滨北线松花江公铁两用桥改建工程江北市政引桥方案设计

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摘要：既有公铁两用桥中公路桥已经废弃，铁路桥已运营近76年，在下游50m处新建公铁两用桥梁，本方案就江北市政引桥整体及其控制节点部位进行了比选。

关键词：公铁两用桥、市政、江北引桥、方案、比选

中图分类号：TU99 文献标识码： A

一.概况

1．工程概况

本项目为既有滨北线松花江公铁两用桥改建工程，位于哈尔滨市东部，连接哈市松北区与主城区。滨北线松花江公铁两用桥改建工程的建设，增加过江联系通道，加强区域之间的交通联系，对缓解市区过江交通压力，重新分配城市过江交通流量，彻底解除滨北线松花江铁路过江通道、城市道路交通瓶颈和安全隐患以及改善哈尔滨市铁路、城市道路路网的布局，提高综合运输能力，发展地方经济均具有十分重要的战略意义。本项目“滨北线松花江公铁两用桥改建工程可行性研究报告”，获2013年度北京市优秀工程咨询成果奖”一等奖”。

2.工程场地自然条件

2.1.地形、地貌

哈尔滨市区地貌特征受松花江水系控制，按成因形态分为剥蚀堆积、洪积平原和侵蚀堆积冲积河谷平原。前者分布在哈尔滨南部，地势较高，具缓坡漫岗状起伏；后者为松花江水系冲积而成，地貌低平，微地貌发育。进一步按形态单元划分为岗阜状平原、松花江阶地、松花江高漫滩和松花江低漫滩，哈尔滨市地势南高北低，地形坡向松花江及阿什河谷。

2.2.岩土工程地质条件

根据据钻孔揭示，推荐桥位及比较桥位处从上至下的地层如下：

填筑土：层厚0.5～5.0m；冲填土：勘探揭示厚度3.3～12.3m；杂填土：勘探揭示厚度1～3m；粉质黏土：厚2～6m；淤泥质粉质黏土：厚0～9m；粉、细、中、粗、砾砂：厚9～20m，潮湿～饱和，稍密～中密；粉质黏土：厚2～10m；粉、细、中、粗砂：厚20～30m，饱和，中密；砂质泥岩，灰绿或灰黑色，厚－巨厚层状，夹粉砂岩、砂岩。全风化带厚度4.9～8.0m，Ⅲ级硬土；强风化带厚度6.2～11.3m，Ⅳ级软石；弱风化以上为Ⅳ级软石

2.3.气象及水文地质条件

哈尔滨地处中纬度大陆东岸，属于寒温带季风气候区，具有明显的大陆季风气候特征。年内温差较大，多年平均气温变化在4～－4℃，年最高气温38.2℃，一般出现在6、7月份，最低气温－41.1℃，一般出现在1月份。

本流域的风向多为西南风，出现频率为16%，多年平均风速4.2m/s，年最大风速可达26m/s。全年大于五级风日数一般为80天左右，大于八级风日数为10-20天左右。

2.4.地下水埋藏条件

孔隙潜水赋存于上部砂层中，初见水位埋深0.0～5.0m，静止水位埋深0.0～4.5m，水位与松花江水位基本一致，含水层厚度稳定，约20～30m，透水性好，富水性强，补给主要为大气降水及松花江。地下水类型为SO42－·HCO3－～Na＋＋K＋·Ca2＋型水和HCO3－ ～ Na＋＋K＋· Ca2＋型水，地表水类型为HCO3－·SO42－～Ca2＋·Na＋＋K＋ 型水。据区域地质经验，桥址区地基土对砼无腐蚀性。

2.5.地震

根据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001），地震动峰值加速度为

设计原则

1.结构设计遵循适用、安全、经济、美观、施工快捷的原则。

2.充分采用新技术、新工艺、新材料，使适用性和经济性结合最佳，结构的设计做到技术合理、先进、有利于模数化、标准化施工，施工便利，经济指标低。

3.处理好桥面伸缩缝及桥面排水系统等，满足运营阶段行车的平顺、舒适、快速、安全的要求。

4.结构造型简洁，受力明确，造价节省，体现“节约全寿命周期成本”的理念。确保施工安全、工程进度和质量。

三．主要技术标准

1．道路等级：城市快速路，计算行车速度60km/h；

2．桥梁结构荷载标准：公路Ⅰ级，行人荷载3.5kN/m2。

3．桥面宽度

（1）公铁合建桥段桥梁总宽度30.0m，按照双向6车道布置，0.5m（防撞护栏）+2.0m（人行道）+25.0m（机动车道）+2.0m（人行道）+0.5m（防撞护栏）＝30.0m。

（2）引桥段总宽度26.0m，按照双向6车道布置，0.5m（防撞护栏）+25.0m（机动车道）+0.5m（防撞护栏）＝26.0m。

4．净空要求

铁路：≥6.55m；机动车道：≥4.5m；堤岸：≥4.5m

5．特征水位（黄海高程）

设计洪水频率P=1/100，流量Q1%=17900m3/s，水位H1%=120.19 m；

校核洪水频率P=1/300，流量Q1/300=22030m3/s，水位H1/300=120.98m；

最高通航水位：洪水频率P=1/20，水位H=119.30m。

6．地震

地震峰值加速度0.05g，基本地震烈度六度，按照七度抗震设防措施设防。

7．设防要求：按7度抗震设防措施设防。

8．防洪标准：设计洪水频率1/100年。

9．桥梁设计基准期：100年。

10．桥梁设计安全等级：一级，重要性系数1.1。

11．环境类别：Ⅱ类。

四．方案设计

本项目市政桥梁由三部分组成，即江北市政引桥、公铁合建段及江南市政引桥三部分，江北市政引桥往南顺接公铁合建段。

1.布跨原则

桥梁跨径主要受所跨地物限制、结构形式、受力特征、施工的便利性、经济指标及总体景观等因素影响。

2．地物限制

桥位跨越地物较多，主要控制桥梁跨径布置的地物情况如下：

（1）规划江堤：规划堤顶高程122.64m，堤顶宽8m，堤底宽73.4m，堤高6m，堤顶预留通道净空4.5m；

（2）规划江畔路：城市支路，规划红线宽15～30m，净空4.5m；

（3）规划165路：城市次干路，规划红线宽40m，净空4.5m；

（4）既有铁路上下行线及渡线：Ⅰ级，铁路限界高6.55m；

（5）新建铁路上下行线：Ⅰ级，铁路限界高6.55m，铁路上下行线桥宽10.5m；

3.方案构思

3.1上部结构

(1).鉴于主线桥铁路代建段为32.7m预制梁，考虑到全桥统一性及经济性，主线引桥上部梁型推荐为：直线段采用施工快捷、整体性较好、外形美观的30m跨左右预制装配式箱梁。

(2).对跨越既有铁路、大堤等特殊孔跨采用施工快捷、梁高较低、质量有保障的钢混结合梁。

图表1—上部结构形式综合比较表

3.2基础

根据铁路主线桥钻孔揭示，由于岩层埋藏较深，砂土层覆盖较厚（约40m以上），同时结合墩高、冲刷、受力等因素综合考虑选用摩擦桩基础，经试算匝道桥基础采用Φ1.25m钻孔灌注摩擦桩，桩长约40m（个别孔跨50m）；主线桥采用Φ1.25m钻孔灌注桩，桩长约50m。

3.3桥墩

根据上部梁型比选，综合考受力特性、施工、美观等因素， 主线引桥墩高2.7m～27.5m，上部梁型主要采用预制装配式箱梁，必须设置盖梁，因此下部结构采用双柱式预应力盖梁，考虑到桥墩较矮时张拉预应力困难以及桥面较宽等原因，当墩高小于10m时，采用图表—2所示的预应力框架墩；当墩高大于10m时采用图表—3所示的预应力框架墩。

图表2—矮墩典型预制箱梁横断面效果图

4.设计方案

（1）推荐方案

起点桩号ZXAK0+190.186，终点桩号ZXAK1+025.186，孔跨布置为：3X30+4X30+4X30+5X30+3X30+1X55+4X30+3X30m，共计8联，桥长835m。其中除1x55m为钢混结合梁桥外，其余均为预制装配式箱梁。

图表3—典型预制箱梁效果图 图表4—钢箱梁效果图

（2）比选方案

起桥点桩号为ZXAK0+190.186，终点桩号ZXAK1+025.186，桥长835m。孔跨布置为3X30m+4X30m+4X30m+5X32.7m+（49+80+49）m+5X32.7m，共计6联，均为整体现浇连续箱梁。其中除（49+80+49）m为悬灌现浇变截面连续箱梁外，其余均为等截面现浇连续箱梁。

图表5—典型现浇箱梁效果图 图表6—现浇变截面箱梁效果图

（3）方案比选

图表7— 整体方案比选表

推荐方案 比选方案

优点 1、标准梁段以预制吊装架设为主，施工方法简单，尤其适应寒冷地区有效施工期短及对既有铁路干扰小等特点，同时规避了高支架施工风险及北侧引桥局部在水中搭设支架等问题；

2、可实现标准化、装配化乃至工厂化生产，避免增加施工难度而导致的施工费用的增加，以缩短工期、进一步降低工程造价，确保工程质量；

3、总体投资略省。 1. 整体性好，外形美观；

2. 可充分利用桥下空间作为钢筋加工场地，尤其适用城市内土地紧张、施工期间桥下无通车要求的地段。

缺点 1、需要设置预制场地，同时要解决预制场地与梁位之间的运输问题，需要大型吊装设备；

2、整体性稍差。 1. 现浇施工工期集中，受气候条件影响较大；

2. 现场施工量大，工期较长，施工质量不易控制，尤其高支架施工风险较大，支架工程量导致投资偏大。

造价 较少 较多

经上述比较，整体方案采用推荐方案

5.局部比选方案

现状江北大堤两个堤底之间距离65m，可考虑一孔跨越和栽墩防护方案，本局部方案比选针对推荐方案进行局部比选，主要跨越地物为规划江堤和现状铁路，比选里程为ZXAK0+520.186～ZXAK1+025.186，比选长度为505m。两个方案主跨效果图分别见图表4和图表6

图表8—跨大堤处局部方案比选表

8X30m+55m+7X30m结合梁方案 5X32.7m+(49+80+49)m+5X32.7m现浇连续梁方案

优点 工期短、不是整个工程的工期控制节点、施工质量有保障、建筑高度低、视野通透性好、施工难度低。 外形整体性好、一孔跨越大堤，对大堤影响小。

缺点 在大堤上设置桥墩，需对桥墩和大堤土体之间设置防渗墙和隔离墙，同时额外增加了大堤处理费用。 是整个工程的工期控制节点、现场施工量大、施工质量不易保障,工期长、施工难度大，建筑高度高，视野通透性差，边孔上跨既有铁路现浇，对既有铁路运营干扰大，影响时间长。

造价 ￥8538.88万元（其中含851.38万元大堤加固费） ￥8316.00万元

经上述分析，在做好大堤防护，保证大堤安全的前提下，推荐采用8X30m+1X55m+7X30m方案。

小结

通过本次方案设计，主要有以下几点体会，供同类设计参考：

(1)市政桥梁作为城市现代化的设施之一，是城市形象的代表，因此景观的要求是本次设计的重要因素之一。

(2)以道路总体方案、技术规范及标准为依据，进行结构多方案比选。

(3)分析桥梁经济跨径取值范围，确定基本跨径，尽可能做到标准化，工厂化生产，以满足工程进度，同时进一步降低工程造价、确保工程质量。

(4)推出的方案应充分考虑到工程所处的地理环境、现状及区域内可持续发展的需求。

(5)方案的选择需考虑工程所在地有效工期短，需满足建设进度要求，并需考虑施工期间对现状地面交通、既有铁路正常运营、防洪等影响最小。

(6)考虑到桥梁的景观效果，过高的桥头填土会对桥梁两侧的通透性造成阻隔，故桥头最大填土高度（起桥高度）确定为3.0～3.5m左右。

参考文献：

[1].《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）

[2].《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63—2007）

[3].《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5—2005）

[4].《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01—2008）

[5].《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）

[6].《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025—86）

[7].《城市桥梁设计准则》（CJJ 11—93）

作者简介：王文成，男，1980年生，江苏涟水人，2004年西南交通大学本科毕业，现供职于中铁第五勘察设计院集团有限公司从事桥梁设计，工程师。