分離立交跨徑型式的選擇及安全性分析

劉會清

（河北省交通規(guī)劃設計院，河北 石家莊 050011）

在高速公路的設計中，往往要跨越鐵路、高等級公路等，這樣就要根據(jù)相交干線的功能、等級、交角、是否有規(guī)劃等多種因素來設置分離式立體立交[1]。分離式立體交叉設置中除滿足功能性要求、安全性要求外，盡可能地采用標準跨徑，但在一些特殊情況下，標準跨徑無法滿足跨越，就要靈活采用跨徑布置滿足跨越條件。京昆高速公路石太北線的胡莊分離立交采用左右幅錯孔布置不等跨聯(lián)配孔及一跨簡支梁配孔的方法，成功地解決了京昆高速公路與大宋鐵路及陜京二線的跨越問題。

1 工程實例

胡莊分離立交位于京昆高速公路石太北線的第一部分K0—K14段，中心樁號為K13+567.899，起點樁號K13+227.298，終點樁號K13+908.5，全長681.202 m，與路線前進方向右角為90°。本分離立交主要跨越陜京天然氣管線（二線）及大宋鐵路。

京昆高速公路與陜京天然氣管線（陜京二線）交叉，交叉位置：K13+498.093，管線與路線交角35°，且根據(jù)北京輸氣管理處【2010】02號文，陜京管線跨越要求：橋墩樁與管線凈距大于等于5 m，梁底距地面交叉大于等于1.8 m。

大宋鐵路為貨運鐵路（現(xiàn)狀單線、復線規(guī)劃），隸屬河北省鐵路管理局，交叉位置鐵路路基高約5.3 m，鐵路單軌間距為1.5 m，鐵路路基頂寬8.0 m、下底寬約為22.3 m。京昆高速公路上跨大宋鐵路，交叉樁號為K13+561.78，鐵路與路線交角41°；且大宋鐵路與陜京二線沿路線方向的距離僅為64 m。

2 設計難點

本分離立交以大宋鐵路為主要控制點來進行主橋的布跨；根據(jù)鐵路的規(guī)劃要求主橋采用65 m鋼混組合梁結(jié)構，由于路線與大宋鐵路交叉角度較小，因此在布跨過程中決定采用左右幅錯孔布置的型式。

本橋梁的設計難點在于引橋采用標準30 m跨徑跨越陜京二線這條大的干線難度很大，主要原因是陜京管線與大宋鐵路沿路線方向的距離較短，且陜京管線與路線交叉角度僅為35°。施工圖設計橋梁方案采用局部錯孔布置和特殊跨徑跨越。

3 特殊跨徑型式選擇

以大宋鐵路為主要控制點主跨采用65 m鋼混組合梁結(jié)構左右幅錯孔布置。以分聯(lián)情況計，從第八跨開始，左幅采用（30+30+21.202）m+65 m+18 m，右幅采用（30+24.91+30）m+14.292 m+65 m，即左右不等跨聯(lián)為：左幅（30+30+21.202）m 聯(lián)、右幅（30+24.91+30）m聯(lián)；兩跨簡支結(jié)構18 m、14.292 m。優(yōu)化后的全橋橋跨結(jié)構為：左幅跨徑為：7×30 m+（30+30+21.202）m+65 m+18 m+10×30 m，右幅跨徑為：7×30 m+（30+24.91+30）m+14.292 m+65 m+10×30 m。本橋9～12跨平面圖見圖1。

4 結(jié)構安全性分析

圖1 胡莊分離立交平面圖（單位：m）

由于選取了不同跨徑和結(jié)構型式的上部結(jié)構，就要分別對上部的不等跨連續(xù)結(jié)構及簡支T梁結(jié)構進行結(jié)構分析計算，以保證上部結(jié)構的安全性。用“橋梁博士”軟件進行計算分析，分別對（30+30+21.202）m、（30+24.91+30）m 兩種不等跨聯(lián)及 18 m、14.292 m兩種簡支跨徑進行斷面擬定和配置鋼束，斷面均采用標準30 m T梁的截面尺寸，通過增減鋼束的束數(shù)及鋼束的股數(shù)來進行配束設計并進行驗算；對上部4種跨徑組合分別進行了兩種極限狀態(tài)下的計算[2]，即正常使用極限狀態(tài)下的短期效應組合、長期效應組合及基本組合的應力驗算；承載能力極限狀態(tài)下的正截面強度驗算。

4.1 結(jié)構計算

下面僅將（30+24.91+30）m不等跨聯(lián)的計算結(jié)果報告附后，來作為范例進行分析。

對本聯(lián)橋進行單元劃分，結(jié)構離散時，共劃分104個單元，端跨梁33個單元，中跨梁34個單元，每個墩頂濕接縫為兩個單元，以便進行支座的體系轉(zhuǎn)換。然后填寫鋼束信息、輸入施工階段、輸入活載等一系列荷載模擬程序后，本聯(lián)橋的計算結(jié)果如下。

表1 正常使用極限狀態(tài)下的短期效應組合 MPa

a）正常使用極限狀態(tài)下的短期效應組合、長期效應組合及基本組合分別見表1、表2、表3（僅截取出現(xiàn)最大應力的單元號）。

表2 正常使用極限狀態(tài)下的長期效應組合表 MPa

表3 正常使用極限狀態(tài)下的基本組合 MPa

對于計算結(jié)果，均滿足正常使用極限狀態(tài)下的應力驗算[3]，即上部結(jié)構的短期效應組合正截面抗裂驗算滿足規(guī)范A類預應力混凝土受彎構件要求；使用階段混凝土的壓應力和主應力滿足要求。長期效應組合正截面、斜截面抗裂驗算滿足規(guī)范A類預應力混凝土受彎構件要求。

由以上計算結(jié)果，對于支點部位34、35、71號單元出現(xiàn)拉應力，建議在濕接縫上下緣及橋面鋪裝層內(nèi)增加一定數(shù)量的非預應力鋼筋來加強，避免出現(xiàn)裂縫。

b）承載能力極限狀態(tài)下的正截面強度驗算見表4（僅截取支點處、第一跨跨中、第二跨跨中單元列表說明）。由計算，本聯(lián)橋的所有單元在承載能力極限狀態(tài)下的正截面強度均滿足要求。

表4 承載能力極限狀態(tài)下的正截面強度驗算

4.2 計算結(jié)果分析

對上部4種跨徑組合結(jié)構：（30+30+21.202）m、（30+24.91+30）m、18 m、14.292 m 跨徑分別進行預應力鋼束的配置后進行了兩種極限狀態(tài)下的計算，計算結(jié)果表明在正常使用極限狀態(tài)下上部結(jié)構短期效應組合正截面抗裂驗算滿足規(guī)范A類預應力混凝土受彎構件要求；使用階段混凝土的壓應力和主應力滿足要求。

長期效應組合正截面、斜截面抗裂驗算滿足規(guī)范A類預應力混凝土受彎構件要求；承載能力極限狀態(tài)下的正截面強度驗算均滿足要求。

由計算結(jié)果可知，上述4種跨徑組合結(jié)構的預應力鋼束的配置在正常使用極限狀態(tài)下和承載能力極限狀態(tài)下均滿足使用要求，說明預應力束的配置是合理可行的，以上4種上部結(jié)構組合均是安全的。

5 預應力鋼束的配束設計

通過計算，兩組不等跨聯(lián)及兩組簡支跨徑的預應力鋼束的束數(shù)、股數(shù)的選取結(jié)果如下。

a）（30+24.91+30）m 不等跨聯(lián)的 24.91 m 中跨最終采用的預應力束為4束φs15.2鋼鉸線，每束鋼鉸線的股數(shù)分別為5根、5根、4根、4根。一聯(lián)橋的鋼束束數(shù)、股數(shù)見表5。

表5 （30+24.91+30）m不等跨聯(lián)正彎矩鋼束束數(shù)、股數(shù)

b）（21.202+30+30m）不等跨聯(lián)的21.202 m邊跨最終采用的預應力束為4束φs15.2鋼鉸線，每束鋼鉸線的股數(shù)均為4根。一聯(lián)橋的鋼束束數(shù)、股數(shù)見表6。

表6 （21.202+30+30）m不等跨聯(lián)正彎矩鋼束束數(shù)、股數(shù)

c）18 m簡支T梁最終采用的預應力束為3束φs15.2鋼鉸線，每束鋼鉸線的股數(shù)均為6根。18 m簡支T梁的鋼束束數(shù)、股數(shù)見表7。

表7 18 m簡支聯(lián)橋正彎矩鋼束束數(shù)、股數(shù)

d）14.292 m簡支T梁最終采用的預應力束為3束φs15.2鋼鉸線，每束鋼鉸線的股數(shù)分別為5根、5根、6根。14.292 m簡支T梁的鋼束束數(shù)、股數(shù)見表8。

表8 14.292 m簡支聯(lián)橋正彎矩鋼束束數(shù)、股數(shù)

6 結(jié)語

綜上，通過分析計算確保了分離立交橋特殊結(jié)構的安全性，同時由特殊跨徑的組成又滿足了不同的跨越功能。

本分離立交的布跨形式突破了傳統(tǒng)整體布跨方式，采用主橋及引橋局部左右幅錯孔布置的方法，靈活運用不等跨聯(lián)配孔及一跨簡支梁配孔的方法，解決了京昆高速公路與大宋鐵路及陜京二線的跨越問題，為跨越有特殊要求的干線分離立交的合理設置提供了一種新思路和新方法。