城市高架橋梁?jiǎn)吸c(diǎn)上跨橋梁方案設(shè)計(jì)與選型研究

柴加兵

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

近些年，我國(guó)城市化發(fā)展迅速，各地中心城市發(fā)展更加蓬勃，交通擁堵等城市病成為各個(gè)特大城市共有問(wèn)題，國(guó)家及地方政府為了解決城市交通擁堵，緩解交通情況采取了一系列措施:優(yōu)先發(fā)展城市公共交通、城市軌道交通、快速發(fā)展城市快速路等，極大地緩解了蓬勃發(fā)展的交通帶來(lái)的部分問(wèn)題。城市快速路采用全線(xiàn)高架情況下，造價(jià)過(guò)高，部分地方無(wú)法承受，部分地面線(xiàn)、部分高架的形式被廣泛采用，既實(shí)現(xiàn)了城市道路的快速化改造，緩解了交通問(wèn)題，也極大地節(jié)約了資金。

單點(diǎn)上跨橋梁方案成為城市快速路方案中的重要節(jié)點(diǎn)方案。橋梁結(jié)構(gòu)形式、橋梁斷面形式、橋墩形式、橋梁跨徑的選擇以及施工方案對(duì)現(xiàn)行交通影響的要求等是單點(diǎn)橋梁方案設(shè)計(jì)研究中的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

1 工程概況

本項(xiàng)目為某市快速路改造提升工程，主路建設(shè)規(guī)模為雙向6車(chē)道，設(shè)計(jì)速度60km/h，地面輔路規(guī)模為雙向4車(chē)道，設(shè)計(jì)速度40km/h，兩側(cè)設(shè)置人行道和非機(jī)動(dòng)車(chē)道，主路與輔路之間設(shè)置1.5m寬度設(shè)施帶，紅線(xiàn)寬度為55m。主路在重要節(jié)點(diǎn)采用主線(xiàn)上跨形式，兩側(cè)輔路采用地面線(xiàn)方式通過(guò)。全線(xiàn)設(shè)置有8座單點(diǎn)上跨橋梁。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)斷面布置圖

2 橋梁上部結(jié)構(gòu)選型

橋梁上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)占工程總造價(jià)比較大，因此主線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)的合理選型是本階段設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。一般城市高架結(jié)構(gòu)型式可選擇預(yù)應(yīng)力混凝土T梁、預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁、等截面連續(xù)箱梁、變截面連續(xù)箱梁和鋼箱梁、組合梁等。

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，結(jié)合實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、美觀(guān)性及施工可行性，以及總體方案的布置，對(duì)預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力T梁、預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力小箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁、鋼混組合梁、鋼箱梁等橋型方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、施工及景觀(guān)等方面的比較和分析。方案比選見(jiàn)表1，結(jié)構(gòu)型式見(jiàn)圖2～圖6。

表1 橋梁上部結(jié)構(gòu)方案比選

圖2 混凝土T梁

圖3 小箱梁

圖4 混凝土飛燕式連續(xù)箱梁

圖5 連續(xù)鋼混組合梁

圖6 連續(xù)鋼箱梁

通過(guò)以上比較，鋼混組合梁相對(duì)于混凝土橋梁具有施工期間保通效果好、施工速度快、綠色環(huán)保等明顯優(yōu)勢(shì)，造價(jià)較混凝土結(jié)構(gòu)略高，相對(duì)鋼箱梁在造價(jià)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，故本次一般路段高架橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案推薦采用“鋼-混凝土組合箱梁”。

3 橋梁上部結(jié)構(gòu)斷面形式選型

城市橋梁的特點(diǎn)要求在追求實(shí)用性和功能性的同時(shí)，需要兼顧城市景觀(guān)效果。要實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)相得益彰的融入城市整體環(huán)境，就需要在橋梁設(shè)計(jì)總體布局及細(xì)節(jié)之處追求至善至美，處處體現(xiàn)以人為本、處處追求與周?chē)h(huán)境的和諧統(tǒng)一。在高架橋梁設(shè)計(jì)中選擇合理的跨徑布置、造型美觀(guān)的橋梁上部結(jié)構(gòu)和墩柱形式顯得尤為重要，高架橋梁結(jié)構(gòu)的選擇在滿(mǎn)足道路線(xiàn)形要求，遵循適用、安全、經(jīng)濟(jì)及施工快捷的前提下，盡可能采用造型美觀(guān)獨(dú)特的橋梁上部結(jié)構(gòu)和墩柱形式。

主梁的長(zhǎng)細(xì)比最能體現(xiàn)梁橋的形態(tài)，但梁實(shí)際的長(zhǎng)細(xì)比常常由于技術(shù)或者經(jīng)濟(jì)上的原因受到限制，此時(shí)可通過(guò)改進(jìn)主梁斷面形式，使橋梁形態(tài)達(dá)到比實(shí)際更纖細(xì)輕巧的感官效果。

高潮一口氣從一樓看到五百多樓，正思索寫(xiě)首詩(shī)歌跟帖悼念艾詩(shī)虹的時(shí)候，手機(jī)突然響了。高潮抄起手機(jī)，一看是陌生號(hào)碼，就有些警惕地接聽(tīng)了。

本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)斷面為:0.5m(防撞護(hù)欄)+12m(機(jī)動(dòng)車(chē)道)+0.5(防撞護(hù)欄)+12m(機(jī)動(dòng)車(chē)道)+0.5m(防撞護(hù)欄)=25.5m。結(jié)合國(guó)內(nèi)外已建或在建城市高架橋梁，該寬度箱梁橫斷面可采用單箱多室。為使主梁看上去更美觀(guān)輕巧，可考慮如下幾種斷面形式：

斷面一：斜腹板(圖7)，結(jié)構(gòu)上受力明確，施工便捷；外形輪廓鮮明、典雅大方、剛?cè)岵?jì)；對(duì)于變寬段及主線(xiàn)、匝道的外形過(guò)渡有良好的適應(yīng)性，造價(jià)適中。

斷面二：飛燕形(圖8)，外形上線(xiàn)條柔美、平滑順暢。缺點(diǎn)是側(cè)面斜腹板受力欠明確，施工較困難，特別是在主線(xiàn)與匝道相接處外形較難過(guò)渡。

斷面三：垂直腹板形，結(jié)構(gòu)上受力明確，施工便捷，造價(jià)較低；缺點(diǎn)是外形輪廓與周?chē)坝^(guān)協(xié)調(diào)性較差。

本項(xiàng)目從高架橋間的斷面銜接過(guò)渡、結(jié)構(gòu)受力、景觀(guān)性方面綜合考慮，選用介于直腹板形斷面與飛燕式斷面之間的“斜腹板形斷面”為推薦方案。

圖7 斜腹板

圖8 飛燕形

圖9 標(biāo)準(zhǔn)斷面布置圖

4 橋梁下部結(jié)構(gòu)選型

為了適應(yīng)地面輔道較窄的中分帶，并消除高架橋橋下視覺(jué)壓抑感，高架橋下部結(jié)構(gòu)一般采用頂部外擴(kuò)的花瓶式橋墩。墩柱在承擔(dān)自身結(jié)構(gòu)作用的同時(shí)，往往作為一種特有的載體，承擔(dān)著彰顯橋梁結(jié)構(gòu)文化底蘊(yùn)和人文氣息的作用。

經(jīng)對(duì)該工程所在地區(qū)歷史文化的調(diào)研及多方研究比較，以下墩型可用來(lái)比選：

墩型一(圖10)：弧形開(kāi)花雙柱式方墩，直立雙柱加向外張開(kāi)的弧形開(kāi)花擴(kuò)大頭，使得墩型剛?cè)岵?jì)，在柔美的外形中蘊(yùn)含著蓬勃的張力，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明快，富有現(xiàn)代氣息。

墩型二(圖11)：雙柱式墩花瓶墩，外形輪廓上寬下窄呈Y形，墩柱外側(cè)的棱邊作較大尺度的橢圓形倒角，使墩柱外形更有畫(huà)面感，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)融入了“圓”的元素時(shí)，上、下部造型更加協(xié)調(diào)。外形上寬下窄有利于增加橋下車(chē)道寬度。

圖10 墩型一

圖11 墩型二

墩型三：框架式橋墩，在弧形開(kāi)花式的基礎(chǔ)上強(qiáng)化系梁，使墩柱與系梁更趨一體化，但是立面造型缺乏層次感。

結(jié)合跨線(xiàn)主橋的上部箱梁結(jié)構(gòu)形式配合Y形花瓶墩有較好的協(xié)調(diào)性和景觀(guān)效果，Y形墩上寬下窄，有利于增加橋下車(chē)道寬度，故本次選擇實(shí)用性強(qiáng)、簡(jiǎn)潔明快、富有現(xiàn)代氣息、畫(huà)面感較強(qiáng)的墩型二為推薦方案。

5 橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型

一般樁基可采用PHC樁、灌注樁和預(yù)制方樁。

預(yù)制方樁為打入樁，可現(xiàn)場(chǎng)制作，一般入土深度較淺，對(duì)土有擠壓效應(yīng)，造價(jià)較低。但預(yù)制方樁因強(qiáng)度和施工原因，單樁容許承載力較小，樁數(shù)很多，承臺(tái)較大；且施工噪音大，對(duì)周邊構(gòu)造物或管線(xiàn)安全影響較大。

PHC樁為工廠(chǎng)制作，樁身采用C80高強(qiáng)混凝土，樁身內(nèi)有預(yù)應(yīng)力，對(duì)土有擠壓效應(yīng)，且難以進(jìn)入巖層。PHC樁抗彎能力一般，且施工噪音大，對(duì)周邊構(gòu)造物或管線(xiàn)安全影響較大。

灌注樁為經(jīng)典工藝，樁身抗彎能力強(qiáng)，對(duì)土無(wú)擠壓作用，施工工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需專(zhuān)門(mén)設(shè)備，樁長(zhǎng)可以達(dá)到80～90m；其噪音小，泥漿可以外運(yùn)，對(duì)周邊建筑物或管線(xiàn)影響不大。

本項(xiàng)目從市區(qū)穿過(guò)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)周?chē)鷮?shí)際情況，為減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，推薦采用鉆孔灌注樁。

根據(jù)本地區(qū)的地質(zhì)情況，本工程鉆孔灌注樁為典型的摩擦樁。鉆孔樁樁徑選用對(duì)工程造價(jià)、施工進(jìn)度有較大影響，就主線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)段典型基礎(chǔ)布置形式進(jìn)行了比較。

在市政高架橋梁的建設(shè)中，最常見(jiàn)的基礎(chǔ)形式就是鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，本次分別選取不同樁徑、不同基樁根數(shù)的三種基礎(chǔ)方案進(jìn)行比較分析，詳見(jiàn)表2。

表2 橋梁下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案比選

表2對(duì)下部基礎(chǔ)從承臺(tái)施工、基樁施工、造價(jià)及施工進(jìn)度、結(jié)構(gòu)受力情況、抗震效果等方面進(jìn)行綜合比較，方案一施工樁長(zhǎng)較短，結(jié)合本項(xiàng)目地質(zhì)條件，樁長(zhǎng)較長(zhǎng)發(fā)生樁基縮頸、塌孔、斷樁等安全質(zhì)量問(wèn)題的機(jī)會(huì)加大，為確保樁基施工安全，最終選取方案一為推薦方案。

6 跨徑選定

標(biāo)準(zhǔn)跨的跨徑選擇與工程造價(jià)、景觀(guān)要求、施工進(jìn)度有著很大的關(guān)系。從城市景觀(guān)和道路交通功能、高架結(jié)構(gòu)受力特性和地區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件等因素考慮，選用合適的橋梁基本跨徑，既滿(mǎn)足城市交通技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求，又能給人以通透、舒適感。根據(jù)全國(guó)眾多高架道路的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，本工程標(biāo)準(zhǔn)跨徑40m較為合適。

結(jié)合本工程道路總體方案布局來(lái)看，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)本項(xiàng)目主線(xiàn)和平行匝道采用鋼混組合梁，考慮到上下部協(xié)調(diào)性、景觀(guān)性及總造價(jià)，主要跨徑采用40m較為合適。

(2)主線(xiàn)高架橋在跨越路口處，根據(jù)路口寬度不同，跨徑主要采用50m及60m跨徑鋼混凝土組合梁。

(3)立交曲線(xiàn)半徑最小60m，原則上采用鋼混凝土組合梁，跨徑布置適當(dāng)減小，一般跨徑選用20m較為合適。

7 結(jié)論

影響橋梁方案選擇的內(nèi)容較多，選擇好單點(diǎn)上跨橋梁的方案，對(duì)于快速路整體方案的設(shè)計(jì)有著十分重要的作用。