普通國省干線公路上跨高速公路橋梁方案設計研究

鄧紅梅，汪學明 （安徽宏泰交通工程設計研究院有限公司，安徽 合肥 230022）

1 引言

近年來，隨著高速公路的快速發展和農村公路的加快建設，普通國省干線公路的地位和作用愈發突出。如果說高速公路被稱為“大動脈”，農村公路被稱為“毛細血管”的話，那普通國省干線公路則主要承擔“內接”任務，是連接高速公路與農村公路之間、城市節點間與鄉鎮群落間的重要通道，起到了聯系紐帶和承上啟下的作用，具有突出的連通、干線和集散功能。普通國省干線公路上跨高速公路已屢見不鮮，對于公路上跨既有現狀高速公路，如何最大程度減小橋梁施工對橋下高速公路通行的影響，是新建上跨高速橋需要考慮的一個重要因素。隨著交通量的不斷增長，高速公路改、擴建已成為大勢所趨，如何充分考慮被交高速公路現狀及遠期改、擴建，成為新建上跨高速橋又一重點考慮因素。

本文以某上跨高速橋為工程依托，綜合分析各類影響因素，進行方案比選，最終得出橋梁最優設計方案，為同類橋梁的方案優化設計提供參考依據。

2 工程概況

潛山市交通條件優越，G105、G318、合九鐵路、G50滬渝高速以及G35濟廣高速貫穿市境，對外交通便捷。G35、G105新線已建成通車，擬建“S241潛山南高速出口至新G105段改建工程”可以更好地銜接潛山南高速出口與新G105以及黃泥鎮和規劃潛山市河西新區，更快捷地溝通懷寧縣與潛山市黃泥鎮[1]。G50滬渝高速公路東起上海、西至重慶，是中國國家高速公路網東西向干線之一。S241擬上跨滬渝高速，主線與被交高速路斜交87.6°。現狀滬渝高速在本項目涉路段小樁號側附近有服務區一處（王河服務區），現狀王河南側服務區（界子墩至合肥方向）與擬建橋梁間凈距約550m，王河北服務區（合肥至界子墩方向）與擬建橋梁間凈距約903m。

圖1 橋位處衛星圖

3 方案比選

本項目上跨現狀高速公路，是典型的分離式立體交叉設計，橋梁方案應綜合考慮項目所處環境、主線和被交高速路道路等級及遠期規劃，合理確定上跨橋的跨徑，并貫徹執行“技術可行、安全可靠、經濟合理”的指導方針，在保證橋梁使用功能、技術標準、服務水平的情況下，比選出受力性能好、造價低、美觀性好、施工難度低、對橋下高速公路影響小的橋梁方案。

3.1 上跨橋常見橋型

根據被交高速公路中分帶內是否設立橋墩，上跨橋可分為兩大類：一是在中分帶內設置橋墩；二是不在中分帶內設置橋墩[2]。

第一類橋梁因單跨跨徑較小，上部結構多采用預制結構，吊裝施工，投資較小，被廣泛應用于早期上跨高速橋梁中。但由于省內現狀高速公路交通量較大，在正常運營的高速公路中分帶內進行橋墩施工，對車輛通行影響較大，故目前新建上跨橋已很少采用第一類橋梁。不過對于正在進行改、擴建高速公路路段的上跨橋，因同步施工，對高速公路影響較小，第一類橋梁仍被廣泛采用。

圖2 上跨高速橋梁效果圖

隨著高速公路交通量日漸增大，大型車輛尤其是大型貨車所占比例較大的路段，車輛穿越中央分隔帶與對向車輛發生碰撞或撞向中分帶內上跨橋橋墩造成惡性交通事故的事件時有發生。規范[3]對中分帶內設立橋墩有了明確要求，在進行選擇護欄形式時，不僅要考慮護欄的防撞性能，還要考慮護欄受碰撞后的變形量，要求中分帶護欄面距其防護的障礙物距離應大于護欄最大橫向動態位移外延值W或車輛最大動態外傾當量值VIn，W和VIn需要根據護欄在實車足尺碰撞試驗才能獲得這個值，目前大多數現狀高速中分帶寬度為2m或3m，扣除對應余寬C值，有效布置寬度分別為1.5m和2m，再扣除兩側護欄寬度，橋墩尺寸非常受限，加之W和VIn值的不確定性，為避免中分帶設墩帶來的安全隱患，目前普通國省干線公路上跨既有現狀高速公路常采用一孔跨越高速公路，即第二類橋梁。第二類橋梁常采用懸澆法、頂推法或轉體法施工[4]，對被交路影響較小。

3.2 上跨橋上部結構常用施工方法

3.2.1 支架現澆法

對于上跨車流量不大或者正在改、擴建段高速公路且跨徑不大、墩高較矮的上跨橋，可采用搭設支架現澆混凝土施工。

圖3 支架現澆法示意圖

3.2.2預制吊裝法

對于跨徑40m及其以下的T梁、小箱梁或空心板梁橋，梁板可在工廠預制成型后運至橋位現場，吊裝施工。該施工方法多用于中分帶設墩或者正在改、擴建段高速公路的上跨橋。

圖4 預制吊裝法示意圖

3.2.3 懸臂澆筑法

懸臂澆筑法適用于跨越公路、河流或山谷的大跨徑橋梁的施工，通過在橋墩兩側設置工作平臺，平衡地逐段向跨中懸臂澆筑水泥混凝土梁體，并逐段施加預應力，從而完成主梁的施工。對于一跨跨越被交高速公路的連續梁橋，懸臂澆筑法被廣泛使用。

圖5 懸臂澆筑法示意圖

3.2.4 轉體法

橋梁轉體施工是上世紀40年代以后發展起來的一種架橋工藝，主要適用于跨越深水、峽谷的橋梁，同時也適用于跨線橋。現在很多跨鐵路及跨公路橋中都用到了橋梁轉體施工技術，采用下方轉體球鉸結構及后期連續千斤頂轉體施工使兩個處于交角或平行的半橋轉體到位并合攏成橋。

3.2.5 頂推法

因為其施工占地面積少、施工全過程不中斷、施工速度快且設備及模板能夠反復運用等優勢，橋梁頂推施工法被迅速的推廣。伴隨著現代化的頂推設備逐步完善，頂推法的應用領域也越來越廣，其中跨線橋梁常采用此方法。頂推法主要應用于等截面梁橋（跨徑一般在50m以內），對于跨徑較大的橋梁，頂推法將不再適用。

圖6 轉體法示意圖

圖7 頂推法示意圖

3.3 上跨橋跨線主橋方案設計及比選

根據《高速公路國土空間控制規劃報告（滬渝高速安慶鴿子墩至宿松段）》，涉路段滬渝高速后期有擴建計劃，由現狀雙向四車道擴建為雙向八車道，標準路基寬42m，王河服務區也擬擴建，經計算，改、擴建后的王河服務區加、減速車道均未進入擬建上跨橋范圍。故本次橋梁方案僅考慮后期改、擴建標準雙向八車道高速凈空即可，同時考慮行車視距要求。

本項目主線S241上跨滬渝高速橋橋梁全寬36.5m，擴建后滬渝高速用地邊界寬55m，S241與滬渝高速斜交87.6°，二者交叉范圍長56.578m。由于現狀滬渝高速交通量較大且中分帶寬僅2m，采用中分帶設墩的第一類橋梁，對其車輛通行影響較大且存在安全隱患，故本次橋梁方案僅考慮第二類橋梁。

圖8 S241與滬渝高速交叉示意圖

3.3.1 方案一：（40+70+40）m連續梁

上跨橋主橋上部結構采用（40+70+40）m變截面連續梁，一跨跨越滬渝高速，主梁采用懸臂澆筑法施工，橋梁分幅設置，單幅寬18.0m，全寬36.5m，具體布置為：2x（3.75m人行道+3.5m非機動車道+1.5m側分帶+8.75m行車道+0.5m防撞護欄）+0.5m中分帶，雙向四車道。

圖9 立面示意圖（方案一）

圖10 平面示意圖（方案一）

3.3.2 方案二：1-70m下承式系桿拱

上跨橋主橋上部結構采用1-70m下承式系桿拱，一跨跨越滬渝高速，采用支架現澆法施工，橋梁整幅設置，全寬39.2m，具體布置為：2x（1.35m邊吊桿區+3.5m人行道+3.5m非機動車道+1.5m側分帶+8.75m行車道）+2.0m中分帶，雙向四車道。

圖11 立面示意圖（方案二）

圖12 平面示意圖（方案二）

3.3.3 方案比選

在相同的建設背景下，綜合橋梁總規模、施工工藝、施工周期、結構受力、景觀效果、工程造價及后期養護等因素，對方案一和方案二進行對比，方案比選表見表1。

方案比選表 表1

4 結語

本文以潛山市省道S241上跨G50滬渝高速公路為工程背景，根據滬渝高速公路后期改、擴建情況，通過分析對比橋梁結構形式、跨徑、施工工藝等，從而最終確定橋梁最優設計方案。

①普通國省干線公路與高速公路交叉時，應優先考慮分離式立體交叉方式，根據路線平縱指標，合理選擇普通公路下穿或上跨高速公路的方案。本工程項目結合地形和路線指標，采用主線上跨既有在役高速公路。

②上跨高速公路橋梁根據中分帶內是否設墩分為兩大類：一是在中分帶內設置橋墩；二是不在中分帶內設置橋墩。前者因梁高低、規模小、投資小，早期被廣泛采用；隨著社會經濟的快速發展，高速公路車流量日益增加，中分帶設墩帶來的安全隱患日益突出，加之在既有繁忙運營的高速公路中分帶內施工橋墩，極大地影響了施工期高速公路的通行質量，因此目前人們更傾向于第二類橋梁。

③上跨橋主要有支架現澆法、預制吊裝法、懸臂澆筑法、轉體法和頂推法五類施工方法，前兩種方法主要用于小跨徑的第一類橋梁，后三種方法主要適用于第二類橋梁，其中頂推法主要適用于等截面梁橋，當橋梁跨徑較大時便不再適用。

④結合本項目實際情況，跨高速公路主橋最優設計方案為（40+70+40）m懸澆法施工的變截面連續梁橋。該方案滿足上跨高速空間要求，施工工藝成熟、施工周期短，對橋下高速通行影響小，橋梁本身結構受力明確，工程造價低，后期養護簡單且費用低。

在實際的工程應用中，由于工程情況的復雜性以及影響因素的多樣性，設計師們常常綜合各項影響因素選取最優設計方案。本文的研究結果可為今后類似工程問題提供參考依據。