諸立嘉

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 工程概況

邯鄲市中華大街-北環(huán)路全互通立交橋工程位于邯鄲市中華大街與北環(huán)路交叉口，為混合型半定向半苜蓿三層全互通立交（見圖1）。立交位于邯鄲市北部，起到溝通城市內(nèi)部路網(wǎng)和外圍公路網(wǎng)絡(luò)的作用，其地理位置極為重要。邯鄲市中華大街-北環(huán)路全互通立交橋工程包括中華大街主線橋、北環(huán)路左幅主線橋、北環(huán)路右幅主線橋和EN、NE、SW、WS、WN、NW、SE、ES 8條匝道橋。工程占地面積221100 m2，整個立交橋梁面積約52000 m2，工程建安費約3億元人民幣。

圖1 中華大街-北環(huán)路全互通立交工程效果圖

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計行車速度

主線設(shè)計行車速度：60 km/h；

匝道設(shè)計行車速度：35 km/h。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載

結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載：公路-I級，并考慮超載系數(shù)1.3。

（3）設(shè)計基準(zhǔn)期

設(shè)計基準(zhǔn)期：100 a。

（4）設(shè)計安全等級

設(shè)計安全等級：一級。

（5）結(jié)構(gòu)環(huán)境類別

結(jié)構(gòu)環(huán)境類別：II類。

（6）標(biāo)準(zhǔn)橋面寬度

a.9.0 m橋?qū)挘?.5 m防撞欄桿+8.0 m車行道+0.5 m防撞欄桿=9.0 m。

b.16.5 m橋?qū)挘?.5 m防撞欄桿+7.5 m車行道+0.5 m防撞欄桿+7.5 m車行道+0.5 m防撞欄桿=16.5 m。

c.異形變寬段。

（7）橋面縱、橫坡

橋面最大縱坡：4.0%；最小縱坡：0%；

橋面最大橫坡：2%；最小橫坡：0%。

（8）臺后填土

一般控制在3.5 m以下，有特殊需求的臺后填土可適當(dāng)放高。

（9）抗震標(biāo)準(zhǔn)

抗震設(shè)防烈度為7度，抗震設(shè)防措施等級為8級，水平地震動加速度峰值0.15 g，抗震設(shè)防類別為B類。

3 設(shè)計原則

工程設(shè)計總體上按照“安全、適用、經(jīng)濟、美觀和有利環(huán)?！钡脑瓌t，根據(jù)橋址處的具體情況，選擇合適跨徑、受力明確、施工簡便、與環(huán)境協(xié)調(diào)、養(yǎng)護(hù)費用低的橋型方案。

（1）橋梁設(shè)計與周圍環(huán)境以及使用功能和諧統(tǒng)一，服從整體規(guī)劃要求及交通路網(wǎng)的總體布置。

（2）盡量避讓橋址處建筑物，橋梁與建筑物凈距大于5 m。

（3）在滿足抗震設(shè)計前提下確定合理的基本經(jīng)濟跨徑，避讓重要管線，盡可能做到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，以利方便施工，保證建設(shè)工期，控制工程投資。主線采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，跨徑30～35 m，匝道盡量采用鋼筋混凝土連續(xù)梁，跨徑小于22 m，部分上跨主線匝道及橋墩布置受限處采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，跨徑30～35 m，局部可采用鋼結(jié)構(gòu)。

（4）橋型結(jié)構(gòu)考慮采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)提高行車舒適性，盡量減少橋梁后期的運營、養(yǎng)護(hù)費用。

（5）注重橋梁景觀效果，總體上與效果圖一致。

（6）橋型方案除滿足各個方面使用功能外，橋型結(jié)構(gòu)力求技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)新穎美觀，施工方便，使用耐久，能反映國內(nèi)建橋技術(shù)的新水平、新結(jié)構(gòu)、新工藝，并注重環(huán)境保護(hù)、降低能耗，注重可持續(xù)發(fā)展。

4 橋梁專業(yè)工程主要難點

該工程有如下難點。

（1）該工程為混合型半定向半苜蓿三層完全互通式立交，立交形式復(fù)雜，橋梁布跨受諸多因素限制?；ネ⒔坏谝粚佑糜谛腥?、非機動車通行，結(jié)合周邊場地已建構(gòu)筑物建筑群，東西向交通為第二層，南北向交通為第三層。由于東南、西南兩個象限受構(gòu)筑物限制，在西到北、北至東方向左轉(zhuǎn)采用兩個迂回式匝道，東到南、南到西左轉(zhuǎn)采用在西北、東北兩個象限設(shè)置環(huán)形匝道，以節(jié)約工程投資。立交的匝道均位于第二層和第三層之間。右轉(zhuǎn)匝道EN、NW、WS、SE為定向匝道，左轉(zhuǎn)匝道ES、SW為環(huán)形匝道，NE、WN為迂回定向匝道。

（2）該工程線路數(shù)量較多，匝道與主線、匝道與匝道之間的銜接需安全、順暢，橋梁結(jié)構(gòu)外觀保持一致、協(xié)調(diào)。

（3）該工程主線橋梁寬度較大，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時需考慮寬橋?qū)Y(jié)構(gòu)受力的影響。

（4）NE匝道上跨北環(huán)路、WN匝道上跨北環(huán)路大跨彎梁設(shè)計。梁段位于半徑65 m的曲線上，且布跨受下方道路控制，只能采用相對較大的跨徑跨越。經(jīng)過跨徑布置，NE和WN匝道上分別連續(xù)有3跨較大跨徑的梁，如果采用簡支結(jié)構(gòu)，將會大大影響橋面行車舒適度以及減小結(jié)構(gòu)側(cè)傾安全度，因此，比較適用的結(jié)構(gòu)是連續(xù)梁。該工程采用較適合于大跨曲梁的連續(xù)鋼梁結(jié)構(gòu)。

（5）NE匝道上跨北環(huán)路連續(xù)鋼梁其中一個中墩位置位于地面道路正上方，橋墩布置為避開地面道路設(shè)計為構(gòu)造較復(fù)雜的倒L形結(jié)構(gòu)。

（6）工程場地的基本烈度為7度，場地類別屬III類場地，抗震設(shè)防措施等級為8級，結(jié)構(gòu)設(shè)防等級高。

（7）工程位于邯鄲市區(qū)，工程建設(shè)應(yīng)盡量減少對環(huán)境的影響。

該工程是邯鄲市溝通城市內(nèi)部路網(wǎng)和外圍公路網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點，橋梁結(jié)構(gòu)型式需首先滿足工程的功能要求，充分考慮結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，提高工程質(zhì)量，同時應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)指標(biāo)的經(jīng)濟性。除此之外，應(yīng)重視施工方案研究，使橋梁建設(shè)盡量減小對周邊環(huán)境的影響，并能做到快速施工。

5 橋梁專業(yè)的設(shè)計要點

5.1 主線高架橋結(jié)構(gòu)型式的確定

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，結(jié)合適用性、經(jīng)濟性、美觀性、施工可行性和總體方案的布置，對預(yù)制先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁，預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力T梁，預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力簡支小箱梁，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)整體箱梁等橋型方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力、技術(shù)經(jīng)濟、施工及景觀等方面的比較與分析。

簡支結(jié)構(gòu)體系在造價上較連續(xù)結(jié)構(gòu)體系便宜，施工速度較快，但簡支梁體系無法避免橋墩蓋梁結(jié)構(gòu)，其外型上較累贅。雖小箱梁或T梁可采用牛腿支點、倒T蓋梁等措施以減小蓋梁的外露部分，但仍對橋梁縱向的線形流暢帶來不利影響，從結(jié)構(gòu)角度講，牛腿支點又對今后養(yǎng)護(hù)較為不利。連續(xù)結(jié)構(gòu)體系雖然造價較高，但行車條件好，結(jié)構(gòu)性能安全可靠，特別是連續(xù)整體箱梁線形流暢、協(xié)調(diào)，外形輕盈、美觀，符合現(xiàn)代城市的發(fā)展要求，也體現(xiàn)了現(xiàn)代橋梁建設(shè)水平。因此，連續(xù)整體箱梁結(jié)構(gòu)是立交主線結(jié)構(gòu)方案的首選之一。

連續(xù)箱梁整體性能好，抗扭剛度大，能適應(yīng)各種平面線形和橋?qū)挼淖兓?，行車條件好，跨越跨度大，等截面梁跨越能力可達(dá)30～40 m，可較好滿足一般城市立交橋的使用要求，符合城市發(fā)展的需要。同時，從施工角度出發(fā)，連續(xù)整體箱梁除了可采用成熟的支架現(xiàn)澆外，也可采用懸臂澆筑施工，還可采用縱向節(jié)段拼裝或移動模架逐孔現(xiàn)澆等先進(jìn)的施工方法。只要合理安排施工順序，加強施工組織管理，完全可滿足工程進(jìn)度且對施工期間地面交通影響較小。綜合考慮各方面因素，該工程最終推薦采用等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)作為主要結(jié)構(gòu)方案。

5.2 高架橋設(shè)計要點

（1）主線橋部分路段采用等高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，在匝道分岔點處也采用變寬度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)采用單箱多室斜腹板帶圓弧斷面，下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式、多柱式橋墩。匝道連續(xù)梁采用單箱單室或多室斜腹板帶圓弧斷面，標(biāo)準(zhǔn)段下部結(jié)構(gòu)采用獨柱墩，異型變寬段下部結(jié)構(gòu)采用雙柱墩。

（2）縱向計算中，活載加載一般由腹板平均承擔(dān)。對于寬橋，局部車輪荷載并不是完全由腹板平均傳遞，車輪下的腹板受力更大，因此對于某一片腹板，最不利活載工況可能并不是所有車道全部布滿然后乘以折減系數(shù)，可能僅僅是腹板周圍的車道加載最不利。該工程采用MIDAS軟件，按“梁格法”建模，模型采用簡支梁。根據(jù)《橋梁上部構(gòu)造性能（E.C.漢勃利）》相關(guān)公式調(diào)整縱梁和橫梁截面屬性?；钶d采用布置縱向車道加載。經(jīng)計算比較，對于寬橋（北環(huán)路左幅和中華大街主線），偏載系數(shù)取1.3。

（3）由于該工程變寬連續(xù)梁橋較寬，單梁法用空間梁單元對變寬梁橋進(jìn)行分析計算不能反映各腹板的受力差異，也得不到橫梁內(nèi)力，計算精度難以保證。在寬橋橫梁計算中采用MIDAS軟件，按“梁格法”建模，根據(jù)《橋梁上部構(gòu)造性能（E.C.漢勃利）》相關(guān)公式調(diào)整縱梁和橫梁截面屬性，進(jìn)行橫梁計算。

（4）NE匝道上跨北環(huán)路、WN匝道上跨北環(huán)路大跨彎梁上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，其中兩中墩上部為鋼結(jié)構(gòu)，且墩梁固結(jié)，下部為混凝土結(jié)構(gòu)，邊墩為混凝土結(jié)構(gòu)。

5.3 抗震體系型式的確定

在全橋結(jié)構(gòu)動力特性分析的基礎(chǔ)上，采用反應(yīng)譜法分別計算E1、E2兩種水準(zhǔn)地震作用下的結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)。在E1概率水平下全橋橋墩都在彈性范圍內(nèi)工作，在E2概率水準(zhǔn)地震作用下，全橋大部分橋墩都已經(jīng)屈服。有必要考慮延性抗震設(shè)計或者減隔震設(shè)計。

采用延性設(shè)計，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)相比彈性設(shè)計有了大幅度減小，但由于立交墩柱高度相對截面尺寸不大（尤其在落地段），屬于典型的中低墩連續(xù)梁，采用延性抗震設(shè)計對于固定支座的抗剪能力、基礎(chǔ)的強度以及抗拔能力仍然提出了較高的要求，難以滿足抗震性能目標(biāo)要求，因此，宜進(jìn)行減隔震設(shè)計。

對于采用減隔震設(shè)計的橋梁，在E2地震作用下，橋梁的耗能部位位于橋梁上、下部連接構(gòu)件上（支座、耗能裝置）。為了減小地震響應(yīng)，該工程采用了鉛芯橡膠支座，有效地將地震力比較均勻地分布到各個橋墩上，避免將地震力集中到一個橋墩上而難以滿足抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。采用了鉛芯橡膠支座耗能裝置后，E2地震作用下墩柱、支座、基礎(chǔ)的地震響應(yīng)均得到了有效減小，橋墩及其樁基礎(chǔ)均在彈性范圍內(nèi)工作，抗震性能滿足抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)要求。鉛芯支座改善了結(jié)構(gòu)地震下受力性能，減少了結(jié)構(gòu)尺寸和配筋，具有良好的經(jīng)濟效益。

6 結(jié)語

本文結(jié)合邯鄲市中華大街-北環(huán)路全互通立交橋工程的實際實施情況，總結(jié)了該工程橋梁的設(shè)計思路及主要特點。邯鄲市中華大街-北環(huán)路全互通立交橋工程已建成通車，目前運營狀況良好。有關(guān)經(jīng)驗可供類似工程參考。