某高速公路長益段上跨天橋設計構(gòu)思及工程特點
2010-06-02
一、前言
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，作為國家現(xiàn)代化水平標志之一的高速公路建設，近年來發(fā)展極為迅速?；诟咚俟沸熊嚱煌刂迫忾]的特點，各種上跨、下穿立交橋在高速公路建設中被大量采用，此類橋載重不大(一般為H-10、H-15)，橋面不寬，但其數(shù)量較多，特別是處于丘陵區(qū)的湖南，各類上跨機耕道、鄉(xiāng)道及人行天橋數(shù)量較多。僅長益路71.51公里地段此種上跨天橋就有43座，為能使天橋與地勢巧妙的結(jié)合，美觀得體、造價低、方便施工，業(yè)主與設計單位密切配合，針對每座橋所處位置進行多種方案的研究探討，最終選定最佳方案。本文就天橋方案的選取及其工程特點作一簡介。
二、天橋方案選取原則
根據(jù)高速公路上跨天橋的特點，并結(jié)合長常高速公路長益段的應用情況，可歸納出上跨天橋方案的選取主要應考慮的幾項原則如下：
1. 因地制宜充分考慮地形。
長益公路地處丘陵區(qū)，天橋絕大部分設在切方地段。天橋的建筑高度選取除保證必要的橋下凈空外，還需結(jié)合地形以減少橋頭接線切方或填方量，最終達到經(jīng)濟實用的目的。如橋兩端地勢較低，主要采用梁式橋；略高則主要采用中承式拱肋橋；更高則宜采用斜腿剛構(gòu)、雙向坡拱、拱等型式。
2. 合理選取橋跨后續(xù)施工配合。
目前，高速公路路面施工多采用大型攤鋪機，而路面施工一般后于天橋施工，以往為減小跨徑、降低截面高度采用加中墩的橋梁，使攤鋪機的通行受阻，直接影響路面施工進度。也對通車運營階段安全行車伏有隱患。故在方案選取時，盡量少用設中墩橋梁，即使設置，其中墩尺寸也宜取較小值。
3. 在結(jié)構(gòu)合理、施工方便的前提下，盡量使橋型美觀大方，橋型多樣化，體現(xiàn)時代氣息，并在主體工程驗收后進行適當?shù)牡b飾。
高速公路因線型較好、路面寬闊平順，而致行車單調(diào)乏味，司乘人員易于疲勞。而司機視野內(nèi)的空間感覺對行車安全、舒適起很大作用。為能創(chuàng)造較舒適的行車環(huán)境，除適量的綠化點綴外，各種天橋的美觀得體、橋型的差異、色彩的變換，與環(huán)境的協(xié)調(diào)搭配更能對高速行車中的司乘人員以美的享受。因此，在結(jié)構(gòu)合理，施工方便的前提下，應盡量使橋型美觀大方，多樣化，以體現(xiàn)時代氣息，并在主體工程驗收后進行適當?shù)牡b飾，可大大提高行車安全及舒適感以提高高速公路的社會效益和經(jīng)濟效益。
4. 實用經(jīng)濟、造價合理。
在橋型的選擇時，一方面從“輕型”著手，以減少圬工體積；一方面不攀高用料。因此，長益路上跨天橋主要采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，全線43座天橋中僅在兩個服務區(qū)中行人天橋的上部結(jié)構(gòu)采用了鋼結(jié)構(gòu)。
三、上跨天橋的應用
根據(jù)以上選用方案的基本原則，我們在全線43 座上跨天橋的設計中采用了8 種以上的拱梁式鋼筋砼上部結(jié)構(gòu)及兩種鋼結(jié)構(gòu)上部構(gòu)造型式，其設計特點與建成后的整體效果分別概述如下：
1. 鋼筋砼斜腿剛構(gòu)橋
上部構(gòu)造整體受力，多次超靜定結(jié)構(gòu)，整體現(xiàn)澆施工。上部全長48m，中跨25.8m，兩斜腿支承點，間距33.8m，主梁呈變高Ⅱ形，橋面至橋下路面頂高差6.89m。構(gòu)件的簡單，斷面的變化及與地形的充分結(jié)合，使人感到整體的美觀和諧，同時，該橋開口斷面施工方便，模板支撐容易，可重復使用，且造價也較其它橋型低，因此該橋型采用的座數(shù)為上跨天橋之冠。但由于開口斷面，下緣承拉較弱，為使受力更加合理及橋型更加輕巧美觀，今后的設計中在充分考慮施工難易程度的前提下，可考慮采用整體箱型截面。
2. 帶拱上板式立柱、拱上實心連續(xù)板及主拱為實心板式的鋼筋砼拱橋。
本橋為傳統(tǒng)式拱橋類型，但由于拱上采用薄壁板式結(jié)構(gòu)，且主拱川增加側(cè)向懸臂線條，使之外形輕巧、美觀，大方、得體。又因其建筑較高(橋下路面以至橋面高7.98m)，故高切方處設置此種橋型較易。但拱式結(jié)構(gòu)的特點是兩個橋臺體積較大，造價較高，因此在日后的設計中，如地基情況允許，設置分離式基礎，可適當降低造價。本橋型施工方面較易，模板簡單，操作容易。該橋型也是采用較多的一種橋型，全線共有8座。
3. 普通鋼筋砼板拱橋帶拱上預應力空心板橋
本橋型拱上全長47.76m，主拱凈跨38.00m，建筑高度7.88m，拱度1/8，為使橋型輕巧，減少主拱川寬度，采用了使拱上側(cè)懸臂增加正面線條，同時拱上16.41m長度內(nèi)不設拱上立柱，而設置縱向預應力鋼筋的方案，但又為避免在空心板中施加的預應力對主拱川產(chǎn)生附加應力，故將空習板與主拱圈接頭處斷開，使空心板部份成為簡單的簡支梁式結(jié)構(gòu)。由于減少了拱上立柱，使人視野更加開闊，從而更利于行車安全。但此種橋型與其他橋型相比，造價較高且施工工藝要求略高，故全線僅設一座。
4. 普通鋼筋砼板拱帶拱上空心板坡拱橋
此橋?qū)俚谌N橋型的改進，為結(jié)合路側(cè)地形，避免接線填方，特將兩側(cè)拱上建筑設計呈坡形，跨中建筑高度為7.53m，而主橋臺部份可減小至5.67m，從而減少了第三種橋型拱上預應力，簡化了施工，降低了造價，也使拱上空腹部份空心板長度減至11.135m，且橋型同樣輕巧，更能突出與地形的充分結(jié)合，造價也較第三種橋型節(jié)省約29%，故本路段此橋型共設置8 座，屬采用較多的一種。
5. 普通鋼筋混凝土T型剛構(gòu)橋
本橋型上部全長48m，跨中設置薄壁中墩，為節(jié)省造價，主梁為空心變截面。建筑高度為各橋型最低(路面至橋面為7.07m)，適合較少切方地段。墩臺圬工體積小，因之造價較低，但空心梁的內(nèi)部模板難以回收利用。此橋型外觀輕盈，是一種較理想的橋型，所以本路上使用也較多(共5 座)，其造價與第一種橋型相當。
6. 預應力鋼筋砼三跨連續(xù)梁橋
三跨預應力鋼筋砼梁橋在路線共設置了二座，主梁呈箱型斷面，梁高1.48m，橋面寬7.00m，設計荷截H-10，橋面距上跨路面高差6.7m，橋總長58.00m，中間跨320m，由于兩端接線較低，采用此種橋型為宜。中墩直徑1.20m，均位于所跨主線邊溝外測。為避免跨中產(chǎn)生較大彎矩，則邊跨較長。此橋箱梁斷面較高，顯得笨重，但箱內(nèi)約有1.20m 高空間，故施工較容易，模板可重復使用。
7. 預應力鋼筋砼兩跨連續(xù)梁
本橋用于互通匝道上，橋總寬19m，橋臺不分離，橋墩及上部分離，分別寬7.75m、11.25m，上部構(gòu)造梁長2×28.10m，中墩采用薄壁鋼筋混凝土中墩。為便于橋下路面施工攤鋪機行走，墩厚僅0.70m。橋面至所跨路面高差7.07m，梁取用了較低的斷面，從而減少了匝道的土方量，降低了造價。橋型布置合理，總體美觀協(xié)調(diào)。
8. 普通鋼筋混凝土三跨連續(xù)梁橋
此橋地處互通立交中，上跨主線及匝道，橋長27.0+24.0+27.0=78.0m，寬3.0m橋跨的布置一方面考慮中國古建筑特色中的均衡對稱，一方面又考慮了對所跨主行車道及不對稱的加減行車道無影響，進行了多個不同方案比較，最終選取中跨跨小而兩邊跨對稱加大的方案，從效果看是合適的。此橋的第二個特點是斷面型式的取用：基于本橋較窄(全寬3.0m)，如采用箱型截面施工難度大，故采用T 型截面，同時采用變高，使全橋立面線條較多，顯得活潑、輕盈、雖然其中一個邊跨有加長，但此橋正處互通始端，使視野更為遼闊，整個互通盡收眼底。此種橋型全線有兩座，另一座系設在進入收費站之后的匝道上，跨徑略小，中跨大，兩個邊跨主要跨切方邊坡，并起平衡作用。
9. 中承式鋼筋混凝土肋拱橋
本橋地處長沙市郊，長益路與老路相交主線下穿，為保證橋下凈空，減少接線土方量，橋面至主線路面高差僅6.40m，故采用中承拱結(jié)構(gòu)。本橋橋長50.0m，橋面寬12.0m，兩條肋對稱設置，肋寬0.80m，截面呈I型，系桿間距4.0m，采用精制螺紋鋼外套不銹鋼套管，柔性板式裝配橋面。此橋外型美觀、線條突出，主體完工后又進行了適當?shù)耐苛涎b飾，遠觀如一道絢麗的彩虹懸于天際，使人心曠神怡，倍感輕松愉快，更顯示了將要進入都市之繁華景象，為進入長沙市的第一景。
