城市互通立交匝道橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王靖芳

【摘 要】針對(duì)某城市互通式立交橋工程實(shí)際情況，在簡(jiǎn)述其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與所在地質(zhì)位置和地質(zhì)狀況的基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析，最后通過(guò)實(shí)踐，得出本工程所用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案合理可行，安全穩(wěn)定，可為類似工程提供參考借鑒的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】城市立交；互通式立交；匝道橋梁；橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）35-0168-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.072

Structural design of urban interchange interchange ramp bridge

WANG Jing-fang

（Xuzhou Transportation Planning and Design Institute， Xuzhou Jiangsu 221000， China）

【Abstract】In view of the actual situation of an interchange project in a city， based on a brief description of its technical standards， its geological location and geological conditions， the bridge structure design is thoroughly analyzed. Finally， through practice， it is concluded that the structural design scheme used in this project is reasonable， feasible， safe and stable， which can provide reference for similar projects.

【Key words】Urban interchange； Interchange； Ramp bridge； Bridge structure design

如今，隨著城市建設(shè)與發(fā)展速度不斷加快，交通狀況越來(lái)越惡劣，在改善交通情況上，城市立交發(fā)揮出了重要作用，尤其是互通式立交。但為了保證互通式立交發(fā)揮預(yù)期作用效果，需要根據(jù)地形地勢(shì)及工程特點(diǎn)，做好匝道橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

1 工程概況

某城市立交橋坐落在城市中的主干道上，是重要的樞紐工程，總投資在3億元左右。項(xiàng)目于2016年的年初正式立項(xiàng)，3月開(kāi)始動(dòng)工，年底完成竣工并正式通車(chē)。其立交方案根據(jù)所在位置的地形地勢(shì)條件，通過(guò)多次比選和分析，確定采用定向型互通。其橋梁部分總面積在2400m2左右，設(shè)置10條匝道，其總長(zhǎng)度在2687m左右，寬度在8.0-13.5m范圍內(nèi)不等。橋跨的孔數(shù)為117個(gè)，墩臺(tái)和橋臺(tái)分別為114個(gè)、15個(gè)，此外還有2座采用框架結(jié)構(gòu)的地道橋與1座過(guò)街天橋。現(xiàn)圍繞本工程實(shí)際情況，對(duì)其匝道橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作如下深入分析。

2 橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)時(shí)速：與本工程有關(guān)的主干道設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h，次干道設(shè)計(jì)時(shí)速為60km/h，其右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)匝道的設(shè)計(jì)時(shí)速分別為40km/h、30-40km/h。

（2）平曲線半徑：線路主線的平曲線半徑應(yīng)達(dá)到600m以上，右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)匝道的平曲線半徑應(yīng)分別達(dá)到65m、45m以上。

（3）最大縱坡：線路上的最大縱坡不可超過(guò)4.5%。

（4）車(chē)道寬度：在直線段設(shè)置的雙車(chē)道，其總寬度為9.5m；在匝道段設(shè)置的雙車(chē)道，其總寬度為9.0m；對(duì)于曲線加寬值，當(dāng)另加其它車(chē)道時(shí)，總寬度為8.0m。

（5）凈空高度：對(duì)于機(jī)動(dòng)車(chē)道，其凈空高度為5.0m；對(duì)于非機(jī)動(dòng)車(chē)道，其凈空高度為2.5m。

（6）設(shè)計(jì)荷載取汽-超20；驗(yàn)算荷載取掛-120，特300。對(duì)于人行天橋，其荷載確定為4kN/m2。

（7）結(jié)構(gòu)抗震標(biāo)準(zhǔn)：按7度設(shè)防，將重要性系數(shù)確定為1.3。

3 橋梁所在地理位置與地質(zhì)狀況分析

橋梁所在區(qū)域地形較為平坦，存在一條河流從中穿過(guò)，其寬度和深度分別為35m、4m。經(jīng)前期地質(zhì)勘察，地面下部45m范圍內(nèi)可分成七個(gè)層次，樁基以粉質(zhì)粘土層為持力層，呈暗綠色，還有少量的砂質(zhì)粉土，呈草黃色。按照橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，樁類承載力約為200kPa。在表層及15m范圍內(nèi)，土層有很大的塑性指數(shù)，在12.7-27.7范圍內(nèi)，屬于不液化土[1]。可見(jiàn)，橋梁所在區(qū)域地質(zhì)狀況總體良好，不會(huì)對(duì)橋梁的上、下部結(jié)構(gòu)施工帶來(lái)太大的影響。

4 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 橋梁梁部結(jié)構(gòu)

（1）預(yù)應(yīng)力箱梁

采用半徑相對(duì)較小的曲線梁，整體連續(xù)。該梁部結(jié)構(gòu)主要設(shè)置在從主干道上跨越的兩處匝道（記作F匝道和H匝道），梁部平面曲線半徑設(shè)計(jì)確定為85m，其跨度分為以下兩種：其一，單箱單室，即17.2m+43m+30m；其二，單箱雙室，即37m+37m+37m。此外，由于H匝道是雙車(chē)道，所以要進(jìn)行適當(dāng)?shù)那€加寬，將梁高設(shè)計(jì)確定為1.8m。

設(shè)計(jì)將高強(qiáng)低松弛鋼絞線作為該梁部結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力趕緊，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa，對(duì)于張拉控制力，取標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的75%，即1395MPa，采用現(xiàn)澆法進(jìn)行施工。設(shè)計(jì)中，為有效避免由于梁部結(jié)構(gòu)的半徑太小，在張拉預(yù)應(yīng)力筋的過(guò)程中使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向裂縫，增加了橫向防崩筋，按U形進(jìn)行加密布置，同時(shí)和箍筋通過(guò)焊接形成完整結(jié)構(gòu)。因這一曲線梁的受力情況十分復(fù)雜，不僅要承受剪力與豎向彎矩，而且還要承擔(dān)一定橫向扭矩及彎矩。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須高度重視，利用基于有限元法的彎梁設(shè)計(jì)與計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算[2]。

（2）鋼筋混凝土箱梁

采用由鋼筋混凝土現(xiàn)澆而成的連續(xù)箱梁，這種箱梁主要包含兩種，即曲線梁與異形梁，其占比可以達(dá)到80%。梁體形式共分三種：其一，單箱單室；其二，單向雙室；其三，單箱三室。其跨度在10-30m范圍內(nèi)，梁高在1.2-1.6m范圍內(nèi)。大多每3-4孔形成一聯(lián)，平面曲線半徑在45m以上，在頂板上布置Φ25mm鋼筋，底板布置Φ35mm鋼筋，利用滿堂腳手架進(jìn)行現(xiàn)澆施工。

對(duì)于異形梁結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)按單箱多室截面進(jìn)行處理，這樣能有效保證外觀的整潔性。針對(duì)分離式基礎(chǔ)，需要在頂板處設(shè)置構(gòu)造縫，用于減小橫向剛度起到避免由于基礎(chǔ)沉降尤其是不均勻沉降造成的橫向位移變化，導(dǎo)致內(nèi)力增加使混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生裂縫。

上述梁部結(jié)構(gòu)采用的都是懸臂翼緣，寬度設(shè)計(jì)確定為2m，從整體上看，線形十分流暢且輕巧。

（3）預(yù)應(yīng)力槽梁和空心板梁

對(duì)于槽梁和板梁，其跨度都在16-27m范圍內(nèi)。為從河道上跨越，需采用簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)上的主梁為粗鋼筋，其等級(jí)為IV級(jí)，要求標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度應(yīng)能達(dá)到750MPa，為便于施工，節(jié)省材料堆放占地，要在專門(mén)的工廠進(jìn)行預(yù)制加工，在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)架設(shè)完成施工。

（4）過(guò)街天橋

為便于行人出行，設(shè)計(jì)布置了過(guò)街天橋，其結(jié)構(gòu)主要為鋼筋梁，截面形式為單箱單室，鋼板采用16Mn鋼板，如圖1所示。鋼筋梁的高度設(shè)計(jì)確定為0.9m，采用翼緣懸臂，其長(zhǎng)度設(shè)計(jì)確定為0.8m。過(guò)街天橋的橋面總寬度為4.0m，每5孔形成一聯(lián)，整體結(jié)構(gòu)連續(xù)。梁體主跨的跨徑為30m，為便于施工，節(jié)省材料堆放占地，要在專門(mén)的工廠進(jìn)行預(yù)制加工，在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)拼裝完成施工[3]。

圖1 過(guò)街天橋鋼筋梁截面（單位：mm）

（5）地道橋

設(shè)計(jì)在該立交的C匝道與G匝道分別設(shè)置地道橋，其凈空高度設(shè)計(jì)確定為10m，側(cè)壁和頂板的厚度分別為0.60m、0.55m。地道橋采用框架結(jié)構(gòu)，由鋼筋混凝土通過(guò)現(xiàn)澆而成。

4.2 橋梁墩臺(tái)設(shè)計(jì)

對(duì)于連續(xù)梁的墩柱，應(yīng)選用矩形截面，這樣是為了達(dá)到良好美觀性，和箱梁的整體外觀良好適應(yīng)。當(dāng)采用單柱墩時(shí)，其截面主要有以下幾種：第一種為邊長(zhǎng)為1.35m的正方形截面；第二種為邊長(zhǎng)為1.70m的正方形截面；第三種為長(zhǎng)邊為1.50m、短邊為1.0m的矩形截面；第四種為長(zhǎng)邊為1.20m、短邊為1.0m的矩形截面。上述四種截面都設(shè)置圓弧形的倒角。除了每聯(lián)上的端立柱需要在縱向布置托盤(pán)，其它墩柱均無(wú)需設(shè)置蓋梁，這樣能保證外觀的簡(jiǎn)潔性。墩身橋臺(tái)為輕型橋臺(tái)，直胸墻形式。

4.3 橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用打入樁，規(guī)格為40cm×40cm，由鋼筋混凝土澆灌而成。在鋼板上焊接若干結(jié)構(gòu)，承臺(tái)的厚度設(shè)計(jì)確定為1.5m，以實(shí)際情況為依據(jù)，在頂部和底部分別設(shè)置鋼筋網(wǎng)來(lái)保證受力效果。對(duì)于簡(jiǎn)支梁部分，其樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)確定為26m，而連續(xù)梁結(jié)構(gòu)需要考慮可能產(chǎn)生的沉降及其造成的影響，將樁長(zhǎng)改為30m，為保證地下管道穩(wěn)定性與安全性，將鉆孔樁的樁徑確定為0.7-1.5m，長(zhǎng)度不超過(guò)40m。以上樁基都要求進(jìn)入持力層，即粉質(zhì)粘土層[4]。

4.4 橋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該立交橋的橋面鋪裝層采用厚度為8cm的混凝土墊層，其強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)確定為C30，此外對(duì)于預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，需要設(shè)置防水墊層，同時(shí)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)。在墊層的上方，應(yīng)在負(fù)彎矩位置均勻涂抹一層防水涂料，并增鋪一層厚度為5cm的瀝青混凝土。伸縮縫為橡膠板式形式，支座為橡膠支座。在機(jī)動(dòng)車(chē)道的兩側(cè)設(shè)計(jì)布置復(fù)合式防撞墻結(jié)構(gòu)，采用連續(xù)鋼管與鋼筋混凝土強(qiáng)，而在非機(jī)動(dòng)車(chē)道的兩側(cè)需要設(shè)置欄桿。

4.5 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

連續(xù)梁需要在每聯(lián)的中央或者是兩端布置抗震銷(xiāo)，避免在地震發(fā)生時(shí)導(dǎo)致梁體產(chǎn)生墜落。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，在簡(jiǎn)支梁的兩端到墩柱和墩臺(tái)邊緣之間應(yīng)保持足夠安全距離，在本立交橋中，將這一距離設(shè)計(jì)確定為80cm[5]。

4.6 橋面排水設(shè)計(jì)

根據(jù)公路線路上的縱坡與橋面橫坡，設(shè)計(jì)在橋面上按照一定間距布置單側(cè)或者是雙側(cè)排水口，橋面上的雨水通過(guò)排水口進(jìn)入到管道，再通過(guò)管道排出至地面，同時(shí)匯入至地面的排水設(shè)施。

5 結(jié)束語(yǔ)

本立交橋經(jīng)過(guò)8個(gè)月左右的施工現(xiàn)已完成施工正式通車(chē)，顯著改善了區(qū)段城市道路交通情況。尤其是設(shè)計(jì)采用的預(yù)應(yīng)力箱梁，其半徑很小，在國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)，是一種特殊的設(shè)計(jì)形式，可在類似工程情況中參考借鑒，保證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與可行性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王吉文.城市立交匝道橋梁的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及要點(diǎn)[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（19）：81-83.

[2]謝先浩.淺談城市立交匝道橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2016，14（23）：185-186.

[3]劉雙，栗燕娜，郭友.城市立交匝道橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].城市道橋與防洪，2013（8）：96-100.

[4]胡學(xué)奎.半幅高架與環(huán)形匝道組合互通式立交橋設(shè)計(jì)[J].城市道橋與防洪，2013（1）：34-36.

[5]曾春琪.泉州互通立交A匝道橋拆除設(shè)計(jì)與施工[J].福建交通科技，2013（3）：49-50.