淺析整幅橋在超高段的橫坡設置

黃 龍

成都西南交通大學設計研究院湖南分院

1 工程簡介

本工程為湖南省某市新建的一條設計時速為120km∕h的高速公路，公路沿線途徑一條運營鐵路，與鐵路相交位置的右交角度為123.3°，根據《國鐵集團工電部關于加強穿（跨）越鐵路營業線和鄰近營業線工程方案等審查和施工安全管理的通知》（工電橋房函〔2020〕48號）的相關要求，上跨開行客車的普速鐵路的路基、橋涵地段，橋梁施工應優先采用轉體施工方案。

基于以上考慮，本橋在跨鐵路聯擬采用轉體施工，轉體角度為順時針旋轉57°，本公路線位與鐵路斜交角度較大，根據鐵路部門要求，需考慮遠期增建復線預留凈空，結合以上要求，本橋跨鐵路孔單孔跨徑跨需達到75m，考慮本項目為公路項目，景觀要求不高，T型剛構橋是最為經濟的方案，其具有整體性好、剛度大、變形小、行車舒適等優點，其成橋后的養護工作量也小。

圖1 橋位平面圖

圖2 橋梁立面圖

本高速公路路幅總寬26.5m，其中橋梁段分左右兩幅布置，橋梁標準橫斷面布置為26.5m=0.5m防撞護欄+凈12.0m行車道+0.5m防撞護欄+0.5m中央鏤空帶+0.5m防撞護欄+凈12.0m行車道+0.5m防撞護欄。

圖3 高速公路橋梁段標準橫斷面圖

經過前面的論述，為響應鐵路部門的要求，減少橋梁施工期間對運營鐵路的影響，跨鐵路聯需采用轉體施工。根據項目經驗，轉體墩造價高昂，出于經濟性考慮，該跨鐵路聯橋梁選擇采用整幅布置，即可實現僅設置一座轉體墩，整幅布置的橋梁斷面為26.5m=0.5m防撞護欄+凈12.0m行車道+1.5m中分帶（含中央防撞欄）+凈12.0m行車道+0.5m防撞護欄。

橋梁平面線型位于曲線上，曲線半徑1800m，超高4%，轉體T構跨徑布置為（2×75）m。主墩位于鐵路北側，上部結構采用變高的單箱三室箱梁，中支點梁高7.0m，端部梁高為2.5m，梁底線形按1.8次拋物線變化。

橋面鋪裝分兩層：上層為10cm厚瀝青混凝土，下層為在梁體頂面設置的8cm厚的C50防水混凝土整平層。整平層的混凝土的抗滲等級不小于W6，調平層內設置直徑8mm間距10cm×10cm的冷軋帶肋鋼筋網。

2 箱梁橫坡設計

圖4 箱梁橫斷面布置圖（預設橫坡前）

按常規設計思路，本橋的箱梁橫斷面設計如下所示，為保證左右幅設計標高一致，在中護欄兩側間設一水平段過渡，其中左側設計線位置整平層厚18cm，右側設計線位置整平層厚8cm。如此布置箱梁，箱梁中心線左側整平層的混凝土方量為：2.35方∕米，對箱梁中心力矩為

右側整平層的混凝土方量為：1.09方∕米，對箱梁中心力矩為：

兩側鋪裝對箱梁中心力矩差竟相差1倍多，主梁橫向受力極不對稱，恒載情況下偏心大，橫坡設置不合理，需進行調整。

圖5 箱梁橫斷面布置圖（預設橫坡后）

為此，本橋的箱梁橫斷面擬進行調整，設計在箱梁頂橫坡預設為3.4%，然后調整整平層實現橋面橫坡4.0%，整平層厚從左往右分別為8.05cm、15.25cm、6.75cm、13.95cm。據此重新計算，箱梁中心線左側整平層的混凝土方量為1.56方∕m，對箱梁中心力矩為6.004（為鋪裝層質心到箱梁中線距離，可由CAD簡圖中直接查詢，后同）×1.56×25=234.2kN·m；右側整平層的混凝土方量為1.35方∕m，對箱梁中心力矩為：

兩側鋪裝荷載對箱梁中心力矩差不超過5.5%，主梁橫向受力可按對稱考慮，箱梁橫坡設置合理。

3 預設橫坡的取值

關于箱梁預設橫坡i2的取值，如果按照逐一取值再畫簡圖計算將會非常繁瑣，這里建議可采用下面的經驗公式來估算主梁橫坡取值：

式中：

i1——橋面設計橫坡；

i2——主梁預設橫坡；

B——橋梁箱梁頂寬；

b——橋面設計標高線到箱梁中心線距離；

η——考慮質心偏差的影響系數，取1.05。

本公式經推導得出，推導原則是使左右橋面鋪裝對主梁中心的左右力矩相對平衡，并考慮了左右側鋪裝層質心偏心的影響。為驗算本公式的準確性，用本公式驗算前面案例，橋面設計橫坡為4.0%，橋寬B=26.5m，b=1.25m，主梁預設橫坡取值：

與主梁橫坡取用3.4%一致，說明本公式計算準確。

再任取一個整幅橋的斷面進行驗證，假設橋梁超高為3.0%，橋寬B=20m，b=0.5m，取用公式試算主梁橫坡取值：

畫簡圖如圖6所示。

圖6 20m寬箱梁橫斷面布置圖

整平層厚從左往右分別為8cm、9.9cm、7.1cm、9cm。據此計算，箱梁中心線左側整平層的混凝土方量為0.896方∕m，對箱梁中心力矩為：

右側整平層的混凝土方量為0.804方∕m，對箱梁中心力矩為：

兩側鋪裝荷載對箱梁中心力矩差不超過4%，主梁橫向受力基本對稱，箱梁橫坡設置合理，達到了預設橫坡的預期效果，也驗證了本公式的準確性。

4 結束語

經過上述兩個案例的驗算結果可知，在實際工程中，如遇到整幅橋在路線的超高設置范圍時，可按本經驗公式進行計算取得主梁預設橫坡值，再調整橋面鋪裝以實現橋面設計橫坡，從而可以顯著地減少因橋面鋪裝而導致主梁橫向受力不均的影響。

在采用本公式計算的預設主梁橫坡后，橋梁橫向受力將會達到對稱，橋梁橫向設計合理，如此以來，一方面可以確保橋梁主梁采用單梁模型計算更加準確，簡化了計算工作量。另一方面可以確保結構在長期運營的工況條件下更加安全，不會因為恒載偏心過大導致主梁過早產生病害。