孟家屯公铁立交桥设计与施工

任晓强 曲正民 高爽

        一、引  言

        一九九八年八月，我院受长春市城建局的委托对孟家屯铁路道口进行改造设计。 我院与沈阳市铁路设计院联合完

    成了此项设计，我院负责总体线型及铁路投影范围外的主桥、引桥、引道的结构设计。下面着重介绍一下该立交的设计

    及施工。

        二、 工程概述

        1．工程所处地理位置及自然地貌

        孟家屯道口位于长春市西开运街奔驰路与长沈公路(国道102)的交汇处，是我市重要交通枢纽之一。原铁路道口

    共有6条铁路线，自东向西依次为孟家屯煤场铁路专用线(一条、)，京哈铁路主干线(二条)，第一汽车制造厂铁路专

    用线(三条)。铁路道口长475米道路与铁路斜交，平面线型为“S"形，道口竖向成凹形，京哈铁路线位于最低点，整

    体地势西。

        2．水文地质

        桥位处地址条件比较简单，地层为典型二元结构，上部由第四系褐黄色粘性土及新近沉积人工杂填土组成，下部

    由白垩系沉积紫红色泥岩组成，层状结构分为上部强风化、下部中风化两个带。现将各土层性状简述如下：

        第(1)层：新近沉积素填士及杂填土，以粘性土为主，含碎石等杂物，表层有旧路面，层厚：1.80—5.20米。

        第(2)层；粉质粘土：可塑—硬塑，中密—密实，湿,层位稳定,该层层厚：O.8—4.90米。承载力伦:220kpa。

        第(3)层：强风化泥岩：紫红色，组织结构大部分破坏，上部风化剧烈，呈粘土状，可塑，下部风化裂隙发育，

    岩心采取率低，承载力fk=315kPa。

        第(4)层：中风化泥岩：紫红色，组织结构部分破坏，风化裂隙发育钻进较困难，岩心采取率高，承载力fk1020kpa。

        地下水：初见水位：2.00—3.OO米。稳定水位：1.90—2.40米。地下水对各类混凝士均无侵蚀性。

        长春市抗震烈度按7度设防。

        3． 工程概况

              表 1

        三、设计及施工

        1．线形设计

   (1)平面线型设计

        根据既有地形及设计标准，经过多次论证，确定了道路上跨铁路的方案，道路跨够除孟家屯煤场铁路专用线外的

    其他铁路线。由于原道口平面线型为“S”形，道口西侧开运街，奔驰路、长沈公路交叉口为错位斜交，本次设计一

    并改造，最终桥梁平面线型定为圆曲线，桥梁中心线半径R：300m，两侧各加Ls=40m的缓和曲线。

       (2)纵断设计：

       由于铁路道口两侧交义口距离较近，而桥梁两侧引道又必须在交叉口前落地，所以桥面纵坡较大，桥面最大纵坡

    3.6％。长春市为冬积雪地区，必须采取冬季防滑措施，以防发生意外。

       (3)横断面设计：

    桥梁全宽30米，其中机车道宽16米，两侧各有0.5米的防撞栏杆，两侧非机动车道宽4米，人行道宽2.3米，人行

    道及非机动车道栏杆宽0.3米，机动车道与非机动车道间有O.2米空隙。在横断面上将该桥分为独立4座桥梁，中间两

    座为机动车道桥梁，桥梁全宽8.5米，外侧2座桥为非机动车道桥梁，桥梁全宽4.3米。

        3．结构设计：

       (1)连续梁分跨：

    在长春市总体规划中，开运街将在此道口处沿着京哈铁路线向南延伸，与连续梁斜交，这就需要在桥梁布跨时考

    虑到桥下预留道路线型的衔接；同时连续梁位于圆曲线与缓和曲线连接处，所以这四座桥的分跨不同，见表一。

       (2)基础：

       除两侧桥台及挡土墙为扩大基础外，其余均为钻孔灌注桩基础(双桩承台)。桥梁沿线有一条D：1200的引松管线

    及一条国际通讯光缆，两侧桥台基础与引松管线发生冲突。在设计过程中，先挖探坑确定引松管线的准确位置及管顶

    面标高，根据此数据在桥台设计时考虑引松管线的正常安全使用及桥台结构的安全性，将桥台设计成悬挑式台帽，并

    在引松管线顶面加铺50cm的碎石。国际通讯光缆截面积较小，施工时用木盒将其保护起来，并直接从桥台墙身(或承

    台)中通过。在施工中发现有几处灌注桩和承台的位置与引松管线及国际通讯光缆发生冲突，在施工过程中采取了二

    种方法予以解决：1．承台尺寸加长基桩外移，承台上跨引松管线及国际通讯光缆；2．承台旋转90～角，基桩避开引

    松管线及国际通讯光缆。

        (3)下部结构：

    连续梁桥墩为“Y"型独墩，属偏心受压构件。在“Y"型墩上部设横向拉筋，以抵抗“Y"墩头部分下缘产生的水

    平拉力及弯矩。简支梁下部采用双柱式盖梁，盖梁按双悬臂梁计算结构内力。

        (4)上部结构：

        连续梁采取变截面钢筋砼连续箱梁桥，梁底为抛物线，箱体为单箱单室。快车道箱梁底板宽4.5米，两侧翼板悬

    挑2米，中支点梁高2米，与铁路连续梁连接处梁高1.5米，与引桥连接处梁高1.2米，跨中梁高1.3米，跨中腹板厚

    O.3米，底板厚O.2米，支点处腹板厚O.55米，底板厚O.3米，顶板厚0.2米,翼板边缘高O.1米,根部高O.3米（图a)。

    慢车道箱梁底板宽4.3米，两侧翼板悬挑1米，中支点梁高1.8米，与铁路连续梁连接处梁高1.5米，与引桥连接

    处梁高1.2米，跨中梁高1.2米，跨中腹板厚0.26米，底板厚0.2米，支点处腹板厚O.5米，项底板厚O.2米，翼板边缘

    高O.1米，翼板根部高O.2米(图b)。

        在设计时，先求出箱梁二腹板的横向分布系数(修偏法)，然后用SAP90综合程度序面杆系对箱梁进行恒、活载内

    力分析。由于箱梁是变截面的，要想把每个截面的几何特性及材料特性逐个算出来，再编辑成SAP90数据文件，将是

    十分繁琐的，为此我编辑了一个可生成SAP90数据文件的程序(Fortran语言)，只需给出箱梁材料性质、梁底抛物线

    方程、变截面处的坐标、基本截面尺寸、单元长度、梁体长度就可以得到所需的数据文件，不仅节省了大量的时间，

    而且计算精度高；温度变化及支座沉降引起的结构次内力、箱梁扭转及混凝土收缩徐变引起的结构次内力计算复杂，

    手算的误差较大，而且用时多，也是用自己编辑的程度计算的，采用的是《预应力混凝土连续梁桥》(主编：范立础)

    一书中的基本公式。最后将上述几种内力组合起来，求出控制截面的弯矩及剪力，画出弯矩包络图，进行配筋。由于

    主梁半径较大，跨径比较小，计算中用平面杆系对主梁进行内力分析误差较小，在工程容许范围内，不影响计算结

    果。另外，规范中规定的桥面板混凝士连续梁由于日照引起桥面与其他部分的温度差假定为+5℃(桥面板上升5℃)，

    并在桥面板内均匀分布，在工程实践中，许多技术人员认为此数值偏小，参照新西兰与英国规范的温度梯度模式与设

    计值(资料：《预应力混凝土连续梁桥》主编：范立础)，在本设计中桥面板升温按10℃计算。图

        (5)桥面板：

        连续梁桥面板：由于连续梁的支点处有较大的负弯矩，为了保证桥面板在运营过程中不出现裂缝，设计时，在近

    支点处适当加密桥面板中的钢筋网，并加大钢筋直径。

    简支粱桥面板：采用10xlO中8钢筋网，除两侧桥台及简支梁5号墩处采用伸缩缝外，其余均采用桥面连续。

        (6)伸缩缝：

    市政连续桥与铁路连续桥连接处伸缩缝为SD—160型伸缩缝(防寒型)。由于铁路连续梁梁端锚头位置与市政连续

    梁中的钢筋骨架位置限制了伸缩缝传力箱的位置，不能采用伸缩缝厂家的定型伸缩缝，传力箱的位置及尺寸需重新设

    计。重新设计的传力箱高度由50cm改为24cm，宽度有50cm、20cm及30cm三种，传力箱间距与锚具及钢筋骨架位置相

    协调，既保证了主梁结构的完整性，又保证了伸缩缝的强度。由于传力箱高度大于翼板厚度，破坏了翼板的正常结

    构，翼板需特殊处理：将翼板近梁端处局部加厚，另行设计，以保证结构的安全性。

    两侧简支梁板采用SD—80型伸缩缝（防寒型)。

        2．主梁施工简介：

        连续梁采用满堂支架施工方法。由于在基础桩施工时，桥跨中间开挖泥浆坑，为了保证连续梁施工的安全，防止

    支架沉陷，对泥浆坑作了局部处理：将淤泥清除，填以山皮石，碾压密实。由于施工时主梁重量要集中在腹板附近，

    故腹板处排架较密。本次施工2、3号桥采用的是木排架，1、4号桥采用的是钢排架，在施工过程中发现钢排架竖杆的

    柔性大，须注意斜撑的架殴。排架基础结构为：20cm山皮石，20cm石灰土(12：88)。

    箱梁分二次浇筑，先浇筑底板及腹板，再浇筑顶板及翼板。箱梁外底模为木模，在木模内加铺一层薄铁皮，这样

    可保证梁底抛物线的连续及光滑。箱梁外侧模为钢模，两侧翼板底模亦采用木模加铺薄铁皮。箱梁内模采用无底模施

    工方法，只设测模及顶模，这样既方便了施工，又保证了底板及下部承托的振捣密实度。

        此桥快车道己于一九九九年十月十六日建成通车，慢车道及桥下辅道将于次年竣工。

        (任晓强,院长助理；曲正民,设计一所主任工程师；高爽,设计一所。该文发表于1999年东北市政科技第一期)