客运专线利用既有桥梁段落增设声屏障方案研究

2013-08-04姚君芳

铁道标准设计 2013年5期

姚君芳

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 工程概况

京石客运专线自北京西站引出，起点处京石客运专线右线利用既有西长左线，同时沿既有西长左线南侧增建客运专线左线。京石客专双线利用既有西长线段落位于北京市四环附近，涉及居民区、学校等敏感点，环评要求设置声屏障。该范围内有丰台路特大桥，42-16 m简支T梁;青塔特大桥，57-16 m简支T梁+1-12 m简支T梁，2座特大桥总长1646 m。

既有桥梁为双线，采用低高度先张法预应力混凝土简支T梁(图号为《叁桥2003》)，两单线梁并置，单线梁宽3.9 m，两侧角钢支架人行道板宽度为1.55 m，桥面总宽11.2 m，见图1。全桥均采用明挖基础，桥台基础横向宽度为10 m外，其余桥墩均为8.5 m，埋深最大7 m。土层以圆砾土、卵石土、砂黏土和砾砂为主。既有桥梁于1995年8月30日竣工。

2 增设声屏障方案

增设的声屏障采用插板式，立柱采用型钢HW175，柱间距2 m。不同高度声屏障设计荷载见表1。

表1 声屏障立柱设计荷载

既有桥梁设计时未预考虑声屏障设置要求，经检算既有角钢支架和T梁外悬臂板无法承受声屏障立柱荷载。结合现场情况和工程实际，拟定了改造既有桥方案、钢结构落地方案、混凝土梁落地方案3个增设声屏障的方案进行细化研究。

(1)改造既有桥方案

本着经济可行、确保安全的要求，提出替换既有角钢支架，增加梁体横向连接，在既有T梁人行道角钢托架上增设声屏障的方案。

原设计角钢支架间距1.5 m，人行道宽1.55 m，每个支架采用单片角钢，设计仅考虑了栏杆荷载，经检算原支架不能满足增设声屏障要求。为此，以1 m间距的支架替换原支架，为减轻荷载，人行道宽度由1.5 m减小为1.05 m并增设避车台。考虑到梁体承载能力限制，本方案的声屏障高度按照2.15 m，声屏障立柱间距按照1.0 m进行设计。新设计角钢支架如图2所示。

图2 新设计角钢支架(单位:mm)

增设混凝土加劲肋对悬臂板加强，见图3。材料采用C50无收缩混凝土，新旧混凝土结合、角钢支架与梁体连接采用植筋技术实现。

既有桥梁两片梁体之间无横向联系，经检算，施加声屏障等荷载后，稳定性不满足要求。为加强梁体横桥向稳定性，对12 m、16 m低高度先张法预应力混凝土T梁每孔分别增设了4道、6道横隔板，采用φ15.2 mm1860级低松弛无粘结钢绞线进行连接。16 m T梁横向连接布置见图4。

每隔2孔在梁端设置1处避车台。避车台处设3片角钢支架，间距为0.75 m，延长N1角钢，靠近梁缝处的两片支架设置斜撑，支撑于桥墩上。支架结构见图5。

声屏障基础与人行道托架采用栓焊结合的方式，以增强连接的可靠性、安全性。

图3 混凝土加劲肋布置(单位:cm)

图4 16mT梁横向连接布置(单位:cm)

图5 避车台支架图示(单位:mm)

此方案仅对桥梁横向进行了加固，其纵向无法加固，必须对纵向受力进行检算。原T梁混凝土为C50，预应力筋为φ25 mm 45SiMnV精轧螺旋钢筋。经检算，主力作用下各项指标均满足规范要求，但梁体1/4处箍筋的安全储备小，梁纵向强度受梁体1/4处抗剪控制。检算结果详见表2。

表2 16 m低高度T梁主力作用下检算结果

(2)钢结构支架落地方案

由于既有梁的角钢支架、梁体等不能承受增设声屏障的荷载，为了避免破坏既有梁，同时又实现声屏障隔声功能，尽量利用既有桥范围空间，减少外界因素干扰，拟定了钢结构支架落地方案。具体布置见图6。

此方案不涉及原人行走道板的改造，与原桥梁结构完全分离。两结构构件之间留100 mm的结构变形缝，待结构安装完成后，采用柔性材料封堵。

基础采用挖孔桩，C30混凝土，桩径为0.8 m，桩长为2.6～7.5 m，基础之间设250 mm×400 mm系梁。基础上设钢桁架，钢柱、钢梁均采用箱形截面，柱截面尺寸采用箱形300 mm×200 mm×10 mm，梁截面尺寸采用300 mm×350 mm×10 mm，斜撑采用φ83×5 mm钢管。钢柱与基础之间采用预埋螺栓和焊接钢板连接。声屏障的H型钢直接焊在箱形梁上。对于16 m T梁，声屏障基础间距为8.4 m与8.16 m交替布置。

结构柱顶最大横桥向位移为7.2 mm，声屏障柱顶最大横桥向位移为52 mm，位移和振幅较大。

图6 钢结构支架落地方案布置(单位:mm)

(3)混凝土梁落地方案

将增设声屏障侧人行道钢支架拆除，在原人行道位置处沿线布置钢筋混凝土桥梁，用于承受人行道荷载、声屏障荷载和电缆槽荷载等。

为避免对既有桥基础产生影响，新建桥梁与既有桥梁错孔布置，桥跨为16.5 m，新建桥桩基础在既有桥跨中。为增加结构整体性和抗倾覆、抗扭能力，采用连续刚构体系，先架设简支梁，后将梁、墩浇筑为刚构体系，三孔一联，湿接缝宽0.5 m。

为了避免结构与接触网支柱干扰，桥面宽1.05 m。梁体与T梁之间预留宽为3 cm的缝，以防止新建桥横向力作用至既有桥。桥面设置2%排水坡。梁截面采用空心矩形截面，梁宽1.4 m，梁高0.7 m。为了尽可能减小荷载偏心，将电力电缆尽量放置于远离声屏障侧。梁体混凝土采用C50。

桥墩采用单圆柱形，C50混凝土。直径为1.0 m。托盘设为1.22 m(顺桥宽)×1.4 m(横桥宽)×1 m(高)。基础采用挖孔桩，不设承台，桩径为1.25 m。具体布置详见图7。

桥梁高度小于8 m，梁重30 t，采用预制架设施工方法。此方案具有施工质量能保证、施工工期短等预制梁作业施工的优点。

3 方案比选

设计中对以上方案进行施工图设计，进行了技术经济比较，3个方案优缺点比较见表3。

综上所述，方案一:加固后，梁体抗剪强度有一定程度削弱，且既有线需大范围改造梁体，安全性不能得到保障。方案二:景观效果差，且声屏障顶部振幅大，建成运营后，存在一定的安全隐患。方案三:避免了增设声屏障荷载对既有低高度简支T梁增加附加荷载;拆除既有人行道增加了既有T梁的安全储备;在新建桥梁上上设置声屏障，安全可靠，养护维修工作量小，整体设计构思巧妙，一举多得。因此，最终推荐方案三，其实景见图8。