某跨線橋方案比選及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳宏彬 董桔燦

(1.廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東廣州 510080;2.深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東深圳 518029)

0 引言

隨著交通量日益增加，許多H型的道路口設(shè)計(jì)難以滿足使用需求，特別是H型道路口中“一”方向的道路服務(wù)水平低下，這類項(xiàng)目往往涉及道路改造。現(xiàn)有改造方案一般是下挖隧道或上跨線路橋，下挖隧道施工周期長、開挖成本高、后期改擴(kuò)建復(fù)雜，而跨線橋方案對(duì)實(shí)施期周邊環(huán)境影響小、施工周期快[1]。該優(yōu)點(diǎn)也使得跨線橋方案成為該類項(xiàng)目的首選。

1 項(xiàng)目概況

樂龍路作為周邊區(qū)域重要縱向主干道，承擔(dān)大量過境交通，去路面寬度大，車速較快，而與其相交的南坑路、南新路均為雙向2車道，路面寬度窄，導(dǎo)致相交道路技術(shù)等級(jí)不匹配，甚至高峰期時(shí)交叉口發(fā)生交通擁堵，為了減少交叉口交通流量，因此將此平交增加為跨線橋具有十分重要的建設(shè)意義，如圖1所示。該項(xiàng)目改造路線長度為1077.496 m，其中橋梁長度443.2 m。本文通過分析影響橋梁建設(shè)的多種因素，介紹了該跨線橋上部結(jié)構(gòu)比選的主要過程。

2 橋型方案比選

跨線橋總體設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是縮短施工工期，減少主跨施工對(duì)橋下交叉口的影響；減少橋梁規(guī)模和橋頭引道改造長度，控制投資；其次是滿足該項(xiàng)目工期要求和施工期間居民安全出行要求；交叉口改造和主輔路交通轉(zhuǎn)換便利，滿足周邊居民出行需求；減少輔路及其他主路范圍的改造。

圖1 項(xiàng)目位置

選用設(shè)計(jì)施工技術(shù)成熟、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的橋型，確保橋梁品質(zhì)[2]；充分考慮被交道路多、轉(zhuǎn)向需求大的市政化特點(diǎn)[3]及適當(dāng)考慮景觀需求。

根據(jù)以上原則提出如圖2所示的連續(xù)梁橋(38+60+40 m)及簡支梁橋(60 m)2種橋型立面，選定了變高連續(xù)鋼箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁、簡支鋼混組合梁及簡支鋼箱梁等4個(gè)橋梁方案，下部均有柱式墩、門式墩、一字臺(tái)。上部結(jié)構(gòu)均是左、右分幅，橋?qū)? m×14.75 m，方案1及方案2按照連續(xù)梁橋布置，方案3及方案4按照簡支梁橋布置，以下針對(duì)不同方案上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。

(a)連續(xù)梁橋立面圖

(b)簡支梁橋立面圖圖2 橋梁立面圖

2.1 方案1：變高連續(xù)鋼箱梁

方案1是連續(xù)梁橋，全橋長473.2 m，跨徑組合為6×30+38+60+40+5×30 m，主橋?yàn)?8+60+40 m變高連續(xù)鋼箱梁，梁高1.55 m～2.55 m，如圖3所示是方案1斷面圖。變高連續(xù)鋼箱梁具有梁高較低，整體吊裝施工方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，重難點(diǎn)是吊裝拼接固定要求高。施工采用現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝，主跨橋墩位置設(shè)置臨時(shí)支架方便箱梁焊接，主路全幅封閉。變高連續(xù)鋼箱梁為變高型式，底板為曲線，主橋、引橋高差不大，線型流暢美觀，景觀效果較好。總工期約8個(gè)月，其中鋼箱梁吊裝施工約25 d。

圖3 方案1斷面圖(單位：cm)

2.2 方案2：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁

方案2是連續(xù)梁橋，全橋長533.2 m，跨徑組合為7×30+38+60+40+6×30 m，主橋?yàn)?8+60+40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，梁高1.8 m～3.6 m，如圖4所示是方案2斷面圖。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工，采用門洞支架，工序繁雜，對(duì)交叉口交通影響較大，且施工工期長。重難點(diǎn)是控制好施工期間交通安全，以及噪音、粉塵、光污染等問題，以減少對(duì)周邊居民的影響。施工時(shí)交叉口處設(shè)置兩排臨時(shí)墩，搭設(shè)滿堂支架，施工期間通行凈空2.5 m，主路全幅封閉。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為變高型式，底板為曲線，線形流暢。總工期約12個(gè)月，其中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁現(xiàn)澆施工約120 d。

圖4 方案2斷面圖(單位：cm)

2.3 方案3：簡支鋼混組合梁

方案3是簡支梁橋，全橋長513.2 m，跨徑組合為8×30+60+28+6×30 m，主橋?yàn)?0 m鋼-混組合梁，梁高3.0 m，如圖5所示是方案3斷面圖。鋼混組合梁具有用鋼量小、無需支架、吊裝施工方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，重難點(diǎn)是控制好連接工字鋼與混凝土橋面板剪力連接件的質(zhì)量。60 m鋼混組合梁采用現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝施工，主路全幅封閉。主橋外觀簡潔、輕盈，梁底面為開口斷面。總工期約8個(gè)月，其中工字鋼吊裝施工約20 d。

圖5 方案3斷面圖(單位：cm)

2.4 方案4：簡支鋼箱梁

方案4是簡支梁橋，全橋長483.2 m，跨徑組合為6×30+28+60+7×30 m，主橋?yàn)?0 m鋼箱梁，梁高2.8 m，如圖6所示是方案4斷面圖。鋼箱梁用鋼量大，吊裝施工時(shí)需設(shè)臨時(shí)墩，吊裝施工方便快捷，重難點(diǎn)是控制好正交異性鋼橋面質(zhì)量。簡支鋼箱梁采用現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝，主路全幅封閉。主橋外觀簡潔、美觀，梁底面為封閉斷面。總工期約8個(gè)月，其中鋼箱梁吊裝施工約20 d。

圖6 方案4斷面圖(單位：cm)

以上詳細(xì)介紹了4種方案的橋跨布置、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工特點(diǎn)、景觀性及施工工期，表1分別進(jìn)行了結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工方案[4]、景觀性、施工周期[5]及造價(jià)等指標(biāo)的對(duì)比。方案1的梁高最低，最能滿足橋下凈空需求；方案1、3、4施工方法方便快捷，對(duì)橋下臨時(shí)交通影響較小，施工周期短；方案1的橋梁曲線呈現(xiàn)規(guī)律變化，線型流暢，景觀效果最好；不同方案的總投資差別不大。經(jīng)綜合比較，采用結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)、景觀效果好、施工工期短的方案1作為推薦方案。

表1 方案對(duì)比表

3 推薦方案主橋上部結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

采用 MIDAS civil 8.6.5程序進(jìn)行推薦方案主橋上部結(jié)構(gòu)計(jì)算[6]，推薦方案的跨徑組合為38+60+40(m)，整體式路基設(shè)計(jì)為上、下行兩座分離式獨(dú)立橋梁，橋梁寬度為2×14.75 m。計(jì)算模型如圖7所示，鋼箱梁采用梁單元進(jìn)行模擬，單元長度按1 m設(shè)置，單元數(shù)138，節(jié)點(diǎn)數(shù)147。鋼箱梁材質(zhì)采用Q345qD，彈性模量為2.06×1011Pa，剪切模量為0.79×1011Pa，泊松比為0.3，鋼材容重為78.5 kN/m3。橋頂鋪裝為15 cm(C50鋼纖維混凝土)+10 cm(瀝青混凝土)，容重均采用26 kN/m3。一期恒載包括主梁自重，鋼材密度7850 kg/m3，由程序自動(dòng)計(jì)算其自重。二期恒載橋面鋪裝合計(jì)96 kN/m，防撞護(hù)欄合計(jì)26 kN/m。溫度梯度按規(guī)范取值，整體升溫25℃，整體降溫20℃。本橋按4條車道計(jì)算，汽車荷載按規(guī)范取值。支座沉降量按15mm計(jì)算。

圖7 主橋計(jì)算模型

程序自動(dòng)組合最不利情形，分別進(jìn)行了橋梁變形[7]、正應(yīng)力、剪應(yīng)力、最小支座反力、抗傾覆穩(wěn)定[8]、疲勞驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明推薦方案1橋型選擇合理，滿足規(guī)范計(jì)算要求。

表2 推薦方案結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

本文對(duì)交通岔口改造的某跨線橋設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比選，并就推薦方案的主橋進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計(jì)算，主要獲得如下結(jié)論：

(1)交通岔口跨線橋改造的交通需求、梁高限制要求比較高，在結(jié)構(gòu)選型時(shí)需要重點(diǎn)考慮。其次，要兼顧施工期間橋下的交通需求。

(2)變高鋼箱梁橋線型流暢美觀、優(yōu)美，景觀效果較好，而且整體吊桿速度快，對(duì)于該類改造工程具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

(3)橋型方案選擇需要結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工方案進(jìn)行初步確定，并進(jìn)一步考慮景觀、造價(jià)等因素。

(4)本文所選變高連續(xù)鋼箱梁橋橋型合理，變形、強(qiáng)度及穩(wěn)定性均滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算要求。