結合實例論城市立交橋設計

韓 穎 彭 林

（1、東莞市城建規劃設計院，廣東 東莞523110；2、東莞生態園管委會規劃建設科，廣東 東莞523668）

城市立交橋已成為現代化城市的重要標志。為保證交通互不干擾，而在道路、鐵路交叉處建造的橋梁。廣泛應用于高速公路和城市道路中的交通繁忙地段。從此，城市交通開始從平地走向立體。

1 主要技術參數與水文地質條件

某立交橋位于市區，為五線三層互通式立交橋。底層為地面道路，二層為中環線直行車道。

1.1 主要技術參數

設計荷載：汽車-20級，掛車-100驗算；地震烈度：按7度地震基本烈度設防；設計車速：V主橋=100km/h，V匝道=50km/h；平面線：R匝道≥65m；橋梁橫斷面寬度：兩條車道匝道橋梁總寬度10.5m；匝道交匯段三車道匝道總寬度14.0m；立交漸變段橋梁總寬度為14.0~30.5m；橋梁最大縱坡<5%，最大橫坡<6%；排水標準：重現期：1a；集水時間：10min，徑流系數：1.0；延緩系數：2.0。

1.2 水文地質條件

根據橋址處40個鉆孔(18個取土孔，22個靜力觸探孔)資料，地質結構按其成因共分七層，除第一層為人工填土外，其余六層多為粉土或粉質粘土，其中第五層為細砂至中砂，厚15.2~17.9m。

根據各土層剪切波速的實測值，平均值為228m/s，判定場地土為Ⅲ類土。

地下水一般為SO4-Na或Cl-Na型水，對砼有一定的侵蝕性。

2 城市立交橋設計規劃與設計原則

在立交橋的設計規劃中應重點考慮出入交通量、交通組成、設計車速、城市景觀、用地范已建工程、拆遷可能性、將來的遠景發展等相關因素。本文立交橋設計重點考慮了以下因素：(1)立交范圍內地面道路應相互連通，構成網絡，疏解沿線地方單位進出交通，組織公共交通；(2)應向空間發展，以節約用地，減少拆遷；(3)滿足交叉口交通功能需要，與立交等級、性質、任務和交通量相適應;立交主要道路與次要道主要交通流向與次要交通流向相結合；(4)立交造型美觀，與立交所處的地形、地物及環境相適應。

3 橋梁上部結構設計

3.1 結構選型

設計立交橋具有交通量大，無斷交條件，曲線橋和異型段橋約占全橋面積70%以上等特點，并要求工期短。經過多次優化比選，主跨25m以上的曲線橋和異型段橋采用現澆預應力砼連續箱梁；主跨在25m以下(含25m)的曲線橋和異型段橋，采用現澆普通鋼筋砼連續箱梁；直線段橋則采用預制預應力砼大空心簡支板梁，然后設以橋面連接板。

3.2 結構計算

箱梁內力按平面桿系有限元程序計算，并采用三維有限元分析程序作驗算。通過計算與合理的選擇優化使得配置的預應力束與受力特征更趨合理，并減少鋼絞線40%以上。

預應力砼構件，基本上按全預應力構件考慮。部分截面按A類受彎構件考慮，恒載時不允許出現拉應力，營運階段的最大拉應力控制在砼的極限拉應力以內。預應力束與孔道壁的阻系數(u)用0.20，束位置偏差系數(K)用0.002。

在計算過程中，考慮了支座對箱體的約束效應，內支點負彎矩時，采用0.95的折減系數。

3.2.1 鋼筋混凝土箱形連續梁

該類箱梁包括曲線梁及異形梁，梁體分別采用單箱單室、單箱雙室及單箱三室截面。跨度18~30m，梁高1.2~1.6m，一般取4孔為一聯。最小平面半徑R＝45m。箱梁頂、底板縱向布置Φ25及Φ32鋼筋。

異形梁采用單箱多室處理，外觀整潔。對于分離式基礎則在頂板上設構造縫以減小橫向剛度。防止因基礎下沉不均勻引起的箱梁橫向相對變位而造成的內力過大、混凝土開裂等不利現象。箱梁結構均采用2m的懸臂翼緣。箱梁的結構分析采用PKPM連續梁計算程序。按施工、運營階段進行內力及抗裂性能計算并配置普通鋼筋；考慮到橋墩臺不均勻下沉對梁體產生的不利影響，荷載組合取偏安全的組合，且按相鄰墩臺相對位移2cm計算。箱梁橫向計算時需采用框架結構分析計算方法。

3.2.2 預應力混凝土槽梁及空心板梁

槽形梁及板梁跨度為18~30m，簡支梁結構。主筋采用冷拉雙控Ⅳ級粗鋼筋，標準強度為750Mpa，工廠預制，現場架設施工。簡支梁結構具有架設速度快且預制質量好等優點，但在匝道平面曲線復雜的情況下并采用斜梁時，相應墩臺坐標計算復雜。在架設時應采用變化鉸接縫寬度的方法以形成平面變寬度的匝道線形。

3.3 結構措施

根據計算知，在荷載作用下，小半徑曲線橋的扭矩比直線橋的扭矩要大，且內外弧支點反力相差也大。為了使內力分布規律更加合理，我們對A匝道橋采取了以下措施：

(1)箍筋間距加密至l0cm；(2)將中墩單支點向外弧側預調8~11cm的偏心距；(3)每聯端支點采用強勁的抗扭雙支座，且將其間距加大到3.6m，并將端橫隔梁加長到與橋同寬。

4 橋梁下部結構設計

4.1 蓋梁

預應力砼大空心板，采用倒T形蓋梁，跨徑10.0~12.8m，懸跨比0.34~0.37，部分為獨柱懸臂長8.1m，蓋梁高2.31~2.61m，寬2.5~2.6m，牛腿最小高度l.lm。對于相鄰孔主梁跨徑不等的蓋梁，用支座偏位法來抵衡不平衡彎矩。為了適應彎橋空心板的布置需要。蓋梁寬度采用大小頭的扇形狀。除長度大于17.5m的獨柱雙懸臂蓋梁采用預應力鹼結構外，其余均用普通鋼筋硅結構。主筋：預應力混凝土結構用Φ15.24mm高強度低松弛鋼絞線，普通鋼筋混凝土用Ⅱ級鋼。蓋梁混凝土：預應力混凝土C50，普通鋼筋混凝土C30。

4.2 墩柱

設計橋最高柱身為14.923m，一般柱高為3~11m。柱身采用倒棱的矩形截面。其尺寸：柱高大于11m(含11m)用140×200cm；柱高小于11m采用110×150cm，角棱15×15cm。柱子主筋采用Ⅱ級鋼，配筋率控制在1%以內，柱身混凝土采用C30普通混凝土。

4.3 樁基礎

基礎采用40×40cm的鋼筋混凝土打入樁，鋼板焊接接頭。樁中心最小橫向間距1.0，最小縱向間距1.2m。鋼筋混凝土承臺厚1.5m，根據具體需要在頂、底部鋪設受力鋼筋網。簡支梁結構樁長24m，連續梁考慮不均勻沉降的不利影響，采用樁長30m。

為了確保地下各種管道的安全，根據地形條件還采用了直徑0.7~1.5m的鉆孔樁，樁長最大40m。上述樁底均已進入了暗綠色粉質粘土持力層或草黃色粉質粘土。在墩臺計算中，一聯上部結構的活載水平制動力及溫度力按墩身剛度分配到各墩臺，剛度系數考慮橡膠支座剪切變形的影響；墩臺還進行了七度地震力的檢算。

5 橋面結構

橋面鋪裝層設8cm厚的C30混凝土墊層(預應力連續梁設C30防水混凝土墊層)，并設Φ8鋼筋網，間距15cm。墊層之上在負彎矩處涂以防水涂料，上鋪設5cm厚瀝青混凝土，橋面采用橡膠板式伸縮縫。全橋采用矩形、圓形板式橡膠支座及四氟板式橡膠支座。機動車道兩側均設鋼筋混凝土墻上加連續潤管的復合式防撞墻，非機動車道橋面兩側設人行欄桿。

6 結語

城市大型跨線橋立交工程應首先做好總體規劃設計工作，在前期工作階段就應認真做好方案的比選，這對工程的順利實施和緩和對周邊環境的影響起到至關重要的作用。在做好方案比選后，就應按照橋梁上部結構、下部結構、橋面結構的設計順序進行整體橋梁的設計。

[1]GB50220-1995，城市道路交通規劃設計規范[S].

[2]CJJ11-1993，城市橋梁設計準則[S].