231 省道某路段區橋梁設計結構分析

高穎

(江蘇中石建筑設計有限公司市政所，江蘇南通 226001)

1 引言

隨著國家綜合國力的提升，我國交通建設經歷了歷史性跨越式發展。公路建設取得巨大成就，橋梁設計在公路建設中具有重要作用。隨著城鎮化推進，市域亟須實現快速融合發展。市域快速通道是聯系周邊相鄰城市的重要快速城際通道，省道通車多年，由于使用年限較長，231 省道泰州城區段快速化改造工程是完善泰州市快速路網格局的需要。本文介紹231省道泰州段快速化改造工程橋梁結構設計，為類似工程項目提供借鑒。

2 231 省道泰州段改造工程項目簡介

泰州地處江蘇中部，地勢呈中間高南北低走向，全市總面積5 787 km2。境內河網密布，江淮分水嶺由西向東從中部穿越[1]。泰州市氣溫冬夏季南北溫差小，受季風影響降水變化率較大。項目區域相關河流較多，主要地表水體為河塘中水[2]。項目不良地質主要為2-1B 層淤泥質粉質黏土。工程所在地區為蘇中長江沖積平原區，項目建設路用建材當地無產地[3]。快速干線公路與開放式公路相似，快速干線公路技術要求高水平服務，確定目標達到主線行車道安全經濟快速高效通行。

快速路斷面形式分為主路和輔路，高架式通常在既有干線公路綠化帶設置橋梁，結合交叉道路設置上下匝道出入口。改造既有干線公路為地面主路，地面式快速路造價較低，對環境城市景觀影響小。隧道式改造將既有干線公路變為地面輔路，具有通行能力大等優點，適用于環境要求高的段落[4]。項目方案根據沿線建設條件對高架式快速路進行分段設計[5]。泰州市快速路網布局形態為井字放射，231 省道位于泰州市域路網東側。231 省道快速化建設完善泰州東部城市區塊交通組織，泰東轉盤至站前路現狀為工業區。231 省道泰東轉盤至啟揚高速段線形指標較好。2006 年，231 省道拓寬改造時，新通揚運河為三級航道。

主橋系桿拱采用二次拋物線，橋面系采用預制中橫梁，基礎為鉆孔灌注群樁基礎。橋梁總寬為49 m，新通揚運河橋現狀橋梁計算需在老橋兩側新建橋梁。目前，泰東河老橋運營現狀良好[6]。231 省道原設計速度為80 km/h，干線公路城鎮段因沿線居民出行需求較大，考慮行車安全主線與輔道設計速度差不宜過大。項目輔道設計速度采用40 km/h。項目分為泰東轉盤至站前路段現狀平均路網間距0.96 km。道路兩側企業密集，結合231 省道南段采用高架橋快速化形式。本段全長2.8 km，森園路距離運河路僅450 m。高架橋主線通過在運河路設置出入口實現橫向道路轉換，保主線行車通行效率。

3 231 省道泰州段區橋梁結構設計

231 省道泰州段高速路建設中采用主線跨簡易菱形立體交叉方案，泰東轉盤處高架橋斷面寬為18.5 m，全高架方案需拆除泰東轉盤高架橋，項目施工周期為3 年，新通揚運河大橋長500 m，既有老橋梁為系桿拱結構無法向外拼寬。拆除方案解決了橋梁距離泰和園小區過近問題，結合站前路快速化方案確保橋梁方案經濟合理。橋梁應根據公路功能、通行能力要求，結合水文地質等條件綜合設計，總體設計中考慮因地制宜、便于施工等因素，保證橋梁設計使用年限內滿足交通荷載通行需要。橋梁設計思路見圖1。

圖1 橋梁設計思路

本項目橋梁主要為高架橋，從設計層面優化橋梁方案。231省道快速化改造工程始于泰州東轉盤，包括泰東轉盤至站前路段，站前路至啟揚高速段，本工程與兩條三級航道相交。采用大跨徑橋梁跨越航道。主路城市快速路設計速度80 km/h，輔路城市主干路40 km/h。設計荷載汽車：城-A 級；公路-I 級；設計基準期100 年。設計洪水頻率1/100。結構設計安全等級為一級，地震動峰值加速度0.10g，抗震措施提高一個等級設防。總體設計按照安全、經濟、環保的原則，選擇技術先進、具有景觀效果、施工簡便的橋型方案。橋位選擇服從路線走向，綜合考慮交通發展、水位地質等條件。高架橋結構施工期間須保障必要地面交通的通行，高架橋受地面系統制約，橋梁孔跨布設充分尊重地面車行道，兼顧地面系統的舒適性。橋梁的設置以不降低現有河流功能、綜合考慮現狀水系、考慮沿線排澇為原則。橋孔布置應確保在設計洪水位時水流的通暢，綜合考慮灌溉需要進行橋跨布置。圖2 為不同凈空建安費比值圖。

圖2 不同凈空建安費比值圖

經過綜合比較，推薦斜腹板大懸臂直倒角箱梁（見圖3）。高架橋下部結構采用墩柱內收的雙柱式橋墩。墩柱往往作為特有的載體，推出以下幾種比選方案：

圖3 斜腹板大懸臂直倒角箱梁

1）方案一：弧形開花雙柱式方墩；

2）方案二：直立雙柱式方墩；

3）方案三：弧形開花雙柱式圓墩；

4）方案四：框架式橋墩。進行了綜合比較，推薦簡潔明快的弧形開花雙柱式方墩。本工程全線標準段橋梁均采用等高度預應力混凝土箱梁，腹板束采用頂板張拉方式。高架主線橋標準段箱梁均采用2 m 梁高。現狀泰東轉盤地面輔道系統與南通路平交，30 m+40 m+30 m 變截面連續箱梁中支點處梁高2.5 m，梁高按圓曲線漸變。本工程梁高過渡段主要出現在主線接匝道的區域，推薦采用邊跨整孔過渡法。地面輔道系統與森園路平交，根據地面輔道現狀平交口布置，橋跨布置為30 m+50 m+30 m。中支點處梁高3 m，跨中梁高2 m，全聯按全預應力構件設計，橋墩采用弧形開花雙柱式方墩，全聯采用支架現澆法施工。箱梁斷面綜合比較見表1。

表1 箱梁斷面綜合比較表

通過對新通揚運河大橋現狀橋梁通過分析，需要在老橋兩側新建橋梁。通揚運河橋梁采用分離橋建設，橋梁標高高出地面約10 m 左右。提出建議拆除現有新通揚運河橋梁，加大橋梁與小區的凈距，跨越新通洋運河采用預應力混凝土變截面連續箱梁，箱梁高度跨中為2.5 m，主橋采用掛籃懸臂澆筑施工，主墩采用實體式橋墩，基礎采用群樁基礎。泰東河為三級航道，荷載等級為汽-20。東側橋梁為231 省道2006 年拓寬改造時新建。引橋采用20 m 先張法預應力混凝土預制空心板梁。10.5 m 橋梁凈寬不滿足單向3 車道寬度布置需求，投標階段將西側老橋拆除，西側再新建雙向六車道主線橋。圖4 為泰紅路支線上跨橋型布置圖。

圖4 泰紅路支線上跨橋型布置圖

泰東河為三級航道，荷載等級為汽-20，主橋采用70 m 下承式鋼筋混凝土系桿拱，考慮到東側橋梁能夠滿足一級公路荷載標準，西側橋梁不滿足一級公路荷載標準。本工程梁高過渡段主要是出現在主線接匝道的區域，推薦采用邊跨整孔過渡法。本工程主線和匝道雖然懸臂長度相差3 m，整體造型風格統一，推薦采用外形整孔過渡法。高架主線橋接上下匝道處，箱梁寬度需加寬。當箱梁單側加寬，箱梁橫向影響相對較小，當箱梁兩側加寬，箱梁橫向影響較為顯著。由于231 省道快速路現狀地面輔道系統中分帶寬12 m。減少主線加寬段外挑橫梁的個數，僅在變寬段連接等寬段的最后一跨通過整孔過渡法予以過渡。過渡墩為兩聯箱梁連接處橋墩，其構造應滿足公路橋梁抗震設計細則的相關要求，本工程推薦采用墩型為弧形開花雙柱式橋墩。

4 項目橋梁工程關鍵技術措施

本項目橋梁規模較大，沿線跨越兩個三級航道，橋梁的投資規模是由高架橋及上跨航道橋控制。項目涉及對于泰東轉盤現有橋梁如何利用及泰東河兩個三級航道橋的利用問題。城市快速路高架橋承擔著自身的交通功能，隨著經濟建設和文化建設的不斷發展，高架橋的景觀功能日益突出。

目前，城市高架橋的橋下凈空一般取5.5~12 m。本項目采用7.5~8 m 的橋下凈空。高架橋在結構形式上屬于多次重復，橋型的選擇和結構設計時應進行充分的比選，選定經濟合理的結構形式。橋梁上部結構的選定應注意使用技術先進的橋型，橋梁結構力求形式統一，發揮規模效益，宜采用造型簡潔的結構。橋梁下部結構橋墩型式設計必須考慮其功能、施工技術因素，城市內高架橋墩靠近人的視點，是橋梁美學設計的重點。項目以連續整體箱梁為高架結構方案的首選形式。

現狀泰東轉盤地面輔道系統與南通路平交，利用上跨南通路橋，建高架橋至新通揚運河橋。現狀新通洋運河大橋為2006 年231 省道拓寬改造時修建的系桿拱橋；泰東河大橋東側系桿拱為231 省道2006 年拓寬改造時新建。新通揚運河大橋現狀橋梁通過計算無法利用老橋拼寬，需要在老橋兩側新建橋梁。泰東河大橋現狀西側半幅老橋荷載等級為汽-20，不滿足一級公路荷載標準，10.5 m 橋梁凈寬不滿足單向3 車道寬度布置需求。東側橋梁作為輔道和人行道使用。

跨越高等級航道的橋梁規模較大，主橋橋型對全橋項目工程造價均有影響。新通洋運河大橋主橋采用變截面連續梁橋；泰東河大橋主橋采用系桿拱橋。本項目橋梁跨越2 處規劃Ⅲ級航道，需在設計中考慮橋梁建設對通航的影響。新通洋運河大橋主橋推薦采用變截面連續梁橋，泰東河大橋主橋推薦采用系桿拱橋，按照航道主管部門的要求預留通航孔。路橋分界對橋梁規模、施工工期等均有影響。路橋分界高度的確定主要受到當地土地資源、地基處理等因素的影響，應進行技術經濟比較后綜合確定。

5 結語

本文介紹了泰州231 省道工程項目概況與背景資料，通過對常規高架橋結構形式進行分析比較，以安全、耐久、適用、環保、經濟和美觀為原則，再結合改造節點的具體技術要求，綜合確定231 省道高架橋的方案形式。