上海S3公路跨大治河橋設計

王瑞龍，張培君

[1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092；2.上海市政工程設計有限公司，上海市200438]

1 工程概況

S3公路（周鄧—G1503—兩港立交）新建工程，北起周鄧公路，順接S3公路先期實施段，沿線穿越浦東新區和奉賢區，南接規劃兩港大道，是上海市公路網“一環十二射”的重要射線道路、臨港新片區的重要對外通道、沿海大通道的重要組成部分。工程全長26.64 km。

大治河現狀河道河口寬102 m，河底寬不小于64 m，為Ⅲ級航道，河道兩岸陸域控制范圍為15 m。大治河通航孔凈寬79 m，頂底同寬，凈高7 m，最高通航水位3.3 m，規劃河床底標高-2.0 m。大治河北岸平行于駁岸8.2 m處埋設有青草沙給水管線，直徑1.6 m，埋置深度7.2 m，橋梁跨徑布置需進行避讓。

S3公路在大治河處采用“主線高速系統+地面系統”的敷設形式，受道路紅線范圍制約（道路紅線寬度60 m），線路的總體寬度不足，高架系統和地面系統無法在紅線范圍內并行過河。同時，為減少用地面積、降低工程投資，大治河橋設計采用一體化建設、一跨過河的雙層橋面桁架橋。

2 主要技術標準

（1）道路等級：上層橋面為高速公路，設計車速為100 km/h；下層橋面為城市主干路，設計車速為50 km/h。

（2）設計車道：上層雙向6車道，下層雙向4車道+人非。

（3）汽車荷載等級：上層按公路-I級設計，城-A級復核；下層按城-A級設計。

（4）設計風速：橋位處100 a重現期10 m高度基本風速為32.8 m/s。

（5）抗震設防：抗震設防烈度為7度，水平向設計基本地震動加速度峰值分區值為0.1g，橋梁抗震設防措施按8度區執行,抗震設防類別為B類[1]。

（6）設計基準期：100 a。

（7）凈空：≥5 m。

（8）通航標準：航道等級Ⅲ級，通航凈空79 m×7 m。

（9）環境類別：混凝土結構Ⅰ類；鋼結構大氣區腐蝕環境種類為C4。

（10）原水管保護區：大治河北岸防汛通道下，平行于駁岸埋設有青草沙給水管線。青草沙現有直徑1 600 mm的原水管一根，埋置深度約7.2 m，管線距離河岸約8.2 m，與河岸平行布置。此外，遠期規劃有一根直徑1 000 mm的原水管，布置在現狀原水管北側約3.5 m處。根據《上海市原水引水管渠保護辦法》，鋼管及其他新型材質管道的保護范圍為管道及其外緣兩側各5m內的區域，施工時不得侵入該區域范圍。

3 總體設計

S3公路跨大治河橋采用雙層簡支鋼桁架橋，跨徑為109 m（見圖1）。

圖1 大治河橋總體布置（單位：mm）

上層橋面布置為：0.85 m（桁架）+0.5 m（防撞欄）+15.0 m（車行道）+1.0 m（中央分隔帶）+15.0 m(車行道)+0.5 m（防撞欄）+0.85 m（桁架）=33.7 m。下層橋面布置為：0.8 m（桁架）+2.2 m（人行道）+3.0 m（非機動車道）+0.5 m（防撞欄）+8.0 m（車行道）+0.5 m（防撞欄）+3.6 m（腹桿區）+0.5 m（防撞欄）+8.0 m（車行道）+0.5 m（防撞欄）+3.0 m（非機動車道）+2.2 m（人行道）+0.8 m（桁架）=33.6 m（見圖2）。

圖2 大治河橋橫斷面布置（單位：mm）

4 橋梁結構設計

4.1 上部結構

主桁采用三角桁，由上、下弦桿及腹桿組成。為方便施工，橫橋向設置4榀桁架，每榀桁架間距為15.3 m+2.2 m+15.3 m。

上、下弦桿及腹桿均采用箱型截面。上、下弦桿邊桁采用1.5 m×0.8 m的箱型截面，中桁采用1.806 m×0.8 m的箱型截面，板厚14～20 mm；腹桿采用0.8 m×0.8 m的箱型截面，板厚14～30 mm[2]。

上、下層橋面系采用正交異性鋼橋面板、橫梁組成的橫梁體系，橫梁采用1.5m高的工字型截面。

4.2 下部結構

主橋與引橋共用下部結構。為降低溫度變化對下部結構的影響，采用2個間距0.2 m的雙層門式框架。橋墩采用矩形截面，下層橋墩順橋向尺寸4.0 m，橫橋向尺寸2.0 m；上層橋墩順橋向尺寸2.0 m，橫橋向尺寸1.4～1.6 m。

為滿足青草沙原水管保護區的要求，需縮小橋墩基礎規模，橋墩基礎采用3個分離式承臺，D1.5 m的鉆孔灌注樁。邊承臺順橋向尺寸5.7m，橫橋向尺寸9.789 m，承臺厚度3.5 m，下有6根采用梅花形布置的鉆孔灌注樁；中承臺順橋向尺寸6.25 m，橫橋向尺寸13.75 m，承臺厚度3.5 m，下有8根采用矩形布置的鉆孔灌注樁。樁基持力層為⑨層灰色粉細砂，樁長81 m。

4.3 支承體系

支承體系采用GQZ 12500球型鋼支座并聯JLZ 10800疊層橡膠恢復力元件組成的新型組合型減隔震體系[3]（見圖3）。在使用荷載作用下，球型鋼支座提供豎向支承，滿足使用荷載作用下的性能。在地震作用下，球型鋼支座剪切螺栓剪斷，發生滑動提供摩擦耗能，疊層橡膠恢復力元件提供水平恢復力，控制梁體位移。該新型組合型減隔震體系受力明確、構造簡單、經濟可行、減震效果好。

圖3 大治河橋支承體系示意

4.4 附屬設計

（1）橋面鋪裝。鋼橋面鋪裝采用70 mm厚澆筑式瀝青混凝土：澆筑式GA-10（35 mm）+高彈改性瀝青SMA-10（35 mm）。

（2）鋼結構防腐涂裝。鋼結構防腐涂裝采用長效型，15～25 a；腐蝕環境類別為C4（中等鹽度的工業區和沿海區）。鋼結構外表面涂裝配套體系為：環氧富鋅底漆80 μm（2道）+環氧云鐵中間漆140 μm（2道）+氟碳面漆80 μm（2道），總干膜厚度為300 μm。鋼結構內表面涂裝配套體系為：環氧富鋅底漆80μm（2道）+耐磨環氧厚漿漆120 μm（2道），總干膜厚度為200 μm。

5 結構分析

采用橋梁有限元分析軟件Midas Civil建立空間有限元模型進行計算分析，桁架桿件及橫梁采用梁單元模擬，正交異性鋼橋面板采用板單元模擬（見圖4）。

圖4 大治河橋空間有限元模型

5.1 剛度及預拱度設置

經有限元計算可知：活荷載作用下，最大下撓32.8 mm，最大上撓0.5 mm，橋梁豎向剛度為1/3 273，滿足規范小于1/500的要求。恒載作用下，最大下撓106 mm，設計預拱度按二次拋物線設置（對應荷載工況為恒載+1/2活載），為123 mm。

5.2 應力

表1為荷載基本組合下各構件應力驗算結果，其中各構件應力限值考慮受壓加勁板局部穩定的折減[4]。從中可看出，各構件應力均滿足應力限值的要求。

表1 荷載基本組合下各構件應力驗算結果 單位：MP a

6 經濟指標

表2為大治河橋各構件的經濟指標。設計上因地制宜地對桁架結構進行了大幅優化，充分利用鋼結構橋梁的整體受力性能，嚴格控制結構的用鋼量，本橋的每平方米橋面用鋼指標控制在0.469 t，其用鋼指標低于同類型橋梁。

表2 大治河橋經濟指標

7 結語

上海S3公路在大治河處采用“主線高速系統+地面系統”的敷設形式。為減少用地面積，降低工程投資，大治河橋設計采用一體化建設、一跨過河的雙層橋面簡支桁架橋。該橋的設計經驗可為同類工程提供參考。

（1）該橋跨徑109 m，橋寬33.7 m，橫橋向設置4榀桁架，采用三角桁，桁架間采用工字型鋼橫梁聯系，上、下層橋面系采用正交異性鋼橋面板。為滿足青草沙原水管保護區的要求，下部結構采用了精細化集約設計，有效地縮小了橋墩基礎規模。采用的球型鋼支座并聯疊層橡膠恢復力元件組成的新型組合型減隔震體系具有受力明確、構造簡單、經濟可行、減震效果好等特點。

（2）采用Midas Civil建立空間有限元模型進行計算分析，結果表明：該橋受力良好，安全可靠，滿足規范要求。

（3）該橋每平方米橋面用鋼指標控制在0.469 t，低于同類型橋梁。