昆明市東、北二環橋梁結構選型及設計

郭建民

（廣州市市政工程設計研究院，廣東廣州510060）

1 概述

昆明二環由兩層系統構成，上層屬于城市快速路高架系統，雙向六車道，設計車速為60 km/h；下層橋下地面道路為城市II級主干道，不少于雙向四車道，設計車速為40 km/h。昆明二環全長27.07 km，其中東二環（石虎關立交～小莊立交）長約7.26 km，北二環（金星立交～北環地面道路終點）長約6.15 km，西二環（小屯立交～西苑立交）長約5.89 km，南二環（明波立交～福德立交）長約7.78 km。

昆明市二環系統平面見圖1。

昆明二環于2009年10月正式通車，通車后昆明市的交通得到大大的改善；其中東二環（見圖2）、北二環橋梁結構設計美觀、大方，得到了業主及相關專家的好評。

2 橋梁結構總體設計特點

橋梁結構的設計標準如下：（1）設計荷載：公路-I級。（2）橋梁設計安全等級：一級。構件重要性系數：1.1。（3）地震荷載：按基本地震烈度8度設計，設計基本地震加速度為0.2 g（g為重力加速度）。（4）橋梁設計基準期：100 a。

昆明市東、北二環系統雖然位于昆明市舊城區，但在新的立交實施以前，橋位處的舊建筑以及部分舊有的橋梁立交結構已經拆除，新建橋梁結構將主要采用現澆混凝土梁結構。

東、北大范圍采用現澆大跨徑預應力混凝土連續箱梁，這樣可減少橋梁墩柱的數量，橋下視野開闊，橋下景觀及橋梁造型也會比較美觀。除此以外，因部分原有橋梁結構需要保留，在新建橋梁結構總體設計時，需要考慮與舊有立交橋梁結構的協調，因此在舊有橋梁附近新建橋梁結構時，新建墩柱需盡量與舊有橋梁結構對齊。

新建橋梁結構主要為以下幾種類型：（1）跨徑為 n×30 m左右（或 28～36 m)的現澆預應力混凝土等高連續箱梁，用于主線及匝道標準段橋梁。這種橋型在東、北二環立交中采用最多，因為跨徑均勻布置，橋梁高度為等高，橋面標高也比較高，整個橋型美觀性較好；（2）主跨跨徑大于45 m的現澆預應力混凝土變高連續箱梁，用于主線跨越相交路口位置。采用這種橋型是因為主線位置可采用滿堂支架法施工，同時采用預應力混凝土結構比鋼結構經濟且易于維修管養；（3）主跨跨徑均大于46 m的大跨徑鋼-混凝土連續疊合箱梁，用于多層立交的匝道相交位置或局部主線跨越路口位置，這些匝道因為跨越主線橋梁，現場搭設支架困難，而且曲線半徑太小，采用預應力混凝土結構結構受力不合理；（4）跨徑為 n×25 m(或 20～25 m)鋼筋混凝土連續箱梁，用于匝道小半徑曲線橋以及主線過渡段橋梁或與舊橋平行的新建橋梁。

3 大跨徑預應力混凝土連續箱梁

大跨徑預應力混凝土連續箱梁分為兩種，第一種為n×（28～36 m）現澆預應力混凝土等高連續箱梁，梁高為1.8 m，橋寬為8～21 m，用于主線及匝道標準段橋梁；第二種為主跨跨徑為(38～54 m)的三跨現澆預應力混凝土連續箱梁，梁高為1.8 m～(2.3 m、2.8 m),用于主線跨越路口位置。

預應力混凝土橋梁的橫斷面采用斜腹板箱梁橋，在翼板根部位置加設圓弧。標準橫斷面（橋寬13 m），見圖 3。

本立交大范圍采用預應力混凝土連續箱梁結構（見圖4），城市立交的預應力混凝土梁施工一般是采用滿堂支架的方法，等混凝土齡期滿足一定要求以后再張拉預應力束；考慮到預應力束張拉空間的需要，連續多聯預應力混凝土梁一般采用逐跨施工的方式施工，預應力束一般在梁端橫梁位置進行單端張拉。昆明二環系統工程施工工期為一年，工期非常緊張，如何在保障施工工期的前提下優化預應力束的張拉方式，是本立交預應力梁設計的一個關鍵。

為解決施工工期的問題，本次預應力混凝土梁設計采用在梁頂及箱梁內部張拉預應力的方式，使整個立交上部結構可以同時施工，這樣可以有效地解決施工工期緊迫的問題，如圖5、圖6所示，在箱梁腹板頂部設置槽口，并同時在腹板側面設置齒塊作為預應力束張拉位置；為解決箱梁邊跨端部受力問題，在該位置設置了反拉鋼束，采用單端張拉，固定端埋設在端橫梁，張拉端設置在邊跨14～18 m的底板位置。

4 大跨徑鋼-混凝土疊合連續箱梁

在昆明二環以下幾個立交中用到了大跨徑鋼-混凝土疊合連續箱梁橋（見表1）。

表1 大跨徑鋼-混凝土疊合連續箱梁一覽表

這幾聯橋梁有以下幾個特點：

（1）因為主線或匝道與路口斜交的原因，橋梁跨徑布置不規范，無法采用預應力混凝土連續箱梁。如小壩立交和石閘立交的四聯橋梁，其主跨跨徑達50 m，邊跨跨徑才26 m，在保證橋梁外形的情況下，邊跨支座容易脫空，預應力束布束難度大，結構設計難以實現。

（2）該大跨徑橋梁為立交的高層匝道，如大樹營的兩聯鋼-混凝土疊合梁分別位于第三、四層立交，而且匝道為小半徑曲線橋（半徑80m），采用預應力混凝土現澆梁橋施工不方便，結構受力也不合理。

采用大跨徑鋼-混凝土疊合箱梁可以有效地解決這些問題，其跨越能力強，施工方便，現場施工工期短，可以解決小半徑橋梁的受力問題。而且橋梁梁高可以做成與混凝土梁一直，結構輕盈美觀（見圖 7、圖 8）。

鋼-混凝土疊合連續箱梁鋼結構部分為鋼箱梁，鋼箱梁外形與混凝土梁一致，箱梁頂、底板、腹板和墩頂橫梁頂、底、腹板等主要受力板件采用Q345qD鋼板，其余加勁肋，橫隔板均采用Q235qD鋼板。鋼箱梁梁頂設厚約15 cm的鋼纖維混凝土現澆層，鋼梁與混凝土結合部設置剪力釘。鋼梁的橫斷面見圖9。

鋼箱梁的兩個邊箱在加工廠預置，分節段運至現場，先吊裝至臨時支墩上，再利用這兩個預制箱作為施工平臺組裝中間的拼裝箱及兩側的翼板。整個施工工序簡單且易于操作，適用于多層立交交叉處橋梁結構。

大樹營兩聯鋼梁主跨跨徑分別達到54 m及62 m，而其平面曲線半徑僅80 m，橋寬僅8 m（見圖10），在設計計算時必須避免邊跨支座脫空情況的出現，37 m+54 m+37 m跨鋼梁翼板寬度為1.5 m，而40 m+62 m+40 m翼板若采用1.5 m，則邊墩支座可能出現脫空的情況。為解決這個問題有兩種方法：（1）在邊墩位置鋼梁箱內壓重；（2）減小鋼梁翼板寬度，增加鋼梁邊墩位置支座間距以及設置支座橫向偏心。綜合考慮了以上兩種方法，最后采用方法2，即將箱梁翼板寬度改為1.2 m，將邊墩處支座間距增加60 cm，這種方法施工簡單，結構受力明確。

5 鋼筋混凝土連續箱梁

本工程還大量采用了鋼筋混凝土連續箱梁，鋼筋混凝土梁主要應用在保留的舊有立交橋梁結構附近及交叉口位置的橋梁結構，新建橋梁橋墩與舊橋橋墩對齊，橋梁跨徑范圍為17～25 m，橋寬范圍為8～17 m，橋梁翼板寬度為1.2～3 m，橋梁梁高為等高1.8 m。橋梁外型和預應力混凝土梁基本一致。

6 其它

設計橋梁排水管時，為方便維修一般都設置在橋梁結構的外側，但外漏的排水管與橋梁結構不協調，對橋梁結構的美觀造成一定的破壞，本次橋梁結構設計時將橋梁排水管埋置于箱梁及墩柱內部，解決了排水管外置影響美觀的問題。在墩頂防撞墻位置設置側入式排水溝，排水管沿翼板下側進入混凝土橫梁內部，最后導入墩柱的預埋排水管內，最后進入設計的市政排水系統。圖11為橋梁下部結構的照片，排水管都埋置在結構內部，橋梁外型更美觀了。

7 結論

昆明二環于2009年10月份通車，運營效果良好，總結橋梁上部結構的設計特點主要有以下幾點：

（1）立交總體布置合理，有效解決了昆明市區交通堵塞問題。

（2）上部結構箱梁采用斜腹板+圓弧倒角的結構外型，下部結構采用花瓶型墩柱，橋梁造型美觀大方。

（3）大范圍使用大跨度等跨徑的預應力混凝土連續箱梁，減少了橋梁墩柱的數量，改善了橋下景觀。同時改進了預應力束張拉方式，整個立交上部結構可以同時施工，有效地解決了施工工期緊迫的問題。

（4）跨線立交采用大跨徑鋼-混凝土疊合梁。其跨越能力強，施工方便，結構輕盈美觀，結構外型與混凝土梁一致，宏偉壯觀，是本次東、北二環橋梁結構設計的一大亮點。

（5）橋梁排水管埋置于箱梁及墩柱內部，解決了排水管外置影響美觀的問題。

[1]范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2]中國大型市政工程設計與施工——廣州內環路[M].上海:上海交通大學出版社,2004.