任潤(rùn)田 趙堃 王淵 陳東 趙國(guó)鵬

(西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710068)

目前各大城市軌道交通項(xiàng)目開工較多，軌道交通項(xiàng)目線位大部分在市政紅線范圍內(nèi)敷設(shè)，經(jīng)常與人行過街天橋的樁基發(fā)生矛盾。對(duì)這類問題，通常采用兩種方案解決:1)通過地鐵線路調(diào)整進(jìn)行適當(dāng)避讓。2)進(jìn)行樁基托換。本文在以上兩種解決方案難于實(shí)現(xiàn)的情況下，通過對(duì)原天橋的改建，合理經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)形式為4跨混凝土簡(jiǎn)支梁橋。橋梁總長(zhǎng)(東西向)83.52 m，跨徑布置為(12.25+21.0+19.35+10.25)m。主橋?qū)?.5 m，凈寬3.0 m。主梁:中跨主梁采用預(yù)應(yīng)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(zhǎng)0.75 m，主橋橫向由兩片梁組成。樁柱:樁基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土圓截面樁，主橋樁徑1.0 m，中樁長(zhǎng)28 m，邊樁長(zhǎng)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(shè)蓋梁。樓梯:樓梯梁采用鋼筋混凝土∏形截面梁。西側(cè)樓梯梁寬2.5 m，東側(cè)樓梯梁寬3.5 m，懸臂長(zhǎng)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(chǔ)，樓梯平臺(tái)下均設(shè)墩柱，柱下均采用直徑0.8 m的樁基礎(chǔ)。

2 天橋改造原因

西安某軌道交通項(xiàng)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(diào)整來對(duì)天橋進(jìn)行避讓。原設(shè)計(jì)方案為樁基托換方案，見圖1［2］。該方案為軌道交通項(xiàng)目對(duì)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(shí)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(jié)構(gòu)自重輕、跨越能力強(qiáng)的特點(diǎn)，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(hào)墩就不承受荷載，可以拆除(見圖2)。根據(jù)此思路，新建鋼梁的跨度為33.25 m，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)取梁高為1.2 m(L/27.7)。原橋梁高為0.8 m，在3號(hào)墩處新舊梁體及1號(hào)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(guān)鍵點(diǎn)。據(jù)此實(shí)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(yīng)的橋墩拆除，整個(gè)重新設(shè)計(jì)施工為鋼結(jié)構(gòu);方案二，將原橋的梯道梁、坡道梁用整體頂升技術(shù)頂至新的設(shè)計(jì)標(biāo)高處，將原混凝土橋墩加高;方案三，將主梁兩側(cè)支點(diǎn)處做成變截面，消除高差。

方案一的做法相當(dāng)于把3號(hào)墩以西部分的橋梁上下部全部拆除，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、施工，這樣做從工程處理上來說比較簡(jiǎn)單，但是工程造價(jià)大、工期長(zhǎng)，且拆除部分多，環(huán)保理念不強(qiáng)。方案二做法盡量利用了原橋的下部結(jié)構(gòu)，是一種比較經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的改建方法，但整體頂升技術(shù)對(duì)施工單位的技術(shù)、設(shè)備要求高，且此專項(xiàng)費(fèi)用可能較高。方案三造價(jià)最低、施工工期短、對(duì)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(jìn)行驗(yàn)算。

4 推薦方案的結(jié)構(gòu)分析

全橋上部結(jié)構(gòu)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(jì)1 007個(gè)節(jié)點(diǎn)，1 591個(gè)板單元。全橋整體模型見圖3。

4.1 主要材料及設(shè)計(jì)參數(shù)

1)鋼材［3］(見表 1)。

表1 鋼材容許應(yīng)力一覽表 MPa

2)人群荷載。根據(jù)原橋設(shè)計(jì)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(jí)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(cè)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(jié)構(gòu)分析成果

經(jīng)過分析:1)鋼梁最大壓應(yīng)力發(fā)生在主梁跨中頂板處，應(yīng)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(yīng)力發(fā)生在主梁跨中底板處，應(yīng)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(yīng)力發(fā)生在主梁邊墩變截面處(見圖5)，此時(shí)最大剪應(yīng)力τmax=11.3 MPa＜［τ］=85 MPa，滿足規(guī)范要求。

圖4 正應(yīng)力等值線圖

圖5 板單元剪應(yīng)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(jié)構(gòu)分析成果

4.3.1 原橋蓋梁驗(yàn)算

1)1號(hào)墩蓋梁驗(yàn)算。在組合Ⅲ作用下1號(hào)墩兩個(gè)支座頂?shù)姆戳鶠?22 kN，梯道反力為118 kN，坡道反力為156 kN。由橋梁通程序計(jì)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(hào)墩蓋梁驗(yàn)算。在組合Ⅲ作用下3號(hào)墩兩個(gè)支座頂?shù)膲毫鶠?08 kN，原混凝土空心板梁下4個(gè)支座頂荷載為134 kN。由橋梁通程序計(jì)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)。

圖8 二階豎向振型

4.3.2 原橋樁基驗(yàn)算

樁頂反力列表見表2，蓋梁及樁自重表見表3。

表2 樁頂反力匯總表

表3 墩、蓋梁及樁自重表

1)1號(hào)橋墩基礎(chǔ):單根樁受到的全部豎向荷載為:N=N1+N2+N3+qh(扣除了置換土重作為荷載)=894+58.8+117.8+130=1 200.6 kN。

單樁承載力為:

承載力滿足要求。

2)3號(hào)橋墩基礎(chǔ):單根樁受到的全部豎向荷載為:N=N1+N2+N3+qh(扣除了置換土重作為荷載)=1 128.3+58.8+63.18+147.3=1 397.6 kN。由于盾構(gòu)管片外皮距3號(hào)墩樁基外皮凈距僅1.8 m，故未將盾構(gòu)管片高度6 m范圍內(nèi)的側(cè)摩阻計(jì)入。

單樁承載力為(扣除盾構(gòu)6 m范圍內(nèi)的側(cè)摩阻力):

承載力滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1)本文所使用的改建天橋的方法可大量的用于城市軌道交通施工對(duì)中小跨徑橋梁的改造。2)經(jīng)過驗(yàn)算原橋的下部結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求，在此種改造方法的使用中下部結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算需引起重視。

［1］西安市東二環(huán)——?jiǎng)⒈贝迦诵刑鞓蚴┕D［Z］.西安市政設(shè)計(jì)研究院，2005.

［2］西安市地鐵三號(hào)線一期工程(魚化寨～保稅區(qū))施工圖設(shè)計(jì)［Z］.廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，2012.

［3］JTJ 025-86，公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］CJJ 69-95，城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范［S］.