水管、DN325天然氣中壓管道，管線遷改難度很大。樁基托換方案無法實施。

3 天橋改造方案比選

天橋改造方案的基本思路為利用鋼結構自重輕、跨越能力強的特點，把原本橋的第一、第二跨的混凝土空心板梁用一跨鋼箱梁代替，這樣原橋的二號墩就不承受荷載，可以拆除(見圖2)。根據此思路，新建鋼梁的跨度為33.25 m，根據以往工程經驗取梁高為1.2 m(L/27.7)。原橋梁高為0.8 m，在3號墩處新舊梁體及1號墩處新梁與梯道梁和坡道梁處之間的0.4m的高差成為問題解決的關鍵點。據此實際情況，提出三種解決方案:方案一，將原橋的梯道梁、坡道梁和相應的橋墩拆除，整個重新設計施工為鋼結構;方案二，將原橋的梯道梁、坡道梁用整體頂升技術頂至新的設計標高處，將原混凝土橋墩加高;方案三，將主梁兩側支點處做成變截面，消除高差。

方案一的做法相當于把3號墩以西部分的橋梁上下部全部拆除，進行重新設計、施工，這樣做從工程處理上來說比較簡單，但是工程造價大、工期長，且拆除部分多，環(huán)保理念不強。方案二做法盡量利用了原橋的下部結構，是一種比較經濟、環(huán)保的改建方法，但整體頂升技術對施工單位的技術、設備要求高，且此專項費用可能較高。方案三造價最低、施工工期短、對環(huán)境影響小，方案最優(yōu)，單主梁在支座附近建立最大處截面減小，需進行驗算。

4 推薦方案的結構分析

全橋上部結構分析采用MIDAS/CIVIL 2010，頂板、底板、縱橫向加勁肋、橫隔板均以板單元模擬，支座采用剛性連接模擬，人群荷載采用壓力荷載模擬，建立空間受力模型。全橋模型共計1 007個節(jié)點，1 591個板單元。全橋整體模型見圖3。

4.1 主要材料及設計參數

1)鋼材［3］(見表 1)。

表1 鋼材容許應力一覽表 MPa

2)人群荷載。根據原橋設計文件可得人群荷載為4.56 kPa。

3)恒載。一期恒載:鋼箱梁采用 Q235C級鋼材，容重為78.5 kN/m3。二期恒載:橋面鋪裝采用C40微膨脹混凝土，容重為26 kN/m3;單側欄桿荷載0.7 kN/m等。

圖2 人行天橋鋼梁替換方案

圖3 鋼梁模型

4.2 上部結構分析成果

經過分析:1)鋼梁最大壓應力發(fā)生在主梁跨中頂板處，應力值為56.8 MPa＜［σw］=145 MPa，滿足規(guī)范要求(見圖 4)。2)鋼梁最大拉應力發(fā)生在主梁跨中底板處，應力值為68.1 MPa＜［σw］=145 MPa，滿足規(guī)范要求。3)本橋腹板最大剪應力發(fā)生在主梁邊墩變截面處(見圖5)，此時最大剪應力τmax=11.3 MPa＜［τ］=85 MPa，滿足規(guī)范要求。

圖4 正應力等值線圖

圖5 板單元剪應力等值線圖

主梁最大位移發(fā)生在主梁跨中處(見圖6)，位移值27.2 mm＜L/600=33 050/600=55.1 mm，滿足規(guī)范［4］要求。

圖6 活載作用下最大位移等值線圖

全橋一階豎向自振頻率為3.42 Hz，周期為0.292 3 s(見圖7);二階豎向自振頻率為13.00 Hz，周期為 0.076 9 s(見圖8)。頻率均大于3 Hz，滿足規(guī)范［5］要求。

圖7 一階豎向振型

4.3 下部結構分析成果

4.3.1 原橋蓋梁驗算

1)1號墩蓋梁驗算。在組合Ⅲ作用下1號墩兩個支座頂的反力均為322 kN，梯道反力為118 kN，坡道反力為156 kN。由橋梁通程序計算:a.最大彎矩為431 kN·m，配筋為4根φ25(原蓋梁配筋9根φ25)。b.裂縫按照0.2mm控制，配筋為7根φ25(原蓋梁配筋9根φ25)。2)3號墩蓋梁驗算。在組合Ⅲ作用下3號墩兩個支座頂的壓力均為308 kN，原混凝土空心板梁下4個支座頂荷載為134 kN。由橋梁通程序計算:a.最大彎矩為347 kN·m，配筋為3根φ25(原蓋梁配筋9根φ25)。b.裂縫按照0.2mm控制，配筋為6根φ25(原蓋梁配筋9根φ25)。