津濱輕軌一跨疏港公路橋梁方案比選
摘 要:對津濱輕軌跨疏港公路橋采用下承式提籃拱、斜拉橋、連續(xù)鋼箱梁、連續(xù)剛構(gòu)、小跨梁結(jié)合框架墩等橋式進(jìn)行分析比較,最后提出最佳推薦方案。關(guān)鍵詞:輕軌橋梁; 方案; 橋式; 比選1 概述
天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程(簡稱“津濱輕軌”) 一期工程西起天津市河?xùn)|區(qū)中山門,東至天津經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)第八大街。該工程一跨疏港公路橋位于天津市大無縫附近,在無暇村立交橋和疏港公路收費站之間,距無暇村高架橋橋頭約450 m 。疏港公路現(xiàn)為一級公路,是連接天津市區(qū)和濱海新區(qū)的重要通道, 路面總寬35 m , 雙向6 車道,中央分隔帶寬1. 2 m , 機(jī)動車道每側(cè)寬12 m , 非機(jī)動車道每側(cè)寬4. 5 m 。該路遠(yuǎn)期規(guī)劃為雙向8 車道,規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)道路斷面為:慢車道 + 快車道+ 中央分隔帶+ 快車道+ 慢車道= (4 + 15 + 2 + 15 + 4) m , 道路總寬40 m , 道路紅線寬為80 m 。
2 橋位確定
根據(jù)津濱輕軌線路總體走向,線路在通過大無縫后需跨越疏港公路向北延伸,線路跨疏港公路處平面布置如圖1 所示。根據(jù)現(xiàn)場既有建筑物情況,為避免拆遷新五村加油站和大量的房屋,線路在加油站前斜跨疏港公路。
圖1 跨疏港公路橋橋位平面
為盡量減小跨疏港公路橋梁的跨度,降低工程投資,應(yīng)盡可能加大跨越道路的角度,以優(yōu)化跨越條件。但在該橋位處,受諸多因素控制不能展線實現(xiàn)改善跨越角度的要求。其控制因素主要有以下幾點:
(1) 為避免拆遷天津鋼管公司辦公區(qū)大量建筑物, 線路只能在疏港公路和該辦公區(qū)之間通過;
(2) 根據(jù)車站設(shè)置總體布局,需在三號路和新五村之間設(shè)置車站(大無縫車站)1 座;
(3) 根據(jù)需要大無縫車站需增設(shè)安全線,車站設(shè)計為島式站臺,左右線線間距達(dá)11 m ;
(4) 車站范圍及附近對線路設(shè)置曲線有特殊要求。
為此,決定跨疏港公路橋位于曲線及部分直線上,曲線半徑左線為550 m 、右線為650 m , 左右線線間距由4. 33 m 漸變?yōu)?. 6 m , 線路與疏港公路的斜交夾角為24. 7°。
3 設(shè)計主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
(1) 線路類別 輕軌;
(2) 正線數(shù)目 雙線;
(3) 牽引種類 電力;
(4) 線網(wǎng)電壓 DC 1 500 V 、架空接觸網(wǎng)供電;
(5) 設(shè)計最高行車速度 100 km/h ;
(6) 軸重 14 t ;
(7) 采用60 kg/m 鋼軌、無縫線路、無碴軌道;
(8) 按6 節(jié)車輛編組設(shè)計;
(9) 地震烈度 按Ⅶ 度設(shè)計。
4 橋梁方案比選
4. 1 設(shè)計方案簡介
(1) 下承式鋼管拱橋方案
跨度選擇考慮到疏港公路現(xiàn)狀機(jī)動車道中央分隔帶寬僅1. 2 m , 若在分隔帶上設(shè)墩柱勢必影響機(jī)動車道的通行寬度,對行人和機(jī)動車駕駛員的視線有一定的阻礙作用;且從景觀上考慮亦不美觀; 同時,考慮到疏港公路遠(yuǎn)期規(guī)劃拓寬要求,確定一跨跨越疏港公路, 并按照疏港公路規(guī)劃寬40 m 進(jìn)行設(shè)計,這樣主跨跨度為(40/ sin24. 7°+ 9. 5/ tan24. 7°+ 2. 5) m = 118. 9 m(墩寬9. 5 m 、墩厚2. 5 m) ,設(shè)計采用120 m 簡支下承式鋼管提籃拱橋。吊索采用網(wǎng)格狀布置,拱肋矢跨比采用1∶3. 5 各向內(nèi) 5 , 拱軸為二次拋物線形式,2 個拱肋以1∶傾斜形成提籃拱。主體選用整體剛度大、重量輕、施工快捷的鋼結(jié)構(gòu),剛性拱剛性梁體系,橋面采用縱橫梁體系。為降低噪聲,梁上現(xiàn)澆混凝土橋面板以形成鋼混結(jié)合梁結(jié)構(gòu),該橋方案如圖2 所示。
圖2 下承式鋼管拱橋方案(單位:cm)
(2) 斜拉橋方案采用獨塔斜拉橋,主跨跨度選定同下承式鋼管拱橋方案,為120 m 。由于小里程側(cè)為雙線橋分為2 座單線橋的異形梁,不宜作為斜拉橋的邊跨;而大里程側(cè)受客觀條件限制,邊跨僅為20 m 。因此,斜拉橋塔前斜索設(shè)計成自錨式,而塔后斜索則設(shè)計成地錨式。塔高采用60 m , 塔身采用鋼結(jié)構(gòu),分節(jié)段預(yù)制,現(xiàn)場拼裝, 主梁亦采用鋼結(jié)構(gòu)(混凝土橋面板) 。為改善橋塔處主梁受力狀況,在橋塔附近30 m 范圍主梁內(nèi)填充混凝土,該橋方案如圖3 所示。
圖3 獨塔斜拉橋方案(單位:cm)
(3) 變截面連續(xù)鋼箱梁方案考慮到一跨跨越遠(yuǎn)期40 m 寬規(guī)劃路,主跨跨度為(40/ sin24. 7°+ 5/ tan24. 7°+ 2. 5) m = 109. 1 m(墩寬5 m、墩厚2. 5 m) ,結(jié)合兩端線路條件,采用(29. 9 + 110 + 29. 9) m 3 跨變截面連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)。由于邊跨與中跨跨徑比較小,為防止支座出現(xiàn)拉力及中跨跨中彎矩過大,在邊跨鋼箱梁中填充部分鋼砂混凝土。變截面鋼箱梁跨中梁高采用3 m , 支點處梁高采用5. 5 m , 該橋方案如圖4 所示。
圖4 變截面連續(xù)鋼箱梁方案(單位:cm)
(4) 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋方案采用(45. 9 + 78 + 45. 9) m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,跨度選擇考慮中跨跨越現(xiàn)狀雙向6 車道(25. 2 m 寬),現(xiàn)狀慢車道及遠(yuǎn)期規(guī)劃增建的一個快車道和慢車道在邊跨通過。由于橋墩占用現(xiàn)有慢車道,兩側(cè)慢車道需作局部拓寬改移。該橋采用雙壁墩結(jié)構(gòu),墩寬 5. 66 m , 壁厚0. 8 m , 兩薄壁墩間凈距0. 7 m , 為減小墩身截面,墩身采用聚丙烯網(wǎng)狀纖維混凝土。連續(xù)剛構(gòu)跨中梁高2. 0 m , 支點處梁高4. 5 m , 梁部采用三向預(yù)應(yīng)力體系,該橋方案如圖5 所示。
圖5 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋方案(單位:cm)
(5) 小跨梁配框架墩方案該方案梁部采用5 22 m 簡支鋼混結(jié)合梁,橋墩采用框架墩。框架墩垂直于疏港公路布置,在現(xiàn)狀中央分隔帶上設(shè)墩,框架墩的跨度為21 m , 滿足疏港公路遠(yuǎn)期規(guī)劃寬度要求。由于框架墩跨度較大,墩柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),墩柱截面為1. 1 m ×1. 7 m , 橫梁采用鋼箱結(jié)構(gòu),橫梁截面為2. 248 m ×2 m 。為減小梁體自重,本橋主梁采用鋼混結(jié)合梁結(jié)構(gòu),鋼梁部分為雙箱單室敞口截面,鋼梁與混凝土橋面板組合形成雙箱單室結(jié)構(gòu)形式,兩箱中心距為4 m 。結(jié)合梁全高1. 6 m 。為降低施工期間對既有公路交通的影響,樁基設(shè)計為沿疏港公路布置的單排樁,采用直徑150 cm 的鉆孔灌注樁。
上述5 個設(shè)計方案中小跨梁配框架墩方案由于具有較多優(yōu)點,最終被確定為推薦方案,該方案設(shè)計概圖如圖6 所示。
圖6 小跨梁配框架墩方案(單位:cm)
4. 2 各設(shè)計方案分析比較根據(jù)該橋設(shè)計需重點考慮的幾個因素,各設(shè)計方案分析比較見表1。
