津漢高速與海濱高速聯(lián)絡(luò)線工程橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)問題研究

李連強,馮克巖,項敬輝

（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300457）

津漢高速與海濱高速聯(lián)絡(luò)線工程橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)問題研究

李連強,馮克巖,項敬輝

（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300457）

介紹了津漢高速與海濱高速聯(lián)絡(luò)線的工程背景、橋梁工程設(shè)計及技術(shù)標準，及若干關(guān)鍵技術(shù)問題。

聯(lián)絡(luò)線；結(jié)構(gòu)設(shè)計；門架；抗震；耐久性

1　概述

為解決現(xiàn)狀海濱高速過境交通、集疏港交通和區(qū)域交通相互干擾，天津濱海新區(qū)實施了津漢高速與海濱高速聯(lián)絡(luò)線工程，將過境交通從海濱高速分流至新建疏解線，減小了集疏港交通的壓力。工程已于2015年3月開工，預(yù)計2016年6月竣工。

工程北起津漢高速漢沽收費站以西約1.1km處，跨越津漢地面輔道，上跨漢蔡路后，沿漢蔡路向南，占用漢蔡路與中心漁港間中心漁港范圍內(nèi)的綠化帶，采用全線高架橋穿越中心漁港范圍，終點接海濱高速，全線采用高架橋形式，橋梁長度4.858km。工程起點、終點設(shè)置漢蔡路互通立交、海濱高速立交，中間設(shè)置主線高架橋，橋梁面積約11.3萬m2。工程地理位置和聯(lián)絡(luò)線平面布置如圖1和圖2所示。

工程沿線構(gòu)筑物眾多，跨越多條高速公路、城市主干道，地上存在多條高壓線，地下埋深多條燃氣、輸水管線，同時穿越強震區(qū)、鹽池。工期緊，任務(wù)重，設(shè)計及施工存在眾多難點，需予以重視。

圖1　工程地理位置圖

圖2　聯(lián)絡(luò)線平面布置圖

2　工程背景

隨著天津濱海新區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，海濱高速交通流量激增，海濱高速開放段交通量已經(jīng)趨于飽和，并且以大型貨車居多，過境交通流量對新區(qū)核心區(qū)交通形成很大干擾。本工程將在建的津港高速、西外環(huán)高速、津漢高速與海濱高速相連接，共同組成海濱高速核心區(qū)疏解線，引導(dǎo)過境交通避開濱海核心區(qū)，形成沿海高速過境通道，避免穿越濱海核心區(qū)，減少了濱海核心區(qū)的交通壓力。

按照新一輪國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃，已將該工程納入到國高網(wǎng)規(guī)劃，與河北、山東沿海高速共同組成環(huán)渤海高速公路。

3　橋梁設(shè)計技術(shù)標準

設(shè)計基準期：100年。

設(shè)計安全等級：一級。

荷載標準：公路-Ⅰ級。

設(shè)計行車速度：V＝80km/h。

橋梁橫斷面：雙向四車道高速公路標準，橋梁按雙幅橋設(shè)置，0.5m（防撞欄桿）+12.0m（車行道）+0.5m（防撞欄桿）+0.5m（橋梁凈距）+0.5m（防撞欄桿）+12.0m（車行道）+0.5m（防撞欄桿），單幅橋?qū)?3.0m，斷面全寬26.5m。

地震烈度：設(shè)防烈度8度。

設(shè)計地震動峰值加速度系數(shù)：0.2。

抗震設(shè)防B類橋梁，措施等級9度。

4　橋梁工程設(shè)計

本工程分為漢蔡路互通立交、海濱高速立交及主線高架橋，橋梁具體結(jié)構(gòu)形式分述如下。

4.1漢蔡路互通立交

立交為一般服務(wù)型互通式立交，為近遠期結(jié)合的立交方案。近期采用主線橋梁跨越漢蔡路的菱形立交，設(shè)置地面輔道與漢蔡路溝通，并預(yù)留遠期地面輔道與漢蔡路苜蓿葉立交的實施條件；遠期視道路建設(shè)與土地開發(fā)計劃或交通量較大時再實施苜蓿葉立交。立交由左幅橋、右幅橋組成。橋型選擇及橋孔布置綜合考慮路線接線、橋臺位置、道路跨越要求、施工條件等因素，跨徑25～72.6m。對于50m跨徑以下的上部結(jié)構(gòu)，采用等截面現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；對于50m跨徑以上的上部結(jié)構(gòu)，采用變截面現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。下部采用花瓶墩，橫向支點間距4.0～4.5m，半圓與矩形相結(jié)合截面。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，矩形承臺。現(xiàn)澆梁斷面圖如圖3所示。

圖3　現(xiàn)澆梁斷面圖（單位：cm）

4.2海濱高速立交

立交為丁字交叉，跨越現(xiàn)狀海濱高速，相交角度約為50°。立交由主線、A線、B線組成。橋型選擇及橋孔布置綜合考慮路線接線、橋臺位置、道路跨越要求、施工條件等因素，跨徑21～62m。對于50m跨徑以下的上部結(jié)構(gòu)，采用等截面現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；對于50m跨徑以上的上部結(jié)構(gòu)，采用變截面現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。對于跨越海濱高速位置，采用1×62m簡支鋼箱梁。

現(xiàn)澆梁下部采用花瓶墩，橫向支點間距4.0～4.5m，半圓與矩形相結(jié)合截面。上部為鋼箱梁，下部采用雙柱接明蓋梁。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，矩形承臺。鋼箱梁斷面圖如圖4所示。

圖4　鋼箱梁斷面圖（單位：cm）

4.3主線高架橋

主線高架橋全線位于漢蔡路北側(cè)綠化帶內(nèi)，由左幅橋、右幅橋組成，分別為Z線、Y線、主線。橋型選擇及橋孔布置綜合考慮道路跨越要求、施工條件等因素，跨徑30～56m。對于跨徑小于40m，且平曲線半徑大于800m的上部結(jié)構(gòu)，采用預(yù)制簡支變連續(xù)小箱梁；對于跨徑小于50m，且平曲線半徑小于800m的上部結(jié)構(gòu)，采用等截面現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁；對于50m跨徑以上的上部結(jié)構(gòu)，采用變截面現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的下部結(jié)構(gòu)形式。上部為預(yù)制小箱梁，下部采用雙柱接明蓋梁；上部為現(xiàn)澆箱梁，下部采用花瓶墩，橫向支點間距4.0～4.5m，半圓與矩形相結(jié)合截面。小箱梁斷面圖如圖5所示。

圖5　小箱梁斷面圖（單位：cm）

5　關(guān)鍵技術(shù)問題研究

5.1跨越津漢高速輔道節(jié)點的處理

聯(lián)絡(luò)線在上跨津漢地面輔道處，主線線位與地面輔道線位夾角22°。由于工程土地已經(jīng)征用，且地面輔道南側(cè)存在一條現(xiàn)狀高壓線，線位已無調(diào)整可能。通過調(diào)整橋梁跨徑及結(jié)構(gòu)形式，提出兩種方案：

（1）一跨跨越地面輔道，跨徑90～120m。

（2）通過暗蓋梁橫向加寬，在中央分隔帶設(shè)置門架，跨徑布置30～48m。

方案一通過加大跨徑形式跨越，行車視野開闊，但梁高大，橋長增加，橋梁規(guī)模較大。方案二通過加寬暗橫梁，在中央分隔帶內(nèi)設(shè)置墩柱，減小了跨徑，梁高小，橋梁規(guī)模較小，但橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，門架跨度12～17m，需配置預(yù)應(yīng)力。

通過比較，在滿足行車視距的前提下，選取方案二設(shè)置暗蓋梁門架方案。相關(guān)示意圖如圖6～圖9所示。

圖6　平面位置示意圖

圖7　門架布置平面圖（單位：m）

圖8　門架斷面圖（單位：cm）

圖9　門架預(yù)應(yīng)力鋼束立面圖（單位：cm）

以右幅橋40m+48m+37.0624m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，門架跨徑17.4m為例，全聯(lián)采用梁格法進行空間建模，箱梁及門架按照部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件進行計算。通過驗算，門架配置2排9s15.2和1排12s15.2共22束預(yù)應(yīng)力鋼束，滿足規(guī)范要求。

5.2強震區(qū)橋梁抗震設(shè)計

工程全線位于天津漢沽境內(nèi)，沿線寧河、清河農(nóng)場至漢沽一帶地震活動劇烈，以往都有大量的小及中強震發(fā)生，屬于唐山地震活動塊體。場地土類型為軟弱土，場地類別為Ⅳ類，地質(zhì)條件差，橋梁抗震設(shè)計顯得尤為重要。地震導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)受損如圖10、圖11所示。

圖10　落梁

橋梁按照兩水準設(shè)防，兩階段設(shè)計。在E1地震作用下，進行彈性設(shè)計。在E2地震作用下，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，進行延性設(shè)計，或者減隔震設(shè)計。同時采取相應(yīng)的抗震措施。

圖11　墩身破壞

跨徑30m小箱梁結(jié)構(gòu)，采用水平力分散型橡膠支座。E1水準采用彈性設(shè)計，根據(jù)計算確定基礎(chǔ)型式、樁長。E2水準采用延性設(shè)計，墩柱作為延性構(gòu)件。通過截面彎曲-曲率(M-Φ)分析，求解屈服彎矩，分析墩柱是否進入塑性。如果進入塑性，考慮塑性鉸，驗算墩定位移、塑性鉸抗剪，如圖12所示。

圖12　截面彎曲-曲率(M-Φ)分析

跨徑小于40m的現(xiàn)澆箱梁，采用鉛芯橡膠支座。E1水準采用彈性設(shè)計，將鉛芯橡膠支座的彈性剛度輸入，根據(jù)計算確定基礎(chǔ)型式、樁長。E2水準采用減震設(shè)計，將鉛芯橡膠支座的屈服剛度輸入，驗算基礎(chǔ)及位移，如圖13、圖14所示。

圖13　鉛芯橡膠支座

圖14　鉛芯橡膠支座剛度輸入

跨徑大于40m的現(xiàn)澆箱梁，采用速度鎖定型變曲率摩擦擺式支座。E1水準采用彈性設(shè)計，各墩聯(lián)合抗推，共同抗震（速度器鎖定），根據(jù)計算確定基礎(chǔ)型式、樁長。E2水準作用下各墩位支座共同擺動工作，聯(lián)合減震（支座抗震銷剪斷），驗算基礎(chǔ)及位移，如圖15、圖16所示。

圖15　速度鎖定型變曲率摩擦擺式支座

主要抗震措施：

（1）橋梁結(jié)構(gòu)宜跨度相同，每聯(lián)連續(xù)跨內(nèi)下部墩身剛度相近。

（2）通過調(diào)節(jié)每聯(lián)內(nèi)墩柱的截面尺寸，潛在塑性鉸區(qū)域內(nèi)箍筋的布置、配箍率，縱向鋼筋的配筋率，進而調(diào)節(jié)墩身剛度，提高墩柱的延性能力。

圖16　速度鎖定型變曲率摩擦擺式支座剛度輸入

（3）適當(dāng)?shù)募訉挾张_及蓋梁頂寬度，防止落梁。蓋梁加強橫向兩側(cè)抗震擋設(shè)計，花瓶柱設(shè)置抗震槽鋼，伸縮縫、橋臺設(shè)置橡膠墊。

（4）每片預(yù)制梁頂面增設(shè)預(yù)埋鋼筋，在保證橋面混凝土鋪裝與主梁結(jié)合良好的同時，加強各片梁之間的橫向連接。

（5）保證板式支座的抗滑穩(wěn)定性，選用水平力分散型橡膠支座。

（6）伸縮縫設(shè)置，宜考慮地震作用下梁的相向運動，對于橋臺位置，墩柱剛度、上部結(jié)構(gòu)型式變化的位置，宜適當(dāng)加大伸縮縫的尺寸。

5.3強腐蝕地區(qū)橋梁耐久性設(shè)計

本工程穿越漢沽鹽場，鹽池表層水土中的含鹽量很多，都達到飽和或過飽和，超出海水含鹽量的10倍以上，在此類環(huán)境下進行橋梁建設(shè)，耐久性設(shè)計顯得尤為重要。鹽池現(xiàn)場照片和海水腐蝕照片如圖17、圖18所示。

圖17　鹽池現(xiàn)場照片

圖18　海水腐蝕照片

耐久性設(shè)計：

（1）橋梁樁基、橋臺（承臺）及系梁、防撞護欄的混凝土強度等級統(tǒng)一提高到C35，墩柱提高到C40，并適當(dāng)加大主筋凈保護層厚度。

（2）處于鹽池的墩柱外側(cè)設(shè)置一層厚20cm同標號混凝土保護層（柱靴）。

（3）樁基外側(cè)設(shè)置永久性鋼護桶，壁厚10mm，長4m，涂刷防腐涂料。

（4）承臺、墩柱、橋臺混凝土抗凍等級采用F300。

（5）位于土中的承臺、系梁、墩柱涂刷防腐涂料，墩柱涂刷至高于地面50cm處。橋臺承臺施工前，應(yīng)在下墊層頂面涂刷防腐涂料，承臺施工完成后，在承臺外壁及頂面涂刷防腐涂料；橋臺各部位表面均需涂刷防腐涂料。混凝土表面涂層最小平均厚度見表1。鋼護筒表面涂層最小平均厚度見表2。

表1　混凝土表面涂層最小平均厚度

表2　鋼護筒表面涂層最小平均厚度

（6）混凝土耐久性要求。

a.水泥中氯離子含量應(yīng)盡可能低，混凝土拌和料中因各種原材料（水泥、礦物摻和料、集料、外加劑和拌和水等）引入的水溶氯離子總量：對于鋼筋混凝土構(gòu)件，應(yīng)不超過膠凝材料重的0.1%；對于預(yù)應(yīng)力混凝土，應(yīng)不超過膠凝材料重的0.06%。混凝土中的總含堿量一般不宜超過3kg/m3。

b.要求水泥中C3A含量不應(yīng)超過8%，水泥細度（比表面積）不宜超過350m2/kg，游離氧化鈣不宜超過1.5%。宜采用C2S（硅酸二鈣）含量較高而水化熱較低的硅酸鹽類水泥品種。

c.混凝土抗凍耐久性指數(shù)DF，承臺和墩柱部分DF值取80%，其余DF值取60%。

d.混凝土28d齡期的氯離子擴散系數(shù)DRCM值應(yīng)小于4×10-12m2/s。

e.對于有抗凍要求部位的混凝土，應(yīng)在混凝土拌和時摻加引氣劑。

（7）構(gòu)件的防排水設(shè)計。橋面鋪裝層與橋面之間，按照相關(guān)規(guī)范要求，設(shè)置可靠的防水層，并按照排水設(shè)計要求設(shè)置橋梁泄水孔，泄水管不得以鋼質(zhì)或鑄鐵替代PVC管，不得隨意減短泄水管長度。

（8）需要進行的定期維修與檢測項目。對于有水位變動區(qū)域或潮濕區(qū)域的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)觀察混凝土表面涂層有無表層起皮，并發(fā)展到剝落、集料裸露的狀況發(fā)生。

由于結(jié)構(gòu)的個別部位的使用年限不一定能達到與主體的設(shè)計基準期相同，如橋梁支座、伸縮縫、泄水孔、橋面鋪裝、混凝土表面涂層等，應(yīng)對這些部位進行定期檢查，如遇損壞應(yīng)及時維修。

對于復(fù)合曲率摩擦擺支座，按照廠家提供的產(chǎn)品使用要求進行維護。應(yīng)根據(jù)不同場合、突發(fā)事件等情況下還應(yīng)做如下維護管理：安裝1年后做初期檢查，然后每3～5年定期檢查一次，發(fā)生強烈地震等情況應(yīng)及時檢查。

6　結(jié)　語

該工程為天津濱海新區(qū)環(huán)線高速的重要組成部分，工程建成后，將與海濱高速、西外環(huán)高速、津港高速二期、津漢高速共同構(gòu)成新區(qū)外圍環(huán)線高速路網(wǎng)，對于疏解集疏港通行壓力、實現(xiàn)新區(qū)交通客貨分離具有重要意義。

工程目前主體部分已經(jīng)施工完畢，施工質(zhì)量良好，為以后建設(shè)的路網(wǎng)工程提供了寶貴的設(shè)計經(jīng)驗。

[1]顧賽輝.天津濱海新區(qū)西外環(huán)鹽池段橋梁耐久性設(shè)計[J].中國市政工程，2013（2）：20-21，27，104-105.

U442.5

B

1009-7716（2016）11-0065-06

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.019

2016-07-05

李連強（1970-），男，天津人，教授級高級工程師，從事橋梁結(jié)構(gòu)工程設(shè)計工作。