滨北线松花江公铁两用桥改建工程总体设计.pdf

・桥涵工程・滨北线松花江公铁两用桥改建工程总体设计王合希（中铁第五勘察设计院集团有限公司北京１０２６００）摘要既有线改建工程设计方案要充分考虑新旧设计标准对接、对既有线运输影响、工程造价及建设难度，并需关注方案的可实施性，努力实现新旧工程整体最优。结合滨北线松花江公铁两用桥改建工程的总体设计，分析了该桥址的建设条件；通过对桥位、通航孔跨度、桥型结构等方面进行方案比选，决定采用下游５０ｍ桥位，主桥主通航孔为四跨（９６＋２Ｘ—１４４＋９６）ｍ连续钢桁梁桥，其余为６９６ｍ简支钢桁桥，引桥采用３２ｍ预应力混凝土简支Ｔ梁的建设方案；并对主桥结构设计及指导性施工方案进行了阐述。关键词公铁两用桥钢桁粱改建总体设计中图分类号Ｕ４４２．５文献标识码Ａ———文章编号１００９４５３９（２０１４）０２００１４０６ＧｅｎｅｒａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＲａｉｌ－ｃｕｍ－ｒｏａｄＢｒｉｄｇｅｏｎＢｉｎｂｅｉＲａｉｌｗａｙｏｖｅｒｔｈｅＳｏｎｇｈｕａｊｉａｎｇＲｉｖｅｒＷａｎｇＨｅｘｉ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＦｉｆｔｈＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２６００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｏｌｄａｎｄｔｈｅｎｅｗｄｅｓｉｇｎｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｒａｉｌｗａｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｐｒｏｊｅｃｔｃｏｓｔａｎｄｃｏｎ－ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｓｈｏｕｌｄｂｅｆｕｌｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｌａｎｏｆｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｒａｉｌｗａｙ．Ａｎｄｃｌｏｓｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄｔｏｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｄｅｓｉｇｎｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｂｅｓｔｏｖｅｒａｌｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｌｄａｎｄｔｈｅｎｅｗｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｎｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｏｆｒａｉｌ－ｃａｍ・ｒｏａｄｂｒｉｄｇｅｏｖｅｒｔｈｅＳｏｎｓｈｕａｊｉａｎｇ—ＲｉｖｅｒｉｎＢｉｎｂｅｉＲａｉｌｗａｙ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｂｒｉｄｇｅｓｉｔｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ；ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｒｉｄｇｅｌｏｃａｔｉｏｎ，ｎａｖｉｇａｂｌｅｓｐａｎａｎｄｂｒｉｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｔｃ．，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｈａｓｂｅｅｎａｄｏｐｔｅｄｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ５０ｍｂｒｉｄｇｅｓｉｔｅ，（９６＋２×１４４＋９６、ｍｆｏｕｒｓｐａｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｔｅｅｌｔｒｕｓｓｂｒｉｄｇｅａｓｔｈｅｍａｉｎｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｐａｎｂｒｉｄｇｅａｎｄ６－９６ｍｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｓｔｅｅｌｔｒｕｓｓｂｒｉｄｇｅ．Ａｎｄａｐｐｒｏａｃｈｂｒｉｄｇｅａｄｏｐｔｅｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆ３２ｍｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄＴｂｅａｍ．Ｔｈｅｍａｉｎｂｒｉｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｇｕｉｄｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅａｒｅａｌｓｏｅｘｐｏｕｎｄｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｒａｉｌ－ｃａｍ－ｒｏａｄｂｒｉｄｇｅ；ｓｔｅｅｌｔｒｕｓｓｇｉｒｄｅｒ；ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｉｇｎ１工程概况１．１地理位置滨北线松花江公铁两用桥是既有松花江公铁两用桥的改建工程，位于哈尔滨市区，地理位置见图１。该桥铁路南岸接哈尔滨东站，北岸与新松蒲站相接，公路道路连接哈尔滨市松北区与道外区，是哈尔滨市东三环的过江通道。１４——收稿日期：２０１４０ｌ１５图１项目地理位置铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４（２ｌ万方数据・桥涵工程・１．２既有桥概况既有滨北线松花江公铁两用桥是中国最早的公铁两用过江大桥，于１９３２年动工，１９３３年１２月下层铁路单线桥建成通车，１９３４年８月上层公路桥建成通—车，已运营８０年。该桥孔跨布置为：２６４．０ｍ钢桁—＋（８０．０＋９６＋８０．０）ｍ悬臂钢桁＋１０６４．０ｍ钢桁，铁路桥全长１０６５．８ｍ，公路桥全长ｌ１４７．６ｍ。运营多年后病害严重，上层公路桥已于２００６年１２月２５日封闭，下层铁路桥采取限速、限量运营，但仍存在安全隐患，危及行车安全。经评估论证，该桥已是一座高龄、低运能的病害桥，能用到２０１６年¨Ｊ。该桥的现状如图２所示。图２既有滨北线松花江公铁两用桥１．３主要技术标准（１）设计速度滨北正线设计速度目标值：１２０ｋｍ／ｈ；城市快速路：６０ｋｍ／ｈ。（２）设计活载滨北正线铁路：中一活载¨１；城市快速路：公路一Ｉ级；人群荷载：３．５ｋＰａ。（３）通航标准通航净高：不小于１３ｍ；通航净宽：单孔单向不小于１１５ｍ。（４）地震烈度桥址区域地震动峰值加速度：０．０８８ｇ。２建设条件道，北汊主要为泄洪江道，其中江心岛宽约３５０ｍ；南汊河道顺直，常水位时水面宽约４００ｍ；北汊弯曲，水面宽约２８０ｍ。受城市防洪堤的控制，其岸线、深槽、边滩多年来一直比较稳定。平均水深１０ｍ，最大水深为２０ｍ。哈尔滨江段流速变化不大，洪水期桥位断面主流表面最大流速为２．３７ｍ／ｓ，岸边流速一般为０．３３ｍ／ｓ。２．３气象桥位区属中温带大陆性季风气候，全年平均气℃温３．５，一月最冷，七八月最热；全年结冻期１９０ｄ左右。季节性冻土发育，每年十月末开始结冻，至翌年三月中旬开始融化，六月初化透，最大冻结深度２．０５Ｉｎ，本区属严寒地区。各气象要素详见表１。表１主要气象要素℃年平均气温／３．５℃最热月平均气温／２２．８℃最冷月平均气温／一１９．４极端最高气温／ｏｃ３６．４℃极端最低气温／一３８．１土壤最大冻结深度／ｍ２．０５３总体构思３．１桥位方案桥位方案结合改建桥梁与既有滨北线及联络线顺接、与既有（规划）道路衔接、新建桥梁基础施工对既有桥影响、客货运量需求与建桥时机等因素进行了比选。既有滨北桥下游约７００ｍ规划有三环线东江桥，上游约８００ｍ规划有红旗街桥。本次研究重点围绕既有滨北桥有限的桥位资源布设了既有桥原位、既有桥上游５０ｍ、下游５０ｍ三个桥位方案，桥位方案见图３。２．１地质桥址沿线经过地区大的地貌单元主要为松花江冲积平原、松花江河漫滩，地形平坦，地面高程一般在９８～１２４ｍ。沿线交通条件便利，江南地区建筑物密集，江北多为农田，分布有少量鱼塘。２．２水文桥位所在河段处于松花江干流中游，两岸堤距约２．２ｋｍ，江水流向为西向东。桥址断面呈Ｗ形，以江心岛（狗岛）将河道分为南北两汊，南汊为主航铁道建筑技术ＦＬＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４（２１万方数据・桥涵工程・结合改建桥与既有滨北线及联络线顺接、与既有（规划）道路衔接、施工期间的施工过渡、新建桥梁基础施工对既有桥影响、客货运量需求与建桥时机等因素进行桥位比选，各桥位综合比较见表２。表２桥位综合比较桥位优点缺点（１）线路改建短；（１）原位方案施工时需中断既有原位（２）与两侧既有线纵滨北线行车，需调整哈枢纽运输组断面衔接较好；（３）织，且部分线路需扩能改造，引起还建能部分利用北侧既部分废弃工程；（２）桥孔布设时要有铁路扩孔桥兼顾通航及新老桥墩位置关系（１）基础施工时，对既有桥影响较大（尤其是基础冲刷），影响铁路上游（１）线路改建较短；安全；（２）线路与既有江南线有交５０ｍ（２）拆迁建筑物较叉，施工时对既有线运营干扰大，新建少；（３）投资较少施工过渡困难；（３）南岸公路引桥需跨过既有铁路，施工对既有线运营干扰大（１）两侧衔接平面和纵断条件较好；（２）下游桥梁施工对既有桥５０ｍ基础影响较小；（３）（１）滨北正线拆迁较大；（２）工程南岸公路主线与既投资较大新建有路网接线方便。（４）江南联络线设置方便，坡度较小右并行形式又可分为：铁路在一侧，公路在一侧（方案４）；铁路在中间，公路在两边（方案５）。各方案示意见图４。在公铁并行的形式中，如果采用铁路在中间，公路在两边即方案５，则存在公路引桥及公路接线疏解困难、复杂的缺点，并且主桥若采用并行布置的方式，则主河槽内的桥梁总宽度将达到５０ｍ，桥墩数量增加一倍，宽度增加一倍以上，对主槽行洪带来不利影响，因此排除方案５。弋矿菌苗己ｂ叫ⅢⅢＥ五ｊａ．方案ｌｂ．方案２ｃ．方案３兽廿廿也牯ｄ．方案４ｅ．方案５图４桥梁横断面布置方案示意万方数据・桥涵工程・３．２．３主跨跨径本桥的主孔跨径由通航要求控制，若采用单孔单向通航，跨度一般在１２０ｍ左右，若采用单孔双向通航，跨度一般在２６０ｍ左右。为尽量减少桥梁修建后对桥位河段防洪和河势的影响，建议主槽跨径应不小于１２０ｍ，滩地跨径不小于３０ｍ。对于主通航孔跨径的选择，对单孔单向通航孔跨１４４ｍ和单孔双向通航孔跨２６４ｍ两种跨度方案进行了比较，具体见表３。１４４ｍ跨度方案在自振特性、施工难度、工期及经济指标等方面均优于２６４ｍ钢桁拱方案，设计推荐采用主跨１４４ｍ连续钢桁梁方案。表３主通航孔桥式方案技术经济比较ｆ９６＋２Ｘ１４４＋９６）ｍ（１０８＋２６４＋１０８）ｍ删！ｆ连续钢桁梁连续钢桁拱跹）【！Ｊｌ效裂—一“、Ｆ行弦柯ｊ／［ＩＩ１４１４拱底争拱脚／ｍ５８桁宽／１１１１４２５．６主通航孔跨度／ｍ２Ｘ１４４２６４轨底到梁底高度／ｍ２．２２．５梁拱组合体系，技术成体系特点结构简洁，受力明确熟，外形美观技术成熟。施工工艺简边跨支架施工，中跨拱梁施工难度同时进行，空中作业多，单，工期短难度大，工期长工期ｌＯ个月１３个月对航道影响较小小中跨静活载挠度（挠跨比）５２姗（１／２７６６）５９ｍｉｌｌ（１／４４８２）边跨静活载挠度（挠跨比）２８ｍｍ（１／３４１６）３２ｍｍ（１／３３７５）自振横向０．９４４Ｏ．５频率／Ｈｚ竖向１．１０４Ｏ．９９２桥梁动力性能满足满足行车竖向优或良优或良舒适性横向优优或良桥Ｋ／ｍｌ３５２．８１３５２．８建安费９．２１８亿元１０．１２０亿元３．２．４桥跨布置根据通航要求、既有桥墩位置、河道防洪等控—制条件，本桥孔跨布置如下：主桥为２９６ｍ简支钢桁梁＋（９６＋２×—１４４＋９６）ｍ连续钢桁梁＋６９６ｍ简支钢桁梁；铁路引桥部分跨越北岸大堤处采用１—９６ｍ简支钢管混凝土系杆拱，其余铁路引桥均采用２４ｍ及３２ｍ标准Ｔ梁形式。其中，主桥主体结构公铁合建段总长ｌ２６７．９ｍ；江南、江北下部结构公铁合建段总长７８４．８ｍ；江南、江北铁路引桥分建段总长２１１８．７６ｍ。桥跨布置见图５。图５桥跨布置（单位：ｍ）４主桥结构设计４．１上部结构设计４．１．１主桁主梁布置两片主桁，采用带竖杆的三角形桁架，两片主桁横向中心距为１４ｍ，桁高１４ｍ，节点间距１２ｍ。中墩处设下加劲弦，加劲弦高１０ｍ，两侧分别设置２个节间范围；其余孔跨主桁为平行弦桁架。主桁构造见图６、图７。主桁平弦部分钢材采用Ｑ３７０ｑＥ［３］，加劲弦部分采用Ｑ４２０ｑＥ。ｆ！！十！丝十！塑十堑十＃艘胚孵眄呼胚赠圆圆圆赠圃一ｌ＝ｌ图６（９６＋２Ｘ１４４＋９６）ｍ连续钢桁梁立面（单位：ｍ）主桁上、下弦杆均采用箱形带肋截面，杆件内宽ｌ０００ｍｍ；上弦杆外伸翼缘板长８００ｍｍ，下弦杆外伸翼缘板长５００ｍｍ；杆件内高１４００ｍｍ，板厚２０～４０ｍｍ不等。腹杆采用箱形及Ｈ型截面，箱形杆件内宽ｌ０００ｍｍ，外高９９８ｍｍ，板厚２４～４４ｍｍ不等；Ｈ型杆件宽７２０ｍｍ，外高９９８—ｎｌｍ，板厚２８３２ｍｍ不等。加劲弦杆采用箱形带肋截面，杆件内宽１０００ｍｍ，内高１４００ｍｍ、１６００—ｍｍ，板厚３６５０ｍｍ不等。加劲弦竖杆采用箱形带肋截面，杆件内宽１０００ｍｌｎ，内高ｌ４００Ｂｉｎ，板厚４４ｍｉｌｌ。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４（２ｌ１７万方数据・桥涵工程・Ｉｌ趔Ｊ．ａ．中支点界ｉ１１Ⅵ３７５Ｉ赫ｉ霉半１洋＿２１１缁ＴＰ旷Ｉ哆纱７＼．Ａ／＼．夕／－＿主粱时称中心线．，／７ｌ…富、．线路中心线．．协基，÷！：煨！，ｌ■Ｉ￥：料：－Ｔ。、ｒ。下ｌ‘ＪＶ善入－＿一Ｉ！堡塑』ｂ．边支点图７连续钢桁梁横断面（单位：ｃｍ）４．１．２桥面系铁路桥面采用多横梁小纵梁正交异性板钢桥面，钢桥面板厚１６ｍｉｒａ，上铺６ｃｍ厚Ｃ５５混凝土耐磨层和新型聚脲弹性体防水层。钢桥面板下横桥向设置多道ｕ形纵肋。沿桥纵向每隔３ｍ设置一道横梁，横梁采用倒Ｔ形截面。钢桥面板（兼横梁上翼缘板）与下弦杆伸出肢焊接，横梁腹板及下翼缘板与下弦杆伸出肢栓接。每线铁路中一ｔｌ，线下对称设置２道纵梁，中心距１．５ｍ，共设置４道，对应两线铁路４根钢轨。纵梁采用倒Ｔ形截面，铁路桥面系见图８。圃Ｉ３２５＾１５Ｑ＾１２５Ｉ１２５＾１５Ｑ上３２５Ｉ图８铁路桥面系构造（单位：ｃｍ）公路桥面也采用正交异性板钢桥面，钢桥面板厚１６ｍｍ，上铺１０ｃｍ厚混凝土＋９ｃｍ厚沥青混凝土铺装层。钢桥面板下横桥向车行道范围内设置多道Ｕ形纵肋；在人行道范围内设板肋加劲。沿桥纵向每隔３ｍ设置一道横梁，横梁采用倒Ｔ形截面。公路桥面横梁长３０ｍ，其中两侧悬臂部分长８ｍ，横梁高８００～１４００ｍｍ；中间部分长１４ｍ，横梁高ｌ４００一Ｉ５１４ｍｍ。钢桥面板（兼横梁上翼缘板）与上弦杆伸出肢焊接，横梁腹板及下翼缘板与上弦杆伸出肢栓接，公路桥面系见图９。图９公路桥面系构造（单位：ｃｍ）４．１．３联结系为保证主梁框架的横向稳定性，在平行弦每个节点处均设置了横向联结系。主桁内侧为单交叉式三角形桁架结构，主桁外侧设置一道斜撑。联结系杆件采用Ｈ型截面，见图１０。图１０横向联结系构造（单位：ｃｍ）４．２下部结构设计主桥桥墩采用圆端形实体墩，墩顶设顶帽和托盘。顶帽横桥向宽度为２１ｍ，顺桥向宽度为５ｍ，厚度为１ｍ；托盘横桥向宽度为２１～１７ｍ，顺桥向宽度为５ｍ，厚度为３ｍ；墩身横桥向宽度为１７ｍ，顺桥向宽度为５ｍ，墩高为４．５一１８．５ｍ。—基础采用钻孔灌注桩基础。２２２４号墩承台长２９．７ｍ，宽１３．８ｍ，厚５ｍ；桩基采用１８根直径２ｍ的钻孔灌注桩。２０、２１、２５～３０号墩承台长２２．２ｍ，宽１２．６ｎｌ，厚３．６ｍ；桩基采用１５根直径１．８ｍ的钻孔灌注桩。２２～２４号桥墩构造见图１１。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４（２）万方数据・桥涵工程・，¨甜麟』峨２００ｃｍ钻孔桩ａ．正面图ｂ．侧面图图１１—２２２４号桥墩构造（单位：ｃｍ）５指导性施工方案——总工期３年。桥墩９１１号、１５１８号为水中墩，基础和墩台采用栈桥和墩位平台方案施工，钻孔桩基础，承台采用双壁钢围堰施工。其它墩钻孔桩采用筑岛施工，承台采用钢板桩围堰施工。主桥钢梁架设起步段（２１号墩～２２号墩、２４号墩一２５号墩、３０号墩～３１号墩）采用临时墩支架法架设，其它孔采用架梁吊机全伸臂法架设，两联之间架梁时设置临时连接。钢梁施工步骤见图１２。６结束语结合桥址建设条件、运输组织及规划航道要求，设计方案采用下游５０ｍ桥位，主桥主通航孔采用四跨（９６＋２×１４４＋９６）ｍ连续钢桁梁桥，其余—为６９６ｍ简支钢桁桥，引桥采用３２ｍ预应力混凝土简支Ｔ梁方案，主桥施工采用悬臂拼装施工工艺。大桥已开工，预计２０１６年底完成建设。哈东站黼掣塑盐塾鉴至新松浦站彳停秽牟稃稀悯曼堕垡堑堡堕竽二童÷～・二；。。‘。：图１２钢梁施工步骤参考文献［Ｉ］铁道科学研究院铁道建筑研究所，哈尔滨铁路局工务处，北方交通大学土木建筑工程学院．哈尔滨铁路局四座旧桥试验评估报告［Ｒ］．北京：铁道科学研究院，２００２：４９．［２］铁道第三勘察设计院．ＴＢ—１０００２．１２００５铁路桥涵设计基本规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５：２２．［３］中铁大桥勘测设计院有限公司．ＴＢ—１０００２．２２００５铁路桥梁钢结构设计规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版—社，２００８：６１０．（上接第１３页）多山地区的兴建和发展，尤其在新兴市场，这种运的两倍。因此，在运粱往返路上的燃油消耗量就明架一体机的应用前景将相当看好。显增大；架梁桥址距离梁场愈来愈远时这个缺点就龛喜寺替愈加明显。穸巧＾卧（２）架梁工效较低。前已述及，提、运、架分体Ｅ１］贾力峰，黄耀怡．ＤＰ７００型架桥机的运用和改进［Ｊ］．式设备系实行大规模、长距离的流水作业模式，其—工程机械，２０１０，４１（７）：６３６８・提运架三个作业过程几乎没有多少重叠时间，因［２］黄耀怡，吴国梅・双梁式公铁两用新型架桥机研制此架梁总工效较高。但运架一体机系将提运架三—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１１（１２）：９０９６・∞銎赁竺苎三：苎耄蛰型耋：璎黧Ｉ翼：１鬻篙导嚣技术架桥枞，２００６体结（５）冀因此存在大量的重叠与等待时间，故架梁总工效…一：一…………一。‘较低。［４］黄耀怡．铁路客运专线桥梁铺架技术研究与成套设别但是，从ＴＩＹＪ９００型运架一体机的实际使用经—研制［Ｊ］．铁道标准设计，２００５（５）：２０２６．验和效果证明，其优点还是远大于缺点，因此颇受Ｅｓ］黄耀怡．苏通长江大桥ＴＰ７５ｍ／ｌ２００ｔ架桥机结构总用户欢迎。将来，随着国内外高速铁路在有山甚至—体设计［Ｊ］．铁道建筑技术，２００６（１）：１２１８．盟莹疆潲洲二＿Ｔ一万方数据