快速化改造工程高架橋總體設(shè)計(jì)研究

沙愛敏 王曉東

作者簡介：沙愛敏（1981—），副教授，研究方向：道路交通工程與施工。

摘要：文章以某國道儀征段快速化改造工程為例，對其工農(nóng)北路至萬年大道高架橋總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，主要從高架橋標(biāo)準(zhǔn)跨徑、下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)形式的選型等方面進(jìn)行分析，對跨工農(nóng)北路主橋提出了兩個(gè)設(shè)計(jì)方案。經(jīng)綜合比選，選擇外形美觀、工程投資低、工藝成熟、運(yùn)營期間維護(hù)少，各方面綜合性能較均衡的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁方案。

關(guān)鍵詞：改造工程;高架橋;總體設(shè)計(jì)

中國分類號：U448.28A281045

0 引言

快速路高架橋作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程，是路網(wǎng)系統(tǒng)中的重要節(jié)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響到工程投資規(guī)模和施工的難易及服務(wù)功能的體現(xiàn)，對于整個(gè)快速化改造項(xiàng)目具有至關(guān)重要的作用。目前對于快速路高架橋總體設(shè)計(jì)方案研究較少，鑒于此，本文以某國道儀征段快速化改造工程為例，對其工農(nóng)北路至萬年大道高架橋標(biāo)準(zhǔn)跨徑、下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)形式的選型等方面進(jìn)行研究，以期完善其功能從而促進(jìn)城市和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 項(xiàng)目概況

某國道儀征段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目起于儀征市與揚(yáng)州市交界處，向西沿現(xiàn)有該國道擴(kuò)建，穿越儀征市城區(qū)，途經(jīng)新集鎮(zhèn)、新城鎮(zhèn)、真州鎮(zhèn)、銅山辦、青山鎮(zhèn)，止于南京六合交界處，線路全長30.295 km，均為老路改擴(kuò)建工程。設(shè)計(jì)采用一級公路兼顧城市道路的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改擴(kuò)建，設(shè)計(jì)速度為100 km/h。

工農(nóng)北路至萬年大道高架橋跨越的道路為工農(nóng)北路、大慶北路、西園北路、萬年大道，跨越河道為沿山河。工農(nóng)北路現(xiàn)狀為雙向四車道城市主干路，道路全寬為37 m;大慶北路規(guī)劃為雙向四車道，道路全寬為35 m;西園北路現(xiàn)狀為雙向二車道，道路全寬為20 m;萬年大道現(xiàn)狀為雙向六車道，道路全寬為51 m。

該段位于儀征市核心城區(qū)，長約1.1 km，道路南側(cè)為成熟的居民區(qū)，基本已開發(fā)成熟，道路沿線規(guī)劃為商住用地，南北向溝通道路較多。該區(qū)域共有縱向聯(lián)系道路5條，平均間距僅220 m。考慮盡可能節(jié)約工程造價(jià)，同時(shí)萬年大道與浦東路之間距離約為1.2 km，高架存在落地條件，工農(nóng)北路、大慶北路、西園北路、萬年大道之間距離分別為334 m、457 m、329 m，由于被交路距離過近，分開設(shè)置單個(gè)跨路橋無法落地，而且區(qū)域內(nèi)還有大慶北路、西園北路需要南北向人非溝通，因此，主線在工農(nóng)北路至萬年大道采用長高架，浦東路采用節(jié)點(diǎn)短高架，跨線橋之間設(shè)置地面主輔斷面。本方案在工農(nóng)北路設(shè)置1對上下匝道和1對進(jìn)出匝道，在浦東路設(shè)置兩對進(jìn)出匝道（見圖1）。

2 設(shè)計(jì)原則

該高架橋在選型時(shí)根據(jù)本地區(qū)的自然條件、材料供應(yīng)和地質(zhì)條件，以安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀和有利環(huán)保為原則，結(jié)合施工要求和功能需要等因素進(jìn)行了綜合考慮，做到安全可靠、適用耐久、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，并盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化和施工機(jī)械化。通過在適當(dāng)位置設(shè)置預(yù)制場，以便集中預(yù)制，在保證工程質(zhì)量的前提下，加快工程建設(shè)進(jìn)度，降低造價(jià)[1-2]。

對于高架橋，橋跨布置在滿足道路交通組織要求的前提下，應(yīng)與道路遠(yuǎn)期規(guī)劃相結(jié)合。高架橋橫向墩柱較少，人行橫道宜在保證交叉口通視及行車視距的前提下，為適當(dāng)減小主橋規(guī)模，宜設(shè)置在主墩之后[3-4]。

對常規(guī)橋型、跨徑的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，原則上采用經(jīng)濟(jì)跨徑，具體還應(yīng)綜合考慮橋位處的自然狀況、施工條件、跨徑組合的協(xié)調(diào)性等因素。

3 高架橋總體構(gòu)思

3.1 高架標(biāo)準(zhǔn)跨徑的選擇

本設(shè)計(jì)中根據(jù)施工條件、工期、經(jīng)濟(jì)性、景觀、工程地質(zhì)情況及類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)等，對25 m、30 m和35 m跨徑進(jìn)行比較。經(jīng)綜合比較，三種跨徑的造價(jià)相差不大，25 m跨徑橋跨的跨越能力較30 m跨徑差，下部結(jié)構(gòu)墩柱數(shù)量較多，施工工期較長;35 m跨徑相對30 m跨徑而言，上部結(jié)構(gòu)增加工程量較大，下部減小數(shù)量并不明顯，綜合單價(jià)較高;30 m跨徑上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)的工程量較均衡，且跨越能力較理想，綜合單價(jià)適中。最終推薦采用30 m跨徑作為本項(xiàng)目高架橋的經(jīng)濟(jì)跨徑，過渡跨采用25～35 m。

3.2 高架橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

高架橋橫斷面寬26.5 m，具體布置如下：0.5 m（護(hù)欄）+0.5 m（路緣帶）+3×3.75 m（行車道）+0.75 m（路緣帶）+0.5 m（隔離墩）+0.75 m（路緣帶）+3×3.75 m（行車道）+0.5 m（路緣帶）+0.5 m（護(hù)欄）=26.5 m（見圖2）。

4 高架橋主體結(jié)構(gòu)

4.1 高架橋基礎(chǔ)形式

根據(jù)工程地質(zhì)勘查報(bào)告所顯示的地質(zhì)情況，本工程橋梁下部結(jié)構(gòu)宜采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主線高架橋的標(biāo)準(zhǔn)段橋墩基礎(chǔ)推薦采用群樁基礎(chǔ)。對于高架橋群樁基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了比選，標(biāo)準(zhǔn)段擬采用8根1.2 m群樁基礎(chǔ)與6根1.5 m群樁基礎(chǔ)進(jìn)行比較。通過驗(yàn)算，兩種群樁基礎(chǔ)形式的計(jì)算樁長基本相同（且樁長適中），但8根1.2 m群樁基礎(chǔ)的承臺混凝土、樁基混凝土用量明顯較低（樁基混凝土低14%）。因此，本項(xiàng)目高架橋墩群樁基礎(chǔ)擬采用1.2 m樁基。承臺尺寸均為8.4 m（橫橋向）×8.2 m（順橋向），厚2.5 m。橋臺采用1.2 m群樁基礎(chǔ)，“Z”字形布設(shè)。

4.2 下部結(jié)構(gòu)類型

城市高架橋下部結(jié)構(gòu)的選型對橋梁的形體美影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)不僅應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)，還應(yīng)綜合考慮跨徑的大小、上部結(jié)構(gòu)的形式、主梁的高度以及橋下凈空的高低等因素。

為了消除高架橋橋下視覺壓抑感以及適應(yīng)地面輔道較窄的中分帶，高架橋下部結(jié)構(gòu)一般采用緊湊型橋墩。這些緊湊型橋墩形式不僅與上部結(jié)構(gòu)梁式體系相呼應(yīng)且增大橋下的通透度，而且使整體橋梁外形協(xié)調(diào)美觀。常見的緊湊型橋墩主要有花瓶墩、門式墩、V形墩、Y形墩等（見圖3）。

花瓶墩：弧形開花雙柱式墩，直立式雙柱向上、向外開花，使得墩柱外形剛毅中帶有柔和，整體簡潔明快，適合與斜腹板箱梁配合使用，橋下視線通透，結(jié)構(gòu)與外形結(jié)合得較為完美，景觀效果較好，施工難度適中，在快速路項(xiàng)目中較多選擇。

門式墩：直線倒角雙柱式方墩，棱角分明，適合與直腹板箱梁配合使用，施工簡單，但整體效果過于平庸，景觀效果欠佳。

V形墩：景觀效果較好，且與弧形大懸臂箱梁配合使用。缺點(diǎn)是下部結(jié)構(gòu)為異形墩，略顯凌亂，需特殊設(shè)計(jì)，施工較復(fù)雜。

Y形墩：與魚腹形箱梁配合使用，整體效果簡潔、優(yōu)美。缺點(diǎn)是下部結(jié)構(gòu)為異形墩，需特殊設(shè)計(jì)，施工較復(fù)雜。

根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，26.5 m寬主線高架段地面中分帶寬度為9 m，標(biāo)準(zhǔn)段橋墩兩墩柱外緣距離采用7.1 m。通過對四種下部墩型進(jìn)行綜合比選，從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)型和美觀性考慮，最終采用頂部擴(kuò)大的“花瓶”形橋墩，并且為了改善上部結(jié)構(gòu)橫向受力，在頂部可以采用圓弧外傾的方式，加大支座橫向間距。

4.3 跨工農(nóng)北路主橋上部結(jié)構(gòu)形式的選擇

根據(jù)本項(xiàng)目總體方案，在工農(nóng)北路節(jié)點(diǎn)設(shè)置三層菱形互通，工農(nóng)北路下穿平交層處設(shè)置一座下穿主線箱形框架結(jié)構(gòu)，主橋需一跨跨越下穿主線箱型框架結(jié)構(gòu)并滿足道路展寬及交叉口渠化要求，此處工農(nóng)北路道路全寬55.5 m。經(jīng)過交通渠化校核，主橋跨徑采用50 m可滿足要求。

由于橋位處的建設(shè)條件較為復(fù)雜，主橋箱梁的施工需待下穿主線箱型框架結(jié)構(gòu)施工完成后方可進(jìn)行。工農(nóng)北路為儀征城區(qū)一條重要的南北向主干路，車流量大，對節(jié)點(diǎn)施工工期及施工期間的保通有較高要求。結(jié)合以上條件，初擬兩個(gè)方案進(jìn)行比選。

4.3.1 方案一：預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁

采用（30+50+30）m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，一跨跨越漢金大道。箱梁中支點(diǎn)梁高3 m，跨中及邊支點(diǎn)梁高2 m。主橋箱梁采用滿堂支架一次落架施工（見圖4、圖5）。

4.3.2 方案二：連續(xù)鋼箱梁

采用（30+50+30）m等截面連續(xù)鋼箱梁，箱梁梁高為2.3 m，一跨跨越漢金大道。鋼箱梁采用工廠分段預(yù)制，現(xiàn)場拼裝施工（見圖6）。

4.3.3 綜合比選

經(jīng)綜合比選，方案一外形美觀，經(jīng)濟(jì)性好（節(jié)省2 186.2萬元），工藝成熟，運(yùn)營期間維護(hù)少，各方面綜合性能較好且均衡，因此，推薦方案一（見表1）。

5 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為緩解交通壓力，提升經(jīng)濟(jì)活力，服務(wù)沿線出行，對干線公路進(jìn)行快速化改造起著至關(guān)重要的作用[5-6]。本項(xiàng)目的建設(shè)能夠促進(jìn)寧儀揚(yáng)交通一體化，縮短時(shí)空距離，實(shí)現(xiàn)寧儀揚(yáng)同城化發(fā)展，同時(shí)能夠促進(jìn)沿線各節(jié)點(diǎn)融合發(fā)展，推進(jìn)聯(lián)動發(fā)展、集聚發(fā)展。本文通過對工農(nóng)北路至萬年大道高架橋總體設(shè)計(jì)的研究，對跨工農(nóng)北路主橋提出兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等綜合比選，主橋結(jié)構(gòu)選擇外形美觀、工程投資低、工藝成熟、運(yùn)營期間維護(hù)少、各方面綜合性能較好均衡的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁方案，以期為其他干線公路快速化工程中高架橋總體設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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