有關互通立交橋梁設計研究

張 軍，劉佳鈺

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司 ，天津市 300074）

0 引言

互通式立交橋連接路線兩側的道路,其為行人與車輛的通行提供便利的同時，與周圍的自然環境、地理條件相結合,是當地風景中的一大亮點。在高速公路中，互通立交橋的設計作為高速公路景觀設計的一部分,最重要的是橋型的選擇，需要結合周圍的交通運輸需求與環境，充分利用目前的地形，設計出可持續發展的立交橋，形成立體化交通網絡。

1 互通立交地形設計思路

在不同的交通條件需求與分流方向上，互通立交橋的占地規模有大有小。設計者需要根據分流道路的等級與地形地勢充分考慮進行布設線形，以符合長期發展需求。一些較重要的交通樞紐甚至有可能會占地幾百畝，層數甚至可能會多達五六層，這些互通立交的設計尤其需要精確計算，以避免設計失誤而導致對所有互通道路交通的影響[1]。在地形設計中需要考慮的因素較多，如互通中的拆遷工程、野外公路的整理河道工程、地勢的平整等。出于對自然環境的保護考慮，在地形地物受到破壞的情況下，要盡可能恢復到原有的自然狀態，以對當地的傳統環境表示尊重。在互通立交的設計中，不可避免地會遇到與河流或與原有道路發生沖突的問題，隨著現代環保設計理念的不斷深入，在互通立交橋的設計中，要根據原有的地形與植被情況等進行科學規劃，使互通立交成為周圍環境中的和諧部分。當在地形中有村莊、小山等元素時，需要進行巧妙結合，合理規避，滿足多方需求，才能稱得上是完美的地形設計。

2 互通立交橋梁總體計算

2.1 橋型的選擇

在互通立交橋梁的設計中，首先需要對橋面進行寬度確定。根據目前道路的交通量以及未來的交通量預測，外加道路兩側的護欄、跨線橋的行車寬度等，根據當地政府的長期規劃，來對跨線橋的橋梁寬度進行確定[2]。

立交橋的主要目的是把兩條或多條在路面直接相連有難度的道路進行結合，所以大多數的立交橋現澆箱梁多以彎坡斜或其它的異型結構為主，如果半徑很大，可以利用平面桿系理論進行分析。如果立交橋的半徑較小，或為斜交角度大于10°的箱梁及變化較為劇烈的分叉端異型箱梁，則需要采用梁格法進行結構空間分析，從而更為精確地對不同位置的受力情況進行分析，從而進一步實現精準計算。在高速公路的中間隔離帶設立中墩，一邊一孔跨越高速公路，可以有效降低橋梁主跨越半徑。橋墩一般都會設置在中間隔離帶中，兩側設置波形護欄或鋼筋混凝土防撞護欄，從而對橋墩起到一定的保護作用。在實際操作時，可以先使用桿系軟件進行配束調束工作，待調束完成后，再用梁格方法進行結構驗算。需要注意的是，調束時指標控制(應力、承載能力)應比常規橋梁稍微嚴格。對于沒有中央分隔帶或中央分隔帶很小不宜放置橋墩的路段,采用城市道路中常用的設置防撞墩或防撞圍墻等方案,這樣將壓縮行車寬度,造成交通瓶頸,影響行車道的流暢性和舒適性，并對汽車駕駛員產生心理壓力[3]。

2.2 主跨徑的選擇

隨著高速公路的不斷發展，立交橋的設計也加入了更多的美學內容，在滿足交通運輸壓力需求的基礎上，設計者力求橋梁與橋址周圍的自然環境一致。如果橋梁的主跨徑在35 m以上，則可以采用變截面的曲線梁，橋梁的結構顯得更為輕巧與美觀。道路中央不設橋墩的大跨徑連續梁橋,其透孔度高,視野開闊,行車感覺舒適。在交通樞紐或人群比較集中的地方,大跨徑連續梁橋方案設計較為合適[4]。

跨線橋的主跨在確定之后，要根據兩側的填土高度與周圍的環境來對引橋的長度與橋梁的跨徑進行計算，一般橋梁的聯長在60～200 m，分聯多的話，橋面的伸縮縫也就越多，不利于高速行駛。如果分聯過少，受到溫度或混凝土本身影響的縱向累積位移越大，需要的伸縮縫越大，結構自然也就越復雜。橋梁的縱向伸縮長度的增大,加大了橋墩的溫度縱向變量,對橋墩支座和橋墩的影響加大。合理的聯長可以合理地布置橋梁的跨徑組合,使橋梁的上下部結構設計合理。對于有主跨的橋,橋梁的邊跨一般為主跨的15～18倍[5]，這樣的橋孔布置使橋梁的結構受力合理,減小橋梁的建筑高度,節省建設費用。

2.3 支座設置與板面分析

一般匝道橋中間墩都設為無抗扭剛度的點支撐，通過墩柱的支撐，匝道能夠順利實現暢通與平衡。在設計時，預設中間支座一定的偏心值，可以有效改善橋梁的內扭矩，從而使最大、最小扭矩絕對值接近相等，從而減少抗扭鋼筋的用量，同時改善橋臺扭矩，使各支座受力均勻，避免支座發生脫空，導致梁體傾覆[6]。橋面板的橫向分析一般采用框架模擬，按單向板計算橋面板與橋面板實際受力的情況不符，有可能導致錯誤的配筋；在布置橫向預應力時，不需要在箱室頂板跨中處下彎，只需在橋面板頂緣配置直線通長的預應力鋼絞線。因此，采用框架模型分析，結果更趨合理。

2.4 橋梁布孔

橋孔方案的布設是立交區橋梁設計的靈魂，直接關系到橋梁的造價、施工難易程度、美觀程度，甚至是整個立交方案的合理性。與其它單個橋梁方案選擇有極大不同的地方在于，立交區橋梁多數情況下需要同時面對幾座甚至是十幾座橋梁，需要將整個立交里的橋涵統一考慮，往往某個匝道的橋型布置發生變化會影響到其它數座橋梁的方案變化。

橋孔的設計需要對沿線的自然環境條件與社會條件進行充分考慮，選擇最為恰當的方案，避免對土壤環境、水環境等造成影響和破壞。施工方案的選擇對于橋梁布設也有著很重要的影響。全部現澆結構雖然造型較為美觀，且可以適應絕大多數平面線形要求，但是工期較長，設計施工難度較大的問題不容忽視。在有條件的情況下，應該盡量選用預制結構，或者預制與現澆結構交叉布置的方案[7]。這樣既減少了建設成本，也解決了多聯現澆結構的鋼絞線施工空間問題，以及采用單端逐孔張拉方案引起各聯橋施工相互制約的問題，往往可以成倍縮短工期。對預制結構的形式和跨徑也需要整個立交協調統一考慮，以便于實施。

橋孔分跨時除考慮所跨越結構物外，應結合線形、寬度變化等指標。布孔時盡量以16～30 m的常規跨徑為主，分聯設在寬度變化的起終點處往往會降低設計難度。S型橋梁如兩反向半徑均較小則受力非常復雜，特別是獨柱支撐的S型橋梁受力一般軟件難以計算，在設置預偏心時極難掌握。立交區橋梁規模較大，下部結構紛繁復雜，布孔時應盡量減少下部立柱數量，以免視覺效果紛繁錯亂。確實無法減少時，應考慮將部分立柱對齊布置，在視覺上給人簡潔感。

很多設計者覺得路線組提供的平面線形指標是橋涵設計的基礎資料，不能夠有更多的變通[8]。實際上路線立交方案也不是一點不能變的，因為專業的關系，布設匝道線形時往往無法考慮到橋涵專業。如果在布孔時做些溝通工作，往往會解決很大的問題。比如分叉端的橋孔布置受分叉位置影響很大，但是實際上分叉位置前后挪動幾米甚至十幾米對路線設計來說往往并不是很難做到的事情，卻可以給橋孔布置帶來極大便利。

3 結語

立交橋梁的設計對于道路交通事業的發展有著重要的作用，合理的設計對于成本控制、質量提高及可持續發展都有著重要的意義。設計者要考慮立交橋使用者的安全需求，設計的橋梁符合駕駛人員的舒適感。隨著現代社會的發展，互通立交橋梁的設計已經從簡單滿足道路使用要求上升為美觀和諧及可持續發展。設計者要掌握扎實的橋梁設計理論，統籌思考，才能夠設計出更加完美的立交橋。

[1]許卓偉.互通立交橋梁繪圖系統研究與設計[D].廣州：華南理工大學,2012.

[2]蘇克啟.杜鵬飛.關于互通立交橋梁設計的思考[J].林業建設,2011（1）:38-40.

[3]嚴謙,熊聰峰.城市建成區高速公路互通立交設計研究[J].交通標準化,2012（13）:61-64.

[4]孫紅霞,溫政.互通立交中的橋梁設計探討[J].城市建筑,2012（17）:218-222.

[5]周鵬飛,范蕾.威海市江家寨互通立交橋梁設計探討[J].山東交通科技,2013（3）:36-38.

[6]王艷,符鋅砂.互通立交曲線梁橋繪圖系統設計與實現[J].公路工程,2010（1）:95-97.

[7]劉明政.互通立交曲線梁橋CAD系統的研究與開發[D].廣州：華南理工大學,2010.

[8]吳健.西寧火車站收費式互通立交方案設計研究[J].黑龍江科技信息,2014（26）:258-259.