高速公路上跨鐵路橋梁設計研析討論

步文韜

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102627）

1 工程概述

某高速公路設計速度100 km/h；設計荷載：公路-Ⅰ級；標準路面橫坡：雙向2%；標準路基斷面：[0.75 m（土路肩）+3.0 m（硬路肩）+2×3.75 m（行車道）+0.75 m（路緣帶）+1.0 m（中央分隔帶）]×2=26.0 m；橋梁設計安全等級：一級。該鐵路西起黑龍江省綏化市，東至黑龍江省佳木斯市，為非電氣化鐵路，設計速度120 km/h（客），90 km/h（貨），線間距4.6 m，為有砟軌道，是一條重要鐵路運輸線，于1941年11月建成通車。公路與鐵路交叉處鐵路為路基段，路基填高約3 m，鐵路里程約K93+100，公路里程約K1+878.800，交角為74°。

2 高速公路上跨鐵路橋梁設計原則

2.1 確保鐵路運營安全

橋梁結構上跨鐵路時，需首先考慮如何盡可能減少對鐵路的影響，根據《國鐵集團工電部關于加強穿（跨）越鐵路營業線和鄰近營業線工程方案等審查和施工安全管理的通知》（工電橋房函〔2020〕48號）中的橋梁施工應優先采用轉體施工方案，本工程采用T構先順鐵路方向支架現澆梁體，再平面轉體跨越鐵路。同時，考慮到支架現澆側工程規模大，施工時間長，如支架傾覆或者掉落雜物，可能影響鐵路運營安全，故對T構主墩位置，現澆時，使梁邊緣距離鐵路限界邊緣（限界中心向外偏移2.44 m）的水平距離等于橋面與地面的距離，使現澆梁體時結構盡可能遠離鐵路。

2.2 技術先進原則

高速公路上跨鐵路橋梁設計在因地制宜的基礎上，必須堅持技術先進原則，在橋梁建設過程中要采用先進的工藝、技術與設備，不斷提升橋梁建設質量與效率，推動高速公路上跨鐵路橋梁工程的現代化發展，為橋梁建設質量的提升奠定基礎[1]。

2.3 經濟可行原則

高速公路上跨鐵路橋梁設計在安全與質量控制的基礎上，還要對成本進行考慮，要求在設計過程中堅持經濟可行原則，就地取材，在方便施工的同時，降低材料成本費用。在此過程中，設計方案要具有可行性，能為施工提供有效指導，堅持經濟可行原則，以最小的成本獲取最大的效益。

2.4 環境保護原則

近些年，綠色發展是各行各業的主要發展方向，也是節能減排的重要途徑之一。高速公路上跨鐵路橋梁設計需堅持環境保護原則，要從橋位選擇、橋跨布置等方面分析對環境產生的影響，減少對環境產生的污染與破壞，確保施工全過程的綠色環保。過去在高速公路上跨鐵路橋梁的施工過程中，由于設計不合理，經常會出現破壞生態，污染環境的行為，但在本設計中堅持環境保護原則，對施工時臨時占用的土地進行復墾，最大限度地降低了施工全過程對生態環境產生的影響。

3 高速公路上跨鐵路橋梁設計方案

3.1 上部結構設計

本項目橋梁設計為雙向四車道，主橋整幅上跨該鐵路，混凝土T構作為主橋結構，采取支架現澆、平面轉體的施工方法。主梁橫斷面采用單箱三室斜腹板截面，邊支點梁高、中支點梁高分別為2.7 m、6.2 m。箱梁頂板的寬度為29.18 m，橋面設置雙向橫坡，坡度為2%。箱梁頂板、懸臂端部、根部的厚度分別為0.28 m、0.2 m、0.55 m，底板厚度范圍為0.25~0.9 m，在支點處加厚至1.5 m[2]。

梁體結構設計時，采用縱向、橫向雙向預應力體系，采用15-φS15.2 mm及17-φS15.2 mm鋼絞線作為縱向預應力鋼束，錨具型號分別為M15-15、M15-17；采用15-φS15.2 mm及12-φS15.2鋼絞線作為中、邊隔墻的鋼束，錨具型號分別為M15-15、M15-12；采用4-φS15.2 mm鋼絞線作為橋面板橫向預應力鋼束，錨具型號為BM15-4、BM15-4P，單端采取交錯張拉間距50 cm，錨下張拉控制應力為1 339.2 MPa。

3.2 下部結構設計

中墩采用空心矩形截面，墩身高7 m，平面尺寸5 m（順橋向）×8.5 m（橫橋向）；基礎采用25根直徑1.5 m的鉆孔灌注樁，交接墩采用四柱式樁柱式橋墩，墩柱直徑1.6 m，樁基采用直徑1.8 m的鉆孔灌注樁。

轉體結構上下盤、轉體支座是組成轉體結構的主要部分。轉動系統的轉體支座、環形滑道等需設置在下轉盤上。在完成轉體后會與上轉盤形成基礎。轉體時，為保持支撐轉體結構平穩，要設置保險腿，保險腿就是上盤撐腳。轉臺對稱的兩個保險腿之間，中心線與上盤縱向中心線在保險腿的受力情況下會重合。撐腳下方設置滑道，保險撐腳在轉體時能夠在滑道內滑動，轉體結構能保持平穩。

3.3 施工工藝設計

在施工過程中，一些管線會對基礎產生干擾，要科學拆改管線；主橋主墩基坑防護、基礎施工，上下轉盤施工并安裝轉體系統；上下轉盤與主墩墩頂臨時鎖定與固結。對于支架地基處理，應采取換填法處理地基，原土使用一層厚度為20 cm的二灰穩定砂礫墊層換填，然后將C20混凝土墊層鋪設在頂面，墊層厚度為30 cm。澆筑（57+57）m梁體，張拉預應力鋼束；施工防撞護欄及防落物網；在做好稱重與配重之后，進行T構轉體，對梁體線形進行調整，轉體時間、轉體角速度分別為65 min、0.02 rad/min，轉體噸位12 000 t。轉體系統的上盤與下盤需做好封固措施；在澆筑邊跨3 m合龍段前，在混凝土強度、彈性模量分別達到95%、設計值的100%，且梁體混凝土齡期在7 d以上時，張拉預應力鋼束；進行橋面系及附屬工程施工至成橋。

3.4 引橋橋梁設計

引橋橋梁設計中小里程側引橋的右幅、左幅分別采用3×30 m預應力混凝土（后張）先簡支后連續小箱梁、預應力混凝土現澆箱梁+4×30 m預應力混凝土（后張）先簡支后連續小箱梁。對于大里程側引橋設計，采用的先簡支后連續小箱梁分別為4×30 m預應力混凝土（后張）、3×30 m預應力混凝土（后張）。

引橋箱梁為等高度箱梁，梁高1.6 m，梁高、頂板、底板和腹板厚度分別為160 cm、18 cm、18 cm、8 cm。單片預制邊梁頂板寬度、底板寬度分別為285 cm、100 cm；單片預制中梁頂板寬度、底板寬度分別為240 cm、100 cm。橫向布置預制小箱梁，布置數量為9片，濕接縫寬度、橋寬分別為83.5 cm、29.18 m。

下部結構采用樁柱式橋墩，使用5根墩柱，墩柱直徑、樁基礎直徑分別為1.4 m、1.6 m；T構交接墩的墩柱為4根，墩柱直徑、樁基礎直徑分別為1.6 m、1.8 m；基礎采用鉆孔灌注樁。

3.5 防撞護欄設計

根據JT/T 1311—2020《公路鐵路交叉路段技術要求》中第6.5.3.1條，采用外側SS+HA級雙層防撞護欄，內側SS級單層防撞護欄。設置范圍按規范公式計算，來車方向自公路邊線與鐵路邊線交叉點起，向外延申130 m，去車方向自鐵路安保區（路基坡腳向外15 m）寬度起，向外延申20 m，在2×60 mT構及兩側各一聯4×30 m連續小箱梁設置。防撞護欄力的作用點在距離護欄頂面5 cm的位置，碰撞荷載標準值、荷載分布長度分布為104 kN/m、5 m。

按照拋物線和動能定理，公路跨線橋護欄車輛來向最小設置長度可以按式（1）計算：式中，L為公路跨線橋護欄車輛來向最小設置長度，m；θ為公鐵立體交叉角度，（°）；μ為摩擦系數；v為沖出路側護欄的車輛速度，km/h；h為公路跨線橋面高度，m；g為重力加速度，9.8m/s2。

公路跨線橋的路側護欄防護等級及適用條件見表1。

表1 公路跨線橋的路側護欄防護等級及適用條件

3.6 材料設計

3.6.1 混凝土

調平層、主橋主梁采用C50混凝土，主墩橋墩與承臺、交接墩柱及蓋梁采用C40混凝土，樁基采用水下C35混凝土，防撞護欄采用C40混凝土。

3.6.2 預應力鋼絞線及錨具

縱、橫向預應力采用φs15.2高強度低松弛預應力鋼絞線，標準強度、彈性模量分別為1 860 MPa、1.95×105MPa。預應力錨具采用Ⅰ類錨具，要求錨固效率系數控制在95%以上。采用群錨體系，確保預應力鋼絞線錨具的穩固性。豎向預應力采用φ16 mm-3無黏結預應力鋼棒，抗拉強度標準值、錨下張拉控制應力系數分別為1 420 MPa、0.66。

3.6.3 普通鋼筋及鋼材

鋼筋直徑≥12 mm、鋼筋直徑＜12 mm分別采用帶肋螺紋鋼筋、光圓鋼筋，鋼筋型號為HRB400和HPB300。對于鋼筋直徑≥25 mm的，可以在連接時采用鋼筋機械接頭，保證連接器技術滿足相關要求。

3.7 設計復核

橋梁質量的根本是結構設計，也是監控的重點，所以，工作人員要驗算好設計施工圖，對橋梁結構設計的合理性進行分析[3]。嚴格按照相關規范要求確定橋梁設計主要參數，然后復核結構設計，保證結構設計能滿足施工要求，通過驗算及時發現問題，并對設計方案進行調整與優化。

4 結語

隨著《國鐵集團工電部關于加強穿（跨）越鐵路營業線和鄰近營業線工程方案等審查和施工安全管理的通知》（工電橋房函〔2020〕48號）的出臺，各鐵路局更傾向于采用T構轉體橋梁上跨既有鐵路，這種跨越方法和小箱梁跨越相比，施工時不需要在鐵路上方作業，作業時間較短，對鐵路正常運營的影響較小。高速公路上跨鐵路橋梁設計從多個維度、細節出發，提出設計中的要點，保證設計的整體質量，確保高速公路上跨鐵路橋梁在運行中的安全與穩定，推動我國鐵路事業的可持續發展。