某高速公路長(zhǎng)益段上跨天橋設(shè)計(jì)構(gòu)思及工程特點(diǎn)
2010-06-02
一、前言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為國(guó)家現(xiàn)代化水平標(biāo)志之一的高速公路建設(shè)，近年來(lái)發(fā)展極為迅速?；诟咚俟沸熊嚱煌刂迫忾]的特點(diǎn)，各種上跨、下穿立交橋在高速公路建設(shè)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(jī)耕道、鄉(xiāng)道及人行天橋數(shù)量較多。僅長(zhǎng)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(shì)巧妙的結(jié)合，美觀得體、造價(jià)低、方便施工，業(yè)主與設(shè)計(jì)單位密切配合，針對(duì)每座橋所處位置進(jìn)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(diǎn)作一簡(jiǎn)介。
二、天橋方案選取原則
根據(jù)高速公路上跨天橋的特點(diǎn)，并結(jié)合長(zhǎng)常高速公路長(zhǎng)益段的應(yīng)用情況，可歸納出上跨天橋方案的選取主要應(yīng)考慮的幾項(xiàng)原則如下：
1. 因地制宜充分考慮地形。
長(zhǎng)益公路地處丘陵區(qū)，天橋絕大部分設(shè)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(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。如橋兩端地勢(shì)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(jī)，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(jī)的通行受阻，直接影響路面施工進(jìn)度。也對(duì)通車運(yùn)營(yíng)階段安全行車伏有隱患。故在方案選取時(shí)，盡量少用設(shè)中墩橋梁，即使設(shè)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(shí)代氣息，并在主體工程驗(yàn)收后進(jìn)行適當(dāng)?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(jī)視野內(nèi)的空間感覺(jué)對(duì)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(diǎn)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(duì)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(yīng)盡量使橋型美觀大方，多樣化，以體現(xiàn)時(shí)代氣息，并在主體工程驗(yàn)收后進(jìn)行適當(dāng)?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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
4. 實(shí)用經(jīng)濟(jì)、造價(jià)合理。
在橋型的選擇時(shí)，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(zhǎng)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(gè)服務(wù)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(yīng)用
根據(jù)以上選用方案的基本原則，我們?cè)谌€43 座上跨天橋的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)特點(diǎn)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(zhǎng)48m，中跨25.8m，兩斜腿支承點(diǎn)，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(jiǎn)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(shí)，該橋開口斷面施工方便，模板支撐容易，可重復(fù)使用，且造價(jià)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(shè)計(jì)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(shí)心連續(xù)板及主拱為實(shí)心板式的鋼筋砼拱橋。
本橋?yàn)閭鹘y(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(shè)置此種橋型較易。但拱式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是兩個(gè)橋臺(tái)體積較大，造價(jià)較高，因此在日后的設(shè)計(jì)中，如地基情況允許，設(shè)置分離式基礎(chǔ)，可適當(dāng)降低造價(jià)。本橋型施工方面較易，模板簡(jiǎn)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(yù)應(yīng)力空心板橋
本橋型拱上全長(zhǎng)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(shí)拱上16.41m長(zhǎng)度內(nèi)不設(shè)拱上立柱，而設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋的方案，但又為避免在空心板中施加的預(yù)應(yīng)力對(duì)主拱川產(chǎn)生附加應(yīng)力，故將空習(xí)板與主拱圈接頭處斷開，使空心板部份成為簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)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(jià)較高且施工工藝要求略高，故全線僅設(shè)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(jìn)，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(shè)計(jì)呈坡形，跨中建筑高度為7.53m，而主橋臺(tái)部份可減小至5.67m，從而減少了第三種橋型拱上預(yù)應(yīng)力，簡(jiǎn)化了施工，降低了造價(jià)，也使拱上空腹部份空心板長(zhǎng)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(jià)也較第三種橋型節(jié)省約29%，故本路段此橋型共設(shè)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(zhǎng)48m，跨中設(shè)置薄壁中墩，為節(jié)省造價(jià)，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(tái)圬工體積小，因之造價(jià)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(jià)與第一種橋型相當(dāng)。
6. 預(yù)應(yīng)力鋼筋砼三跨連續(xù)梁橋
三跨預(yù)應(yīng)力鋼筋砼梁橋在路線共設(shè)置了二座，主梁呈箱型斷面，梁高1.48m，橋面寬7.00m，設(shè)計(jì)荷截H-10，橋面距上跨路面高差6.7m，橋總長(zhǎng)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(cè)。為避免跨中產(chǎn)生較大彎矩，則邊跨較長(zhǎng)。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(fù)使用。
7. 預(yù)應(yīng)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(tái)不分離，橋墩及上部分離，分別寬7.75m、11.25m，上部構(gòu)造梁長(zhǎng)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(jī)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(jià)。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(zhǎng)27.0+24.0+27.0=78.0m，寬3.0m橋跨的布置一方面考慮中國(guó)古建筑特色中的均衡對(duì)稱，一方面又考慮了對(duì)所跨主行車道及不對(duì)稱的加減行車道無(wú)影響，進(jìn)行了多個(gè)不同方案比較，最終選取中跨跨小而兩邊跨對(duì)稱加大的方案，從效果看是合適的。此橋的第二個(gè)特點(diǎn)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(shí)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(gè)邊跨有加長(zhǎng)，但此橋正處互通始端，使視野更為遼闊，整個(gè)互通盡收眼底。此種橋型全線有兩座，另一座系設(shè)在進(jìn)入收費(fèi)站之后的匝道上，跨徑略小，中跨大，兩個(gè)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(zhǎng)沙市郊，長(zhǎng)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(zhǎng)50.0m，橋面寬12.0m，兩條肋對(duì)稱設(shè)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(jìn)行了適當(dāng)?shù)耐苛涎b飾，遠(yuǎn)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(jìn)入都市之繁華景象，為進(jìn)入長(zhǎng)沙市的第一景。
