津滨轻轨一跨疏港公路桥梁方案比选
摘 要:对津滨轻轨跨疏港公路桥采用下承式提篮拱、斜拉桥、连续钢箱梁、连续刚构、小跨梁结合框架墩等桥式进行分析比较,最后提出最佳推荐方案。关键词:轻轨桥梁; 方案; 桥式; 比选1 概述
天津市区至滨海新区快速轨道交通工程(简称“津滨轻轨”) 一期工程西起天津市河东区中山门,东至天津经济开发区第八大街。该工程一跨疏港公路桥位于天津市大无缝附近,在无暇村立交桥和疏港公路收费站之间,距无暇村高架桥桥头约450 m 。疏港公路现为一级公路,是连接天津市区和滨海新区的重要通道, 路面总宽35 m , 双向6 车道,中央分隔带宽1. 2 m , 机动车道每侧宽12 m , 非机动车道每侧宽4. 5 m 。该路远期规划为双向8 车道,规划标准道路断面为:慢车道 + 快车道+ 中央分隔带+ 快车道+ 慢车道= (4 + 15 + 2 + 15 + 4) m , 道路总宽40 m , 道路红线宽为80 m 。
2 桥位确定
根据津滨轻轨线路总体走向,线路在通过大无缝后需跨越疏港公路向北延伸,线路跨疏港公路处平面布置如图1 所示。根据现场既有建筑物情况,为避免拆迁新五村加油站和大量的房屋,线路在加油站前斜跨疏港公路。
图1 跨疏港公路桥桥位平面
为尽量减小跨疏港公路桥梁的跨度,降低工程投资,应尽可能加大跨越道路的角度,以优化跨越条件。但在该桥位处,受诸多因素控制不能展线实现改善跨越角度的要求。其控制因素主要有以下几点:
(1) 为避免拆迁天津钢管公司办公区大量建筑物, 线路只能在疏港公路和该办公区之间通过;
(2) 根据车站设置总体布局,需在三号路和新五村之间设置车站(大无缝车站)1 座;
(3) 根据需要大无缝车站需增设安全线,车站设计为岛式站台,左右线线间距达11 m ;
(4) 车站范围及附近对线路设置曲线有特殊要求。
为此,决定跨疏港公路桥位于曲线及部分直线上,曲线半径左线为550 m 、右线为650 m , 左右线线间距由4. 33 m 渐变为3. 6 m , 线路与疏港公路的斜交夹角为24. 7°。
3 设计主要技术标准
(1) 线路类别 轻轨;
(2) 正线数目 双线;
(3) 牵引种类 电力;
(4) 线网电压 DC 1 500 V 、架空接触网供电;
(5) 设计最高行车速度 100 km/h ;
(6) 轴重 14 t ;
(7) 采用60 kg/m 钢轨、无缝线路、无碴轨道;
(8) 按6 节车辆编组设计;
(9) 地震烈度 按Ⅶ 度设计。
4 桥梁方案比选
4. 1 设计方案简介
(1) 下承式钢管拱桥方案
跨度选择考虑到疏港公路现状机动车道中央分隔带宽仅1. 2 m , 若在分隔带上设墩柱势必影响机动车道的通行宽度,对行人和机动车驾驶员的视线有一定的阻碍作用;且从景观上考虑亦不美观; 同时,考虑到疏港公路远期规划拓宽要求,确定一跨跨越疏港公路, 并按照疏港公路规划宽40 m 进行设计,这样主跨跨度为(40/ sin24. 7°+ 9. 5/ tan24. 7°+ 2. 5) m = 118. 9 m(墩宽9. 5 m 、墩厚2. 5 m) ,设计采用120 m 简支下承式钢管提篮拱桥。吊索采用网格状布置,拱肋矢跨比采用1∶3. 5 各向内 5 , 拱轴为二次抛物线形式,2 个拱肋以1∶倾斜形成提篮拱。主体选用整体刚度大、重量轻、施工快捷的钢结构,刚性拱刚性梁体系,桥面采用纵横梁体系。为降低噪声,梁上现浇混凝土桥面板以形成钢混结合梁结构,该桥方案如图2 所示。
图2 下承式钢管拱桥方案(单位:cm)
(2) 斜拉桥方案采用独塔斜拉桥,主跨跨度选定同下承式钢管拱桥方案,为120 m 。由于小里程侧为双线桥分为2 座单线桥的异形梁,不宜作为斜拉桥的边跨;而大里程侧受客观条件限制,边跨仅为20 m 。因此,斜拉桥塔前斜索设计成自锚式,而塔后斜索则设计成地锚式。塔高采用60 m , 塔身采用钢结构,分节段预制,现场拼装, 主梁亦采用钢结构(混凝土桥面板) 。为改善桥塔处主梁受力状况,在桥塔附近30 m 范围主梁内填充混凝土,该桥方案如图3 所示。
图3 独塔斜拉桥方案(单位:cm)
(3) 变截面连续钢箱梁方案考虑到一跨跨越远期40 m 宽规划路,主跨跨度为(40/ sin24. 7°+ 5/ tan24. 7°+ 2. 5) m = 109. 1 m(墩宽5 m、墩厚2. 5 m) ,结合两端线路条件,采用(29. 9 + 110 + 29. 9) m 3 跨变截面连续钢箱梁结构。由于边跨与中跨跨径比较小,为防止支座出现拉力及中跨跨中弯矩过大,在边跨钢箱梁中填充部分钢砂混凝土。变截面钢箱梁跨中梁高采用3 m , 支点处梁高采用5. 5 m , 该桥方案如图4 所示。
图4 变截面连续钢箱梁方案(单位:cm)
(4) 预应力混凝土连续刚构桥方案采用(45. 9 + 78 + 45. 9) m 预应力混凝土连续刚构桥,跨度选择考虑中跨跨越现状双向6 车道(25. 2 m 宽),现状慢车道及远期规划增建的一个快车道和慢车道在边跨通过。由于桥墩占用现有慢车道,两侧慢车道需作局部拓宽改移。该桥采用双壁墩结构,墩宽 5. 66 m , 壁厚0. 8 m , 两薄壁墩间净距0. 7 m , 为减小墩身截面,墩身采用聚丙烯网状纤维混凝土。连续刚构跨中梁高2. 0 m , 支点处梁高4. 5 m , 梁部采用三向预应力体系,该桥方案如图5 所示。
图5 预应力混凝土连续刚构桥方案(单位:cm)
(5) 小跨梁配框架墩方案该方案梁部采用5 22 m 简支钢混结合梁,桥墩采用框架墩。框架墩垂直于疏港公路布置,在现状中央分隔带上设墩,框架墩的跨度为21 m , 满足疏港公路远期规划宽度要求。由于框架墩跨度较大,墩柱采用钢筋混凝土结构,墩柱截面为1. 1 m ×1. 7 m , 横梁采用钢箱结构,横梁截面为2. 248 m ×2 m 。为减小梁体自重,本桥主梁采用钢混结合梁结构,钢梁部分为双箱单室敞口截面,钢梁与混凝土桥面板组合形成双箱单室结构形式,两箱中心距为4 m 。结合梁全高1. 6 m 。为降低施工期间对既有公路交通的影响,桩基设计为沿疏港公路布置的单排桩,采用直径150 cm 的钻孔灌注桩。
上述5 个设计方案中小跨梁配框架墩方案由于具有较多优点,最终被确定为推荐方案,该方案设计概图如图6 所示。
图6 小跨梁配框架墩方案(单位:cm)
4. 2 各设计方案分析比较根据该桥设计需重点考虑的几个因素,各设计方案分析比较见表1。
