快速化改造工程高架橋總體設計研究

沙愛敏 王曉東

作者簡介：沙愛敏（1981—），副教授，研究方向：道路交通工程與施工。

摘要：文章以某國道儀征段快速化改造工程為例，對其工農北路至萬年大道高架橋總體設計方案進行研究，主要從高架橋標準跨徑、下部結構和上部結構形式的選型等方面進行分析，對跨工農北路主橋提出了兩個設計方案。經綜合比選，選擇外形美觀、工程投資低、工藝成熟、運營期間維護少，各方面綜合性能較均衡的預應力混凝土變截面連續箱梁方案。

關鍵詞：改造工程;高架橋;總體設計

中國分類號：U448.28A281045

0 引言

快速路高架橋作為重要的基礎設施工程，是路網系統中的重要節點，其設計的合理性直接影響到工程投資規模和施工的難易及服務功能的體現，對于整個快速化改造項目具有至關重要的作用。目前對于快速路高架橋總體設計方案研究較少，鑒于此，本文以某國道儀征段快速化改造工程為例，對其工農北路至萬年大道高架橋標準跨徑、下部結構和上部結構形式的選型等方面進行研究，以期完善其功能從而促進城市和社會經濟的發展。

1 項目概況

某國道儀征段改擴建工程項目起于儀征市與揚州市交界處，向西沿現有該國道擴建，穿越儀征市城區，途經新集鎮、新城鎮、真州鎮、銅山辦、青山鎮，止于南京六合交界處，線路全長30.295 km，均為老路改擴建工程。設計采用一級公路兼顧城市道路的標準進行改擴建，設計速度為100 km/h。

工農北路至萬年大道高架橋跨越的道路為工農北路、大慶北路、西園北路、萬年大道，跨越河道為沿山河。工農北路現狀為雙向四車道城市主干路，道路全寬為37 m;大慶北路規劃為雙向四車道，道路全寬為35 m;西園北路現狀為雙向二車道，道路全寬為20 m;萬年大道現狀為雙向六車道，道路全寬為51 m。

該段位于儀征市核心城區，長約1.1 km，道路南側為成熟的居民區，基本已開發成熟，道路沿線規劃為商住用地，南北向溝通道路較多。該區域共有縱向聯系道路5條，平均間距僅220 m。考慮盡可能節約工程造價，同時萬年大道與浦東路之間距離約為1.2 km，高架存在落地條件，工農北路、大慶北路、西園北路、萬年大道之間距離分別為334 m、457 m、329 m，由于被交路距離過近，分開設置單個跨路橋無法落地，而且區域內還有大慶北路、西園北路需要南北向人非溝通，因此，主線在工農北路至萬年大道采用長高架，浦東路采用節點短高架，跨線橋之間設置地面主輔斷面。本方案在工農北路設置1對上下匝道和1對進出匝道，在浦東路設置兩對進出匝道（見圖1）。

2 設計原則

該高架橋在選型時根據本地區的自然條件、材料供應和地質條件，以安全、適用、經濟、美觀和有利環保為原則，結合施工要求和功能需要等因素進行了綜合考慮，做到安全可靠、適用耐久、技術先進、經濟合理，并盡量做到標準化、裝配化和施工機械化。通過在適當位置設置預制場，以便集中預制，在保證工程質量的前提下，加快工程建設進度，降低造價[1-2]。

對于高架橋，橋跨布置在滿足道路交通組織要求的前提下，應與道路遠期規劃相結合。高架橋橫向墩柱較少，人行橫道宜在保證交叉口通視及行車視距的前提下，為適當減小主橋規模，宜設置在主墩之后[3-4]。

對常規橋型、跨徑的經濟性進行比較，原則上采用經濟跨徑，具體還應綜合考慮橋位處的自然狀況、施工條件、跨徑組合的協調性等因素。

3 高架橋總體構思

3.1 高架標準跨徑的選擇

本設計中根據施工條件、工期、經濟性、景觀、工程地質情況及類似項目經驗等，對25 m、30 m和35 m跨徑進行比較。經綜合比較，三種跨徑的造價相差不大，25 m跨徑橋跨的跨越能力較30 m跨徑差，下部結構墩柱數量較多，施工工期較長;35 m跨徑相對30 m跨徑而言，上部結構增加工程量較大，下部減小數量并不明顯，綜合單價較高;30 m跨徑上部結構及下部結構的工程量較均衡，且跨越能力較理想，綜合單價適中。最終推薦采用30 m跨徑作為本項目高架橋的經濟跨徑，過渡跨采用25～35 m。

3.2 高架橋標準橫斷面

高架橋橫斷面寬26.5 m，具體布置如下：0.5 m（護欄）+0.5 m（路緣帶）+3×3.75 m（行車道）+0.75 m（路緣帶）+0.5 m（隔離墩）+0.75 m（路緣帶）+3×3.75 m（行車道）+0.5 m（路緣帶）+0.5 m（護欄）=26.5 m（見圖2）。

4 高架橋主體結構

4.1 高架橋基礎形式

根據工程地質勘查報告所顯示的地質情況，本工程橋梁下部結構宜采用鉆孔灌注樁基礎，主線高架橋的標準段橋墩基礎推薦采用群樁基礎。對于高架橋群樁基礎在設計過程中進行了比選，標準段擬采用8根1.2 m群樁基礎與6根1.5 m群樁基礎進行比較。通過驗算，兩種群樁基礎形式的計算樁長基本相同（且樁長適中），但8根1.2 m群樁基礎的承臺混凝土、樁基混凝土用量明顯較低（樁基混凝土低14%）。因此，本項目高架橋墩群樁基礎擬采用1.2 m樁基。承臺尺寸均為8.4 m（橫橋向）×8.2 m（順橋向），厚2.5 m。橋臺采用1.2 m群樁基礎，“Z”字形布設。

4.2 下部結構類型

城市高架橋下部結構的選型對橋梁的形體美影響很大，設計時不僅應與上部結構相互協調，還應綜合考慮跨徑的大小、上部結構的形式、主梁的高度以及橋下凈空的高低等因素。

為了消除高架橋橋下視覺壓抑感以及適應地面輔道較窄的中分帶，高架橋下部結構一般采用緊湊型橋墩。這些緊湊型橋墩形式不僅與上部結構梁式體系相呼應且增大橋下的通透度，而且使整體橋梁外形協調美觀。常見的緊湊型橋墩主要有花瓶墩、門式墩、V形墩、Y形墩等（見圖3）。

花瓶墩：弧形開花雙柱式墩，直立式雙柱向上、向外開花，使得墩柱外形剛毅中帶有柔和，整體簡潔明快，適合與斜腹板箱梁配合使用，橋下視線通透，結構與外形結合得較為完美，景觀效果較好，施工難度適中，在快速路項目中較多選擇。

門式墩：直線倒角雙柱式方墩，棱角分明，適合與直腹板箱梁配合使用，施工簡單，但整體效果過于平庸，景觀效果欠佳。

V形墩：景觀效果較好，且與弧形大懸臂箱梁配合使用。缺點是下部結構為異形墩，略顯凌亂，需特殊設計，施工較復雜。

Y形墩：與魚腹形箱梁配合使用，整體效果簡潔、優美。缺點是下部結構為異形墩，需特殊設計，施工較復雜。

根據總體設計方案，26.5 m寬主線高架段地面中分帶寬度為9 m，標準段橋墩兩墩柱外緣距離采用7.1 m。通過對四種下部墩型進行綜合比選，從技術性、經濟型和美觀性考慮，最終采用頂部擴大的“花瓶”形橋墩，并且為了改善上部結構橫向受力，在頂部可以采用圓弧外傾的方式，加大支座橫向間距。

4.3 跨工農北路主橋上部結構形式的選擇

根據本項目總體方案，在工農北路節點設置三層菱形互通，工農北路下穿平交層處設置一座下穿主線箱形框架結構，主橋需一跨跨越下穿主線箱型框架結構并滿足道路展寬及交叉口渠化要求，此處工農北路道路全寬55.5 m。經過交通渠化校核，主橋跨徑采用50 m可滿足要求。

由于橋位處的建設條件較為復雜，主橋箱梁的施工需待下穿主線箱型框架結構施工完成后方可進行。工農北路為儀征城區一條重要的南北向主干路，車流量大，對節點施工工期及施工期間的保通有較高要求。結合以上條件，初擬兩個方案進行比選。

4.3.1 方案一：預應力混凝土變截面連續箱梁

采用（30+50+30）m預應力混凝土變截面連續箱梁，一跨跨越漢金大道。箱梁中支點梁高3 m，跨中及邊支點梁高2 m。主橋箱梁采用滿堂支架一次落架施工（見圖4、圖5）。

4.3.2 方案二：連續鋼箱梁

采用（30+50+30）m等截面連續鋼箱梁，箱梁梁高為2.3 m，一跨跨越漢金大道。鋼箱梁采用工廠分段預制，現場拼裝施工（見圖6）。

4.3.3 綜合比選

經綜合比選，方案一外形美觀，經濟性好（節省2 186.2萬元），工藝成熟，運營期間維護少，各方面綜合性能較好且均衡，因此，推薦方案一（見表1）。

5 結語

隨著社會經濟的發展，為緩解交通壓力，提升經濟活力，服務沿線出行，對干線公路進行快速化改造起著至關重要的作用[5-6]。本項目的建設能夠促進寧儀揚交通一體化，縮短時空距離，實現寧儀揚同城化發展，同時能夠促進沿線各節點融合發展，推進聯動發展、集聚發展。本文通過對工農北路至萬年大道高架橋總體設計的研究，對跨工農北路主橋提出兩個設計方案，經技術、經濟等綜合比選，主橋結構選擇外形美觀、工程投資低、工藝成熟、運營期間維護少、各方面綜合性能較好均衡的預應力混凝土變截面連續箱梁方案，以期為其他干線公路快速化工程中高架橋總體設計提供參考和借鑒。

參考文獻：

[1]王東陽，李 濤，胡 磊.濟南市二環西路南延高架橋總體設計[J].北方交通，2020（3）：29-32.

[2]楊鵬飛，朱根平.合肥市裕溪路高架橋東延工程總體設計[J].工程與建設，2016（6）：756-758.

[3]宋慶華.蘇州市北環快速路西延工程高架橋梁總體設計[J].城市道橋與防洪，2015（8）：50-52.

[4]JTG D20-2017，公路路線設計規范[S].

[5]郭逸軒，胡 淼.西安市西太路快速化改造方案設計[J].城市道橋與防洪，2019（3）：37-40.

[6]張 航，劉振濤.干線公路快速化改造立體交叉方案研討[J].工程與建設，2019，33（6）：904-906.

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