談平陸互通跨線橋設計

王添榮

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西太原 030012)

1 工程概況

運三高速三門峽公鐵黃河大橋連接線地處中條山南麓平陸縣城以西，是《山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“三縱、十一橫、十一環(huán)、十一連接線”中的連接線之一。該項目的實施，將把制約山西運城、河南三門峽兩市多年的高速公路斷頭路徹底打通，把山西與河南、安徽、湖北等中部省份的聯(lián)系變得更加緊密。

該連接線項目中設置平陸互通與原運三高速連接，互通位于平陸縣圣人澗鎮(zhèn)南坡村附近，采用分離式主線單互通方案，左線在ZK0+610附近上跨原運三高速，需設置一處平陸互通跨線橋。

2 設計原則

1)選用技術可靠，經(jīng)濟合理的工程方案。

2)力求橋梁造型美觀，與周圍環(huán)境協(xié)調。

3)處于黃土陡崖路段的橋梁，應充分考慮施工因素、后期運營和結構安全性等因素。

4)橋梁上部構造盡可能采用預應力結構，局部構造設計要細致完善。

3 技術標準

1)設計速度:互通范圍主線分岔段左線設計車速采用60km/h。

2)設計車輛荷載:公路—Ⅰ級。

3)橋下凈空:跨越運三高速公路的橋下凈空大于5m。

4)橋面寬度:雙車道分離路基標準橋面布置為0.5m(外側護欄)+11.25m(機動車道)+0.5m(外側護欄)。

5)環(huán)境類別:橋梁結構按Ⅰ類環(huán)境設計。

6)地震烈度:地震峰值加速度為0.15g，橋梁按7度設防。

4 地形地質條件

平陸互通跨線橋位于黃土覆蓋中低山區(qū)，微地貌為黃土梁，地勢起伏較大，小里程橋臺地形平緩，大里程橋臺附近較為陡峭，橋臺與谷底相對高差約40m。地層主要由第四系全新統(tǒng)(Q4)人工填土、上更新統(tǒng)(Q3)風積物、中更新統(tǒng)(Q2)沖洪積物、下更新統(tǒng)(Q1)湖積物構成。其中，Q4人工填土為雜填土，分布ZK0+685～ZK0+731里程范圍，厚0m～10m。Q3地層巖性為黃土(粉土)，稍密結構，垂直節(jié)理及大孔隙發(fā)育，具Ⅱ級自重濕陷性，濕陷厚度3.0m～7.6m，分布于地表。Q2地層巖性為黃土(粉土)，中密～密實結構。Q1地層巖性為密實粉土，可塑～硬塑粉質黏土，密實粉細砂。

橋址區(qū)位于華北大陸板塊、鄂爾多斯地塊與河淮地塊接觸帶南端，屬于構造運動相對穩(wěn)定地區(qū)，地震活動相對較弱。

勘察期間橋址區(qū)干涸無水，在鉆探深度范圍內(nèi)亦未見地下水。

5 橋型選擇

該跨線橋與被交路交叉角度為38°55′17″。交叉樁號 ZK0+609.175=YSK37+418.282。由于交叉角度較小，該橋跨越運三高速的單孔跨徑達到了60m，宜采用預應力現(xiàn)澆箱梁結構，跨線橋后接長175m的高填方路基段和270m長的深挖方路基段。最大填高達40m，最大挖深也達到了30m。出于土方利用的考慮，橋梁設置為三跨，不再向后延伸。中跨跨越原高速公路，需采用60m跨徑;邊跨跨徑要考慮經(jīng)濟性，如果邊跨過長，會削弱邊跨剛度，增大活載在中跨跨中截面處的彎矩變化幅值，增加預應力筋布置，這樣是不經(jīng)濟的。通常邊跨長度取中跨的0.5倍～0.8倍，對預應力連續(xù)梁宜取偏小值，所以本橋邊跨跨徑定為35m。因此，全橋跨徑布置形式為35m+60m+35m，中心樁號ZK0+610，橋梁全長138m，見圖1。

6 構造設計

6.1 上部結構

1)箱梁設計。

本橋跨徑較大，大跨度預應力混凝土連續(xù)梁采用變高度截面設計，墩頂處梁高3.2m，跨中、梁端處梁高1.8m。梁高按二次拋物線規(guī)律變化，使截面變化規(guī)律與連續(xù)梁的彎矩變化規(guī)律基本近似。箱梁橫斷面為單箱雙室，頂板寬12.25m，底板寬8m;頂、底板和腹板受應力與構造控制，均按變厚度設計:頂板厚28cm，到支點處過渡為50cm;底板厚26cm，到橋墩支點處過渡到75cm，到橋臺支點處過渡到50cm。3道直腹板均寬50cm，中腹板到支點處過渡為90cm，邊腹板過渡為70cm。箱梁底板設置泄水孔，位置在靠近橋墩的箱室內(nèi)標高最小處;腹板沿橋向每5m設置一處通氣孔。箱梁截面梁的抗扭及抗彎剛度大，所以只在橋臺支點處設置端橫梁。

2)預應力索設計。

順橋向布置18條預應力索，采用公稱直徑15.2mm的高強Ⅱ級低松弛鋼絞線，標準抗拉強度 1860MPa，張拉控制應力1395MPa。鋼束布置為三層六列，平均設置在3塊腹板中。其中，中腹板內(nèi)鋼束編號以Z開頭，邊腹板內(nèi)編號以S開頭，如圖2所示。S1～S4，Z1～Z4采用15-22預應力鋼束，S5，S6，Z5，Z6采用15-19預應力鋼束。鋼束從梁端逐漸彎曲集中于橋墩處頂板，再向下彎曲至跨中底板，采用這種預應力配束方案，可滿足梁在各種荷載組合下的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。整根曲線形通束錨固于梁端，由于預應力鋼束既長且彎曲，需注意鋼束預應力的摩阻損失，鋼束張拉采用引伸量和張拉噸位雙控，預應力管道定位鋼筋每1m設置一道φ12的鋼筋，曲線段加密至0.25m間距。

6.2 下部結構

箱梁底寬較窄，橋墩不宜采用雙柱式。考慮到與變高梁的視覺協(xié)調，橋墩采用花瓶墩，墩頂寬7m，墩底寬4m，橋墩厚2m。橋墩基礎采用樁基礎，樁徑1.8m，樁長50m。每個橋墩基礎包括4根摩擦樁，樁基承臺為邊長7.5m正四邊形，厚2.5m。

0號橋臺處于挖方段，采用柱式橋臺，樁基礎，樁徑1.5m，樁長40m。

由圖1可見，3號橋臺位于高填方段，采用肋板臺，肋寬1.2m;基礎采用樁基礎，樁徑1.8m，樁長50m。3號橋臺為了降低橋臺高度，采用了填土區(qū)高樁承臺，為確保臺后填土對橋臺的土壓力作用，施工時務必做到如下工序要點:

1)原地表土為濕陷性黃土，必須對其進行強夯處理。

2)處理原地基后，橋臺里程前后20m范圍內(nèi)采用6%灰土分層對稱填筑，進行特別壓實，分層厚度按照路基標準，壓實度不小于96%。

3)待回填灰土至承臺頂面后，方可進行樁基鉆孔的施工，填土頂面鋪設正六面體砌塊護坡，并設置0.5%坡度以利于排水。

6.3 附屬設施

1)橋面鋪裝。

10cm厚瀝青混凝土，橋面與瀝青混凝土之間鋪設防水隔層。

2)伸縮縫。

全橋在0號、3號橋臺共設置兩道MF80伸縮裝置，施工應根據(jù)安裝環(huán)境溫度來調整伸縮縫預置寬度，伸縮縫預留槽內(nèi)澆筑鋼纖維混凝土或環(huán)氧樹脂混凝土，并振搗密實。

3)支座。

均采用GPZ(Ⅱ)型盆式支座，其中，橋臺和2號橋墩沿里程方向一側布置單向活動支座，另一側布置雙向活動支座，1號橋墩均布置為固定支座，以增強橋梁抗震性能。

4)橋頭搭板。

采用12m長搭板，與背墻預留栓釘連接，臺后填土壓實度不得小于95%，防止發(fā)生橋頭跳車現(xiàn)象。

5)排水。

沿路面超高排水，邊跨采用直排式泄水管，中跨由于上跨原運三高速，采用引入式泄水管，匯集的水流沿橋墩引下后排入路基邊溝。泄水管間距均為4m。

6)護欄及防落網(wǎng)。

采用鋼筋混凝土護欄，高1m，每5m設置一道變形縫;為防止雜物向被交路拋撒，在主跨全長及邊跨10m范圍內(nèi)設置防落網(wǎng)。

7 施工方案

橋梁施工流程:平整場地，基礎和下部結構施工完成后搭設支架門洞并對支架進行靜載預壓。從跨中向橋臺兩側對稱澆筑箱梁混凝土，縱向預應力鋼束張拉順序:先張拉S1，S2，Z1，Z2號鋼束，再張拉 S3，S4，Z3，Z4號鋼束，最后張拉 S5，S6，Z5，Z6號鋼束，成橋后封錨。完成主體工程后進行附屬工程橋面鋪裝及護欄等附屬設施施工，主橋竣工。

8 結語

高等級公路跨線橋的選型和設計需要考慮很多因素，以實現(xiàn)功能要求為基礎，在滿足結構安全可靠的基礎上，也要兼顧造型美觀、上下部結構協(xié)調。平陸互通跨線橋是一座典型的分離式路基大跨徑跨線橋，選用現(xiàn)澆變截面連續(xù)箱梁和花瓶墩，兼顧了橋梁功能性和視覺美觀，不失為一種適應性較強的結構形式。該橋的設計，可作為同類橋梁設計的參考。

［1］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范［S］.

［2］李自林.橋梁工程［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2011.