國道104濟南零點立交至燕山立交高架橋設計

李新蕾

1 概述

國道104濟南零點立交—燕山立交高架橋是國道104穿越濟南城區的過境路段,同時也是濟南市的市政道路,是規劃的“三橫五縱”雙快體系(快速路、快速公交)的一縱,上部為城市快速路,下部地面道路為快速公交路(BRT系統)。

本項目路線全長8 425 m,全線為高架橋工程,其中新建橋梁約7 699 m,利用全幅立交已建橋梁約394 m,燕山立交頂升改造段170 m。2009年第十一屆全國運動會在山東省省會濟南召開,本項目的建設為成功舉辦全運會提供了強有力的交通支撐。

2 設計原則

除遵循適用、安全、經濟、美觀等基本原則外,還必須滿足以下要求:1)由于工期較緊,所選用的結構形式應保證施工時能同時開辟多個工作面。2)項目位于繁華市區,施工中不確定因素很多,所選用的結構形式不僅要能滿足工期要求,而且當結構跨徑需要改變時要比較容易。3)橋梁設計要結合地面道路布置和交通規劃,選擇適宜的下部結構形式,給地面道路留出適宜的凈高和凈寬。4)橋梁在跨越河流及相交路口時,應根據相關規劃及實際情況,選用合理的跨徑,盡量一跨跨越。

3 設計方案比選

3.1 結構體系比選

適合城市高架橋的橋梁結構形式可選擇連續體系,也可以采用簡支體系。連續體系可選擇等高度或變高度連續梁,簡支體系可以采用空心板、T梁、小箱梁等。連續結構外觀流暢,輕盈美觀,行車條件好,施工受客觀條件限制需調整橋跨布置時較容易,其缺點是造價稍高,施工周期較長。簡支結構具有可工廠化預制、質量容易保證、上部架設簡單、工程造價低等優點,其主要缺點是結構整體性、耐久性差,景觀效果較差,施工受限制時改變跨徑較困難,行車舒適性較差,在城區內建設預制場地及運梁比較困難。綜合考慮適用、經濟、美觀、施工等因素,最終采用連續梁結構。

3.2 基本跨徑選擇

根據城市高架橋建設經驗,連續結構跨徑在25 m～45 m之間是較適宜、經濟的。在城市中布置30 m跨徑連續梁不僅在外形上較美觀、和諧,橋墩間距不顯狹小,而且30 m跨徑布置靈活,在城市高架中較適用。45 m跨徑與30 m跨徑相比可有效縮短工期,但是造價稍高,需要橋梁建筑高度較大。

本項目最終采用30 m作為基本跨徑,在跨越河流、路口、鐵路等關鍵節點時,再根據實際情況調整跨徑布置。

3.3 上部結構斷面比選

上部結構斷面從眾多方案中篩選出3個箱形截面,方案Ⅰ采用單箱三室截面,方案Ⅱ采用單箱五室魚腹式截面,方案Ⅲ采用單箱三室大懸臂截面。

相比而言,方案Ⅰ截面腹板數目較少,施工簡便,且外形美觀大方,是國內高架工程中普遍采用的截面形式。方案Ⅱ美觀效果較好,但是材料用量較多,腹板數目多,施工較復雜。方案Ⅲ外形效果較好,但是結構橫向受力較為復雜,斜腹板施工質量不易保證,施工工藝尚不夠成熟。經綜合比較,最終采用方案Ⅲ。

3.4 下部結構選型

本項目穿越城區繁華地段,根據規劃,橋梁下方將建設BRT快速公交系統,根據地面道路的規劃,墩柱外緣之間距離控制為6 m。

在如圖1所示的橋墩類型中,方案Ⅰ立柱上部為弧形,整體為大“Y”形,立柱間以系梁連接,增強了穩定感,但是系梁要施加較大的預應力,整個體系受力及施工均較為復雜。方案Ⅱ為薄壁式墩,結構整體受力,但中間為實體,順橋向不通透,不滿足BRT系統車站區橋墩之間行人穿行的需要,材料用量較多,造價較高。方案Ⅲ為雙柱式結構,外形簡潔明快,受力明確,施工簡單,造價較低。綜合考慮結構受力、景觀、經濟等因素,最終采用方案Ⅲ。

4 跨鐵路段設計方案比選

本項目地面道路與高架橋分別下穿和上跨膠濟鐵路及客運專線。客運專線與老鐵路線間距約24 m,在項目位置比老鐵路線高出約11 m。在跨越膠濟鐵路及客運專線時,其墩柱布置必須考慮地面道路的通行要求,同時橋梁結構的選型應滿足施工時盡量不影響鐵路的正常通行。設計中提出了兩種方案,即現澆連續梁方案和簡支轉連續小箱梁方案。

現澆連續梁方案采用滿堂支架法施工,施工期間對鐵路通行影響較大;同時為滿足施工期間地面道路通行需要,需搭設臨時通道,支架高度高,用量大,占用時間長;在靠近鐵路的一聯箱梁施工時,由于支架距離鐵路高壓線較近,存在一定安全隱患;造價較高。

小箱梁方案采用預制裝配法施工,施工期間對鐵路通行影響較小;架設時地面道路可以半幅通行;上部主梁預制可以和下部結構施工同步進行,安裝及現澆濕接頭時間較短;僅在施工橋墩橫梁時需用支架,支架用量少,占用時間短;造價較低。其缺點是外形與總體不協調,景觀效果略差。

綜合考慮,最終確定采用小箱梁方案。

5 燕山立交改造段方案比選

新建高架橋與燕山立交對接時(見圖2),由于原橋橋面標高較低,必須抬高橋面,需要對燕山立交三聯(雙幅六聯)箱梁進行抬升或拆除重建,即DHL11聯、DHL12聯和DHL13聯,其中DHL11聯為2 m×25 m預應力混凝土連續板,DHL12聯、DHL13聯為3 m×20 m普通鋼筋混凝土連續板。DHL13聯、DHL12聯位于變寬段上,橋梁總寬度從26 m直線變化到47 m,DHL11聯全寬47 m。

若將原橋拆除重建,其總造價包括拆除費用和重建費用,不僅造價較高,而且由于燕山立交建成通車不足五年,拆除重建將造成不良的社會影響,因此確定對該段橋梁進行抬升改造。

設計中對燕山立交的抬升改造提出了兩個方案,即提升方案和頂升方案(見圖3,圖 4)。提升方案可以連續作業,施工時不占用橋下空間,橋墩截斷及接高施工方便,缺點是施工費用相對較高。頂升方案支架布置簡單,施工費用相對較低,缺點是占用橋下空間,影響橋墩鑿除及接高。綜合考慮,最終確定采用頂升方案。

6 結語

城市高架橋設計需要考慮的因素非常多,方案比選的過程即是對初步設計方案進行不斷優化的過程,也是適用、安全、經濟、美觀等設計基本原則得到貫徹和落實的過程。本工程在緊張的設計過程中,進行了多角度的方案比選,全面貫徹了精細化設計理念,取得了良好的經濟效益和社會效益。

[1]JTG B01-2003,公路工程技術標準[S].

[2]JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].

[3]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[4]徐潔元.黃岡高架橋的設計與優化[J].山西建筑,2008,34(15):303-304.