枢纽小半径斜弯坡桥梁设计

分类：建筑设计论文发表 时间：2020-07-01 09:57 关注：(1)

　　针对某枢纽立交工程的实际情况，在简述小半径斜弯坡桥梁设计技术标准的基础上，对该桥梁的设计问题进行深入分析，详细介绍了主线桥的设计方案和匝道桥的设计方案，旨在保证设计与施工质量，为桥梁后续施工提供可靠保障。

　　关键词：枢纽立交;小半径斜弯坡桥;桥梁设计

　　在枢纽立交工程中，小半径斜弯坡桥并不常见，其对桥梁设计有着很高的要求，需要在高度重视桥梁设计的基础上，结合工程实际情况，确定适宜可行的设计方案，以便为后续施工奠定良好基础。

　　1工程概况

　　某枢纽立交是既有高速公路主要互通式立交之一，从既有公路、航道与高速公路上跨越，项目总占地面积约为47万m2，由1座主线桥与7座匝道桥组成。其中，匝道桥属于小半径斜弯坡桥，桥梁总长约3.793km，桥梁分布情况如图1所示。下面结合该工程实际情况，对其桥梁设计进行分析。

　　2设计技术标准

　　(1)主线桥是特大桥，按双向四车道标准设计，桥面总宽度为28m，于跨越既有高速公路部位加宽到34m;图1中，A、B两个匝道桥按照单向双车道标准设计，桥面宽度为12.5m;C、D、E、F匝道桥按照单向单车道标准设计，桥面宽度为8.5m[1]。(2)桥梁的设计荷载为公路-Ⅰ级。(3)桥梁的通航标准为6级航道，通航水位上部净高为4.5m，净宽在22m以上。(4)桥梁设计洪水频率取1/300。(5)桥梁设计地震烈度为Ⅵ度。

　　3桥梁设计问题

　　在该枢纽中共有以下桥梁：主线桥、A匝道桥、B匝道桥(由跨河道与跨既有高速公路两部分组成)、C匝道桥(由跨河道和与既有高速公路相邻的两部分组成)、D匝道桥、E匝道桥与F匝道桥。枢纽所处位置比较特殊且形式复杂，无论是主线桥还是匝道桥，都从河道上多次跨越，除了A匝道桥，其他都处在平曲线上，曲线半径很小，最小的半径仅为90m。对于定向匝道，其最大超高确定为7%，过渡形式为三次抛物线。在枢纽当中，绝大多数匝道桥都处于同时存在平弯和超高的位置上[2]。

　　3.1主线桥设计

　　桥梁在布孔过程中不仅要充分考虑需要跨越的各类构造物，而且还要考虑实际的线形、桥梁高度与变宽趋势等相关指标。布孔过程中应优先考虑常用跨径，将分联设于宽度变化的起终点处。对于S形桥，当它的两侧反向半径都相对较小时，桥梁结构受力十分复杂，特别是采用独柱结构形式的桥梁，其结构受力更加复杂。对此，需在中间连接的缓和曲线上分两联方向不同的结构来完成受力分析。与此同时，还应适当减小联长或采用双柱式支撑结构。主线桥处在圆曲线上，圆曲线半径为5600m。整个互通范围内，主线桥有很多变宽分叉，跨越的既有高速公路为双向六车道，交通比较繁忙。主线桥和该高速公路之间保持65°的交角。以建设单位提出的要求为依据，主线应一跨跨越既有高速公路，即在中间不再设置桥墩，施工过程中应尽可能防止对既有高速公路造成干扰。另外，主线桥还上跨河道，与河道之间保持80°的交角。B匝道从主线桥的下部穿过，与主线桥之间保持73°的交角[3]。主线桥还需要从机耕通道及地方公路上跨越。因需要跨越的河道与道路很多，而且大多是斜交，在设计中需要考虑很多因素，使桥跨布置十分复杂。设计方案中将跨径布置确定为：(5×25m)+(6×25m)+(6×21.4m)+(7×21.4m)+(6×30m)+(5×25m)+(6×20m)+(40m+62m+47.5m)+(6×20m)+(3×30m)+(5×25m)+(4×25m)，共有12联，总长为1570.14m。在以上跨径布置中，既有高速公路部位设置三跨等截面连续钢箱梁，跨径为40m+62m+47.5m，上跨河道与主线的首部和尾部为预应力混凝土组合箱梁，跨径分别为30m和25m，对于其他等宽与变宽桥梁，主要为钢筋混凝土连续箱梁与单箱三室结构，用于满足变宽方面的要求，施工方法为逐孔现浇。主线桥下部结构采用钻孔桩+肋板式台+桩柱式墩形式，墩身布置都根据径向正交进行。由于该主线桥上部结构十分复杂，而且还存在变宽，所以桥墩的类型也多种多样，采用17种完全不同的基础形式[4]。

　　3.2A、B匝道桥设计

　　这两个匝道桥都按照单向双车道标准设计，桥面宽度为12.5m。A匝道桥与河道之间保持45°的交角，因河道为6级航道，需要达到22m以上的净宽，所以将桥跨布置确定为6×35m，对于上部结构呈45°角的部分采用预应力混凝土组合连续箱梁，桥梁下部结构为双柱墩，基础采用钻孔桩。B匝道共有两个组成部分，即：从河道上跨越段和从既有高速公路上跨越段。其中，从河道上跨越段与河道之间保持42°的交角，处在平曲线、直线与缓和曲线段，横向单坡坡度从2%渐变到4%，桥面宽度从12.5m渐变到18.868m。设计中将跨径布置确定为：(3×30m)+(35.5m+36.1m+35.5m)+(20.8m+4×20.85m+20.8m)+(7×20m)，共4联，总长为468.36m。以上4联中，第1联主要采用部分预应力混凝土连续箱梁;第2联从河道跨越的部分采用简支组合箱梁;第3联采用钢筋混凝土连续梁，从直线段通过缓和曲线逐渐过渡至圆曲线段;第4联处在平曲线上，平曲线的半径为800m，其上部结构为钢筋混凝土变宽连续梁，宽度从12.5m渐变到18.86m。第2联从河道上跨越的部分为简支组合箱梁结构，因匝道与河道之间斜交，为了尽可能简化设计和施工，决定把斜桥正做，也就是桥墩盖梁与桥轴线保持垂直;为避免对通航净宽造成压缩，将处于河道中的墩身改为独柱墩[5]。因桥梁的长度较大，只跨越河道的部分与河道之间保持斜交，通过斜桥正做，能防止桥梁两端产生异形段，这对设计和施工都十分有利。然而，因独柱墩的盖梁会对通航净宽造成侵入，所以通航净空主要由盖梁底部实际高程来控制。如果使用普通的盖梁，则桥面实际高程由以下部分组成：通航水位与净高、盖梁、支座和梁的高度及铺装。为有效降低桥面的实际高程，并缩短桥梁的长度，需采用隐式盖梁。这一桥梁在从河道上跨越的部位设计采用隐式盖梁，能在达到通航净空要求的基础上，降低桥面的高程，以实现缩短两端和降低造价的目的;另外，采用简支组合箱梁，能避免对通航造成影响，还能避免在河道当中搭设支架，为施工提供方便[6]。3.3C、D、E、F匝道桥设计C匝道桥的主要作用是对B匝道桥和主线桥进行连接，它的两端处在缓和曲线当中，其他部分处在平曲线上，平曲线的半径为285m。设计中将跨径布置确定为：(5×20m)+(5×20m)+(24.3m+30m+3×24.3m)，共3联。其中，第1联和第2联为钢筋混凝土连续梁，其高度为1.3m，第3联由于需要从河道上跨越，所以设计采用预应力混凝土连续箱梁，其高度为1.4m。桥面上的最大横坡度为3%，利用梁底楔块对底面和支座顶面进行调整，使其保持水平。该桥的下部结构为桩柱式墩，除了伸缩缝部位的过渡墩采用双柱式墩，其他都为独柱墩，基础采用钻孔桩。因平曲线的半径相对较大，所以经计算分析后没有设置支座偏心[7]。D匝道桥和E匝道桥是对主线桥和填土路基进行连接的桥梁，这两座桥梁除了第一跨处在缓和曲线上，其他都处在平曲线上，平曲线的半径仅为90m，桥面上的横坡值为6%。D匝道桥设计将跨径布置确定为(5×20m)+(7×20m)，共2联，13孔。E匝道桥设计将跨径布置确定为(5×20m)+(5×20m)，共2联，10孔。其上部结构形式相同，均为现浇钢筋混凝土连续梁;下部结构为桩柱式墩，除了过渡墩采用双柱式外，其他都为独柱墩。因这两个匝道桥都处在弯道上，而且弯道的半径相对较小，在这种情况下，为避免产生支座脱空，需在端支座部位增加支座的横向间隔距离，并设置径向偏心。F匝道用于对既有高速公路进行连接，从地方道路上跨越，桥梁处在缓和曲线与平曲线上，其中，平曲线的半径为330m，设计中将跨径布置确定为3×20m。上部结构为钢筋混凝土连续梁，下部结构为独柱墩，没有设置支座偏心。

　　4结语

　　综上所述，在该桥梁设计工作中，需要注意以下几个要点：(1)因设计周期相对较短，且桥梁结构形式很多，所以要考虑改进优化的余地;(2)互通设计需要与周围的自然环境保持协调;(3)通过合理的设计保证施工方案的技术可行性与合理性，并减少对既有公路交通造成的影响;(4)由于枢纽立交还是一道风景，所以在设计中还要考虑景观方面的要求。

　　参考文献：

　　[1]祝向群，杨名超，卢晨怡，等.大跨度桥梁上部结构承载能力验算——以太行山高速公路某特大跨越桥梁为例[J].辽东学院学报(自然科学版)，2019(4)：287-292.

　　[2]王琦，靳文强.日本大跨高速铁路桥——三内丸山跨线桥设计与施工[J].世界桥梁，2019(6)：1-5.

　　[3]周海军，陈炜昀，王志华，等.南京地铁5号线盾构隧道穿越桥梁桩基托换设计与施工[J].施工技术，2019(22)：85-89.

　　[4]张帆，刘学成.BIM技术在公轨两用桥梁设计与工程造价管理中的应用[J].工程经济，2019(11)：50-52.

　　[5]毛云峰，王义成，白祖应，等.预制梁的制作要点及其在桥梁工程中的施t工应用[J].科技创新与应用，2019(32)：178-179.

　　[6]葛耀君，夏青，赵林.大跨度桥梁的抗风强健性及颤振评价[J].土木工程学报，2019(11)：66-70，119.

　　[7]刘忠民.ProjectWise协同平台在桥梁工程设计管理中的应用[J].项目管理技术，2019(11)：136-140.

　　作者：吴艳丽