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。
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