國(guó)道104濟(jì)南零點(diǎn)立交至燕山立交高架橋設(shè)計(jì)

李新蕾

1 概述

國(guó)道104濟(jì)南零點(diǎn)立交—燕山立交高架橋是國(guó)道104穿越濟(jì)南城區(qū)的過(guò)境路段,同時(shí)也是濟(jì)南市的市政道路,是規(guī)劃的“三橫五縱”雙快體系(快速路、快速公交)的一縱,上部為城市快速路,下部地面道路為快速公交路(BRT系統(tǒng))。

本項(xiàng)目路線全長(zhǎng)8 425 m,全線為高架橋工程,其中新建橋梁約7 699 m,利用全幅立交已建橋梁約394 m,燕山立交頂升改造段170 m。2009年第十一屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)在山東省省會(huì)濟(jì)南召開(kāi),本項(xiàng)目的建設(shè)為成功舉辦全運(yùn)會(huì)提供了強(qiáng)有力的交通支撐。

2 設(shè)計(jì)原則

除遵循適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等基本原則外,還必須滿(mǎn)足以下要求:1)由于工期較緊,所選用的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)保證施工時(shí)能同時(shí)開(kāi)辟多個(gè)工作面。2)項(xiàng)目位于繁華市區(qū),施工中不確定因素很多,所選用的結(jié)構(gòu)形式不僅要能滿(mǎn)足工期要求,而且當(dāng)結(jié)構(gòu)跨徑需要改變時(shí)要比較容易。3)橋梁設(shè)計(jì)要結(jié)合地面道路布置和交通規(guī)劃,選擇適宜的下部結(jié)構(gòu)形式,給地面道路留出適宜的凈高和凈寬。4)橋梁在跨越河流及相交路口時(shí),應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)劃及實(shí)際情況,選用合理的跨徑,盡量一跨跨越。

3 設(shè)計(jì)方案比選

3.1 結(jié)構(gòu)體系比選

適合城市高架橋的橋梁結(jié)構(gòu)形式可選擇連續(xù)體系,也可以采用簡(jiǎn)支體系。連續(xù)體系可選擇等高度或變高度連續(xù)梁,簡(jiǎn)支體系可以采用空心板、T梁、小箱梁等。連續(xù)結(jié)構(gòu)外觀流暢,輕盈美觀,行車(chē)條件好,施工受客觀條件限制需調(diào)整橋跨布置時(shí)較容易,其缺點(diǎn)是造價(jià)稍高,施工周期較長(zhǎng)。簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)具有可工廠化預(yù)制、質(zhì)量容易保證、上部架設(shè)簡(jiǎn)單、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)整體性、耐久性差,景觀效果較差,施工受限制時(shí)改變跨徑較困難,行車(chē)舒適性較差,在城區(qū)內(nèi)建設(shè)預(yù)制場(chǎng)地及運(yùn)梁比較困難。綜合考慮適用、經(jīng)濟(jì)、美觀、施工等因素,最終采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。

3.2 基本跨徑選擇

根據(jù)城市高架橋建設(shè)經(jīng)驗(yàn),連續(xù)結(jié)構(gòu)跨徑在25 m～45 m之間是較適宜、經(jīng)濟(jì)的。在城市中布置30 m跨徑連續(xù)梁不僅在外形上較美觀、和諧,橋墩間距不顯狹小,而且30 m跨徑布置靈活,在城市高架中較適用。45 m跨徑與30 m跨徑相比可有效縮短工期,但是造價(jià)稍高,需要橋梁建筑高度較大。

本項(xiàng)目最終采用30 m作為基本跨徑,在跨越河流、路口、鐵路等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時(shí),再根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整跨徑布置。

3.3 上部結(jié)構(gòu)斷面比選

上部結(jié)構(gòu)斷面從眾多方案中篩選出3個(gè)箱形截面,方案Ⅰ采用單箱三室截面,方案Ⅱ采用單箱五室魚(yú)腹式截面,方案Ⅲ采用單箱三室大懸臂截面。

相比而言,方案Ⅰ截面腹板數(shù)目較少,施工簡(jiǎn)便,且外形美觀大方,是國(guó)內(nèi)高架工程中普遍采用的截面形式。方案Ⅱ美觀效果較好,但是材料用量較多,腹板數(shù)目多,施工較復(fù)雜。方案Ⅲ外形效果較好,但是結(jié)構(gòu)橫向受力較為復(fù)雜,斜腹板施工質(zhì)量不易保證,施工工藝尚不夠成熟。經(jīng)綜合比較,最終采用方案Ⅲ。

3.4 下部結(jié)構(gòu)選型

本項(xiàng)目穿越城區(qū)繁華地段,根據(jù)規(guī)劃,橋梁下方將建設(shè)BRT快速公交系統(tǒng),根據(jù)地面道路的規(guī)劃,墩柱外緣之間距離控制為6 m。

在如圖1所示的橋墩類(lèi)型中,方案Ⅰ立柱上部為弧形,整體為大“Y”形,立柱間以系梁連接,增強(qiáng)了穩(wěn)定感,但是系梁要施加較大的預(yù)應(yīng)力,整個(gè)體系受力及施工均較為復(fù)雜。方案Ⅱ?yàn)楸”谑蕉?結(jié)構(gòu)整體受力,但中間為實(shí)體,順橋向不通透,不滿(mǎn)足BRT系統(tǒng)車(chē)站區(qū)橋墩之間行人穿行的需要,材料用量較多,造價(jià)較高。方案Ⅲ為雙柱式結(jié)構(gòu),外形簡(jiǎn)潔明快,受力明確,施工簡(jiǎn)單,造價(jià)較低。綜合考慮結(jié)構(gòu)受力、景觀、經(jīng)濟(jì)等因素,最終采用方案Ⅲ。

4 跨鐵路段設(shè)計(jì)方案比選

本項(xiàng)目地面道路與高架橋分別下穿和上跨膠濟(jì)鐵路及客運(yùn)專(zhuān)線?？瓦\(yùn)專(zhuān)線與老鐵路線間距約24 m,在項(xiàng)目位置比老鐵路線高出約11 m。在跨越膠濟(jì)鐵路及客運(yùn)專(zhuān)線時(shí),其墩柱布置必須考慮地面道路的通行要求,同時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)滿(mǎn)足施工時(shí)盡量不影響鐵路的正常通行。設(shè)計(jì)中提出了兩種方案,即現(xiàn)澆連續(xù)梁方案和簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)小箱梁方案。

現(xiàn)澆連續(xù)梁方案采用滿(mǎn)堂支架法施工,施工期間對(duì)鐵路通行影響較大;同時(shí)為滿(mǎn)足施工期間地面道路通行需要,需搭設(shè)臨時(shí)通道,支架高度高,用量大,占用時(shí)間長(zhǎng);在靠近鐵路的一聯(lián)箱梁施工時(shí),由于支架距離鐵路高壓線較近,存在一定安全隱患;造價(jià)較高。

小箱梁方案采用預(yù)制裝配法施工,施工期間對(duì)鐵路通行影響較小;架設(shè)時(shí)地面道路可以半幅通行;上部主梁預(yù)制可以和下部結(jié)構(gòu)施工同步進(jìn)行,安裝及現(xiàn)澆濕接頭時(shí)間較短;僅在施工橋墩橫梁時(shí)需用支架,支架用量少,占用時(shí)間短;造價(jià)較低。其缺點(diǎn)是外形與總體不協(xié)調(diào),景觀效果略差。

綜合考慮,最終確定采用小箱梁方案。

5 燕山立交改造段方案比選

新建高架橋與燕山立交對(duì)接時(shí)(見(jiàn)圖2),由于原橋橋面標(biāo)高較低,必須抬高橋面,需要對(duì)燕山立交三聯(lián)(雙幅六聯(lián))箱梁進(jìn)行抬升或拆除重建,即DHL11聯(lián)、DHL12聯(lián)和DHL13聯(lián),其中DHL11聯(lián)為2 m×25 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)板,DHL12聯(lián)、DHL13聯(lián)為3 m×20 m普通鋼筋混凝土連續(xù)板。DHL13聯(lián)、DHL12聯(lián)位于變寬段上,橋梁總寬度從26 m直線變化到47 m,DHL11聯(lián)全寬47 m。

若將原橋拆除重建,其總造價(jià)包括拆除費(fèi)用和重建費(fèi)用,不僅造價(jià)較高,而且由于燕山立交建成通車(chē)不足五年,拆除重建將造成不良的社會(huì)影響,因此確定對(duì)該段橋梁進(jìn)行抬升改造。

設(shè)計(jì)中對(duì)燕山立交的抬升改造提出了兩個(gè)方案,即提升方案和頂升方案(見(jiàn)圖3,圖 4)。提升方案可以連續(xù)作業(yè),施工時(shí)不占用橋下空間,橋墩截?cái)嗉敖痈呤┕し奖?缺點(diǎn)是施工費(fèi)用相對(duì)較高。頂升方案支架布置簡(jiǎn)單,施工費(fèi)用相對(duì)較低,缺點(diǎn)是占用橋下空間,影響橋墩鑿除及接高。綜合考慮,最終確定采用頂升方案。

6 結(jié)語(yǔ)

城市高架橋設(shè)計(jì)需要考慮的因素非常多,方案比選的過(guò)程即是對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷優(yōu)化的過(guò)程,也是適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等設(shè)計(jì)基本原則得到貫徹和落實(shí)的過(guò)程。本工程在緊張的設(shè)計(jì)過(guò)程中,進(jìn)行了多角度的方案比選,全面貫徹了精細(xì)化設(shè)計(jì)理念,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]JTG B01-2003,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]徐潔元.黃岡高架橋的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].山西建筑,2008,34(15):303-304.