火車站站前高架橋設(shè)計(jì)特點(diǎn)研究

閆 斌,戴公連

(中南大學(xué)土木建筑學(xué)院,湖南長沙 410075)

1 概述

火車站站前高架橋是人口密集區(qū)進(jìn)出通道的基礎(chǔ)設(shè)施,該類橋梁靠近地鐵貼近站房,其橋跨布置應(yīng)與環(huán)境相適應(yīng);由于建筑和既有線路的限制,其采用的曲線半徑一般較小;考慮到城市地段、橋下交通條件和施工場地的不同,在方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)氖┕し绞?該類橋梁常位于城市廣場周圍,因此不僅要求橋梁上部結(jié)構(gòu)線形美觀,更應(yīng)創(chuàng)造出優(yōu)雅的橋下空間;同時(shí)針對當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境,一些構(gòu)造細(xì)節(jié)需要得到額外重視。

本文將結(jié)合南京站、深圳站、武漢站、廣州站、樂清站五個(gè)站前高架橋的工程實(shí)例進(jìn)行論述。各高架橋結(jié)構(gòu)類型見表1。

表1 站前高架橋形式比較

2 橋跨布置受既有線路和建筑影響

火車站站前高架橋靠近地鐵和既有道路、隧道等,橋跨布置時(shí)要根據(jù)情況適當(dāng)避讓。如武漢站和廣州站的站前高架橋在做初步設(shè)計(jì)時(shí)就依據(jù)地鐵線路對橋跨進(jìn)行了多次調(diào)整。

站前高架橋與車站站房應(yīng)成為統(tǒng)一的整體,其橋墩設(shè)置應(yīng)與站房建筑相適應(yīng),且橋墩要避開橋下站房門窗。如樂清站進(jìn)站通道高架橋 Pjt3和 Pjt4橋墩均對橋下站房出口有遮擋,影響旅客流動(dòng)和窗口視野,其橋跨設(shè)置由最初的(13.05+14.2+9.35+8.79)m經(jīng)多次調(diào)整后確定為(13.05+14.7+8.85+8.5)m。

在站房與橋梁結(jié)合緊密的情況下,在設(shè)置橋墩位置時(shí)不能與車站站房基礎(chǔ)相矛盾。如樂清站進(jìn)站通道橋 Pjt4號獨(dú)柱墩樁基礎(chǔ)與車站站房基礎(chǔ)相抵觸,經(jīng)多方協(xié)商最終調(diào)整橋跨布置,并設(shè)置順橋向雙獨(dú)柱墩和異形橋臺(tái),使其在受力上滿足結(jié)構(gòu)要求,在布局上與站房基礎(chǔ)相適應(yīng)。

某些站前高架橋要求與站房高層相接,高程設(shè)置需要額外注意。如樂清站和南京站主高架橋,要求橋面高程與二層站房齊平,旅客可通過橋面人行道行走至二樓站房大門。

3 某些匝道橋需要采用超小半徑

受到車站所在地形和站房設(shè)計(jì)等因素的限制,某些匝道橋需要設(shè)置小型甚至超小型半徑(表1)。同時(shí),為改善橋下部結(jié)構(gòu)布局、開闊視野,其下部墩柱還往往采用獨(dú)柱支撐,因此該類橋梁受力狀態(tài)復(fù)雜。其特點(diǎn)表現(xiàn)為:彎扭耦合,約束方式對內(nèi)力、反力和變形影響較大,負(fù)支反力問題為控制設(shè)計(jì)的主要因素。為此,在設(shè)計(jì)中采取調(diào)整支座橫橋向偏心距、核算支座橫向強(qiáng)度、注意腹板鋼筋的防崩、采用兩端張拉等措施對其進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[5]中對超小半徑彎梁的設(shè)計(jì)方法做了詳細(xì)描述。

如武漢站站前高架橋東一聯(lián)匝道橋和南京站匝道橋必須設(shè)置超小半徑 25m(其中南京站匝道橋?yàn)楠?dú)柱墩雙支座)?，F(xiàn)有資料表明,25m為目前國內(nèi)已建成通車的預(yù)應(yīng)力混凝土彎梁橋中的最小半徑。

4 截面形式選擇應(yīng)突出美觀要求

站前高架橋截面形式的選擇上,在保證安全可靠的前提下,主要考慮美觀因素。在突出上部結(jié)構(gòu)纖細(xì)感時(shí),可考慮采用梁高較小的板梁或展翼梁,也可采用月牙形的箱梁截面造成梁高較小的視覺效果;在突出橋梁線條感時(shí),可考慮采用鋼箱梁,梁邊緣的直角可給人以平直可靠的視覺感受;用牛腿和冒梁替代傳統(tǒng)的蓋梁方案,可以創(chuàng)造出優(yōu)美的橋梁側(cè)面線形。

如樂清站采用鋼筋混凝土板梁,梁高僅為 0.8m,整個(gè)橋梁上部結(jié)構(gòu)線形纖細(xì)美觀。在設(shè)計(jì)時(shí)為減輕自重,在板梁中心設(shè)置數(shù)目不等的圓孔,如圖1所示。

圖1 樂清站主高架橋截面形式(單位:cm)

計(jì)算表明:設(shè)置 11個(gè) φ20 cm圓孔可節(jié)省混凝土17.2%,跨中應(yīng)力降低 12.33%～23.05%,相對于其截面面積的豎向位移比值降低了 1.13%～1.29%。故采用板梁中增加圓孔的方式,在減少材料用量的同時(shí),能有效地改善其受力性能。

武漢站站前高架橋設(shè)計(jì)時(shí),考慮到箱形截面整體性好,抗扭剛度大,故采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,標(biāo)準(zhǔn)截面為單箱雙室斜腹板。箱梁頂面寬 9m,中心梁高 2.068m,標(biāo)準(zhǔn)截面如圖2所示。

在交接墩的設(shè)計(jì)中,一改以往傳統(tǒng)的設(shè)置蓋梁方案,而采用牛腿和帽梁形式,使整個(gè)橋梁具有平滑的立面線形(圖3)。

廣州站采用連續(xù)鋼箱梁,標(biāo)準(zhǔn)截面為單箱三室直腹式,橋面凈寬 10.5m,橫隔板寬度為 2m,梁高 1.4 m。截面邊緣鋼箱梁的直角給人以順直、平滑的視覺感受,其標(biāo)準(zhǔn)截面見圖4。

圖2 武漢站站前高架橋標(biāo)準(zhǔn)截面形式(單位:cm)

圖3 武漢站站前高架橋帽梁和牛腿示意

圖4 廣州站站前高架橋標(biāo)準(zhǔn)截面形式(單位:mm)

南京站站前高架橋標(biāo)準(zhǔn)截面為月牙形截面箱梁。橋面寬 17m,中心梁高 1.55m,梁體被 3道腹板分隔為 4室,結(jié)構(gòu)抗扭剛度較大,能有效控制梁體寬扁帶來的結(jié)構(gòu)偏載造成的扭轉(zhuǎn)畸變。梁腹采用優(yōu)美弧線,可以改善城市高架橋梁底棱角分明的常規(guī)造型,同時(shí)在側(cè)視上削弱梁體的高度感,使得梁高在視覺上顯得矮一些,增加了連續(xù)梁的曲線美、輕盈感?？缰袠?biāo)準(zhǔn)截面如圖5所示。

圖5 南京站站前高架橋標(biāo)準(zhǔn)截面形式(單位:cm)

深圳站采用展翼梁方案,整個(gè)梁體纖細(xì)和輕巧,同時(shí)也滿足梁體本身的強(qiáng)度和剛度要求。橋面寬 11.5m,箱底寬 3m,梁高1.5m。標(biāo)準(zhǔn)截面如圖6所示。

圖6 深圳站站前高架橋標(biāo)準(zhǔn)截面形式(單位:cm)

5 結(jié)構(gòu)形式和施工方法應(yīng)因地制宜

城市規(guī)劃中火車站所處城區(qū)位置不同、導(dǎo)致其環(huán)境交通量的差異,對橋梁的施工方法和周期提出了不同的要求。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)因地制宜,選擇適合當(dāng)?shù)氐慕Y(jié)構(gòu)形式和施工手段。

如樂清站地處白石鎮(zhèn)下阮村,交通量較低,故采用支架法現(xiàn)澆鋼筋混凝土板梁;廣州站為縮短工期、減少對橋梁周邊交通的影響,選擇施工周期短的鋼箱梁;深圳站站前高架橋位于城市繁華地區(qū),必須把橋梁建設(shè)時(shí)對交通運(yùn)行的干擾降低到最小程度,且施工速度快。在進(jìn)行多種方案必選后,采用了展翼梁方案。

6 橋墩造型設(shè)計(jì)尤為重要

站前高架橋往往位于火車站廣場上,橋下客流量密集,且城市火車站的周邊環(huán)境往往成為該城市的門戶,因此創(chuàng)造優(yōu)美的橋下環(huán)境對于站前高架橋來說尤為重要。

站前高架橋墩普遍采用花瓶形,如樂清站、廣州站、南京站等。

樂清站站前高架采用圓形截面,在方案比選時(shí)曾設(shè)計(jì)過蓋梁、折線形和圓弧形橋墩 3種方案,如圖7所示。

圖7 樂清站站前高架橋橋墩方案比選

考慮到板梁梁高較小,采用大體積的蓋梁方案不適應(yīng)簡潔美觀的整體要求。在比較折線倒圓角和圓弧線方案之后,最終確定了體現(xiàn)柔美優(yōu)雅風(fēng)格的花瓶形擴(kuò)口墩。為保持一致,所有墩均采用此種形式,以此創(chuàng)造出輕盈優(yōu)美的橋下空間。

廣州站站前高架橋采用長圓形截面的花瓶形橋墩,墩頂擴(kuò)大段采用曲線,配合上部鋼箱梁,給人以堅(jiān)定穩(wěn)重的力量感(圖8)。

南京站站前高架橋,橋墩的寬度和上部結(jié)構(gòu)比例相適應(yīng),花瓶式的橋墩也能與上部月牙形的主梁相協(xié)調(diào),整體造型不會(huì)有頭重腳輕的不安全感。橋墩在正面和側(cè)面顯得相對厚重,能夠很好的體現(xiàn)下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定感。同時(shí)在局部進(jìn)行了切削角處理,從而避免了過于追求穩(wěn)定感而帶來的壓抑(圖9)。

圖9 南京站站前高架橋橋墩方案

在橋墩造型上還增加了表面裝飾線。橋墩表面的裝飾線條能引導(dǎo)視線,強(qiáng)化方向感,產(chǎn)生挺拔效果;同時(shí)裝飾線也起到分隔作用,將大塊混凝土化整為零,改善了刻板的表面。裝飾線的造型上兼顧了直線的剛勁和斜線曲線的動(dòng)感,其實(shí)景見圖10。

圖10 南京站站前高架橋橋墩實(shí)景

另外,橋下燈光效果也是橋下環(huán)境美化的重要方面,在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。如南京站站前高架橋采用白色向上射燈照射橋墩,與周邊環(huán)境相配合,體現(xiàn)橋梁的現(xiàn)代感。

7 排水設(shè)施構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

站前高架橋?qū)儆诔鞘袠蛄?下雨和融雪時(shí)水的滲漏和排放不當(dāng)是導(dǎo)致其功能性損失、美觀性缺失的重要原因。設(shè)計(jì)時(shí),排水導(dǎo)流設(shè)施的細(xì)節(jié)構(gòu)造是需要得到重視的。

武漢站站前高架橋,橋面設(shè)置橫坡匯水,通過頂板排水管進(jìn)入箱室內(nèi)的縱向排水管,在橋臺(tái)處通過排水管排出,在橋墩處通過埋設(shè)在墩中的排水管將積水排放到雨水井中。其布置方式見圖11、圖12。

為防止雨水在箱梁懸臂底部順流而下破壞橋梁美感,特設(shè)置圓形凹陷將雨水阻斷,見圖13。

武漢站站前高架橋還額外承受了雨棚柱荷載,雨水從柱內(nèi)管道流動(dòng)至墩內(nèi)配水管道,其構(gòu)造形式見圖14。

圖11 武漢站站前高架橋排水管立面布置

圖13 武漢站站前高架橋懸臂底部阻水結(jié)構(gòu)示意

圖14 武漢站站前高架橋雨棚柱結(jié)構(gòu)示意

樂清站站前高架橋的設(shè)計(jì)中,除設(shè)置排水設(shè)施外,在橋梁與二層站房相接處設(shè)置排水凹槽,防止雨水從站橋間滲滴到橋下,見圖15。

圖15 樂清站站前高架橋排水管示意

8 橋梁上部照明設(shè)計(jì)

火車站站前高架橋設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮是否設(shè)置照明設(shè)施。照明的方式有橋上燈桿照明、防撞墻嵌入式照明和廣場燈塔照明等形式。武漢站在遠(yuǎn)離火車站站臺(tái)的部分一側(cè)設(shè)置橋上燈桿照明,見圖16。

圖16 武漢站站前高架橋燈桿照明示意

另一側(cè)設(shè)置防撞墻嵌入式燈光,在注重實(shí)用的同時(shí),也給人以現(xiàn)代感,見圖17。

圖17 武漢站站前高架橋嵌入式照明示意

9 結(jié)語

火車站站前高架橋設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn):在橋跨布置方面,要和車站站房基礎(chǔ)和門窗相協(xié)調(diào),并避開地鐵、隧道和公路等線路;截面的選擇上,著重體現(xiàn)美學(xué)特征,采用較小的梁高或月牙形截面可給人纖細(xì)輕盈的美感,設(shè)置牛腿和帽梁可使橋梁線形平順;某些匝道橋可能會(huì)采用超小半徑,需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì);橋墩造型尤其重要,花瓶形橋墩是可以參考的方案;排水設(shè)施和上部照明等構(gòu)造細(xì)節(jié)也要引起重視。

[1] 閆 斌.新建火車站站前高架橋結(jié)構(gòu)形式比較研究[C].第十九屆全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2010.

[2] 廣州鐵路新客站地區(qū)市政道路及附屬工程[Z].2009.

[3] 樂清站前高架橋.甬臺(tái)溫鐵路新建工程施工圖[Z].2009.

[4] 新建武漢站工程車站建筑施工圖設(shè)計(jì)[Z].2009.

[5] 曾 敏.小半徑曲線梁橋地震響應(yīng)分析及減隔震研究[D].中南大學(xué):碩士學(xué)位論文,2009:25-80.

[6] 王心聯(lián).南京火車站站前高架橋結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)研究[D].同濟(jì)大學(xué):碩士學(xué)位論文,2007:9-66.

[7] 陸 煒.深圳火車站高架橋的總體設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),1998(6):10-11.

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