有關(guān)互通立交橋梁設(shè)計(jì)研究

張 軍，劉佳鈺

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 ，天津市 300074）

0 引言

互通式立交橋連接路線兩側(cè)的道路,其為行人與車輛的通行提供便利的同時(shí)，與周圍的自然環(huán)境、地理?xiàng)l件相結(jié)合,是當(dāng)?shù)仫L(fēng)景中的一大亮點(diǎn)。在高速公路中，互通立交橋的設(shè)計(jì)作為高速公路景觀設(shè)計(jì)的一部分,最重要的是橋型的選擇，需要結(jié)合周圍的交通運(yùn)輸需求與環(huán)境，充分利用目前的地形，設(shè)計(jì)出可持續(xù)發(fā)展的立交橋，形成立體化交通網(wǎng)絡(luò)。

1 互通立交地形設(shè)計(jì)思路

在不同的交通條件需求與分流方向上，互通立交橋的占地規(guī)模有大有小。設(shè)計(jì)者需要根據(jù)分流道路的等級(jí)與地形地勢(shì)充分考慮進(jìn)行布設(shè)線形，以符合長期發(fā)展需求。一些較重要的交通樞紐甚至有可能會(huì)占地幾百畝，層數(shù)甚至可能會(huì)多達(dá)五六層，這些互通立交的設(shè)計(jì)尤其需要精確計(jì)算，以避免設(shè)計(jì)失誤而導(dǎo)致對(duì)所有互通道路交通的影響[1]。在地形設(shè)計(jì)中需要考慮的因素較多，如互通中的拆遷工程、野外公路的整理河道工程、地勢(shì)的平整等。出于對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)考慮，在地形地物受到破壞的情況下，要盡可能恢復(fù)到原有的自然狀態(tài)，以對(duì)當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)環(huán)境表示尊重。在互通立交的設(shè)計(jì)中，不可避免地會(huì)遇到與河流或與原有道路發(fā)生沖突的問題，隨著現(xiàn)代環(huán)保設(shè)計(jì)理念的不斷深入，在互通立交橋的設(shè)計(jì)中，要根據(jù)原有的地形與植被情況等進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，使互通立交成為周圍環(huán)境中的和諧部分。當(dāng)在地形中有村莊、小山等元素時(shí)，需要進(jìn)行巧妙結(jié)合，合理規(guī)避，滿足多方需求，才能稱得上是完美的地形設(shè)計(jì)。

2 互通立交橋梁總體計(jì)算

2.1 橋型的選擇

在互通立交橋梁的設(shè)計(jì)中，首先需要對(duì)橋面進(jìn)行寬度確定。根據(jù)目前道路的交通量以及未來的交通量預(yù)測(cè)，外加道路兩側(cè)的護(hù)欄、跨線橋的行車寬度等，根據(jù)當(dāng)?shù)卣拈L期規(guī)劃，來對(duì)跨線橋的橋梁寬度進(jìn)行確定[2]。

立交橋的主要目的是把兩條或多條在路面直接相連有難度的道路進(jìn)行結(jié)合，所以大多數(shù)的立交橋現(xiàn)澆箱梁多以彎坡斜或其它的異型結(jié)構(gòu)為主，如果半徑很大，可以利用平面桿系理論進(jìn)行分析。如果立交橋的半徑較小，或?yàn)樾苯唤嵌却笥?0°的箱梁及變化較為劇烈的分叉端異型箱梁，則需要采用梁格法進(jìn)行結(jié)構(gòu)空間分析，從而更為精確地對(duì)不同位置的受力情況進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)算。在高速公路的中間隔離帶設(shè)立中墩，一邊一孔跨越高速公路，可以有效降低橋梁主跨越半徑。橋墩一般都會(huì)設(shè)置在中間隔離帶中，兩側(cè)設(shè)置波形護(hù)欄或鋼筋混凝土防撞護(hù)欄，從而對(duì)橋墩起到一定的保護(hù)作用。在實(shí)際操作時(shí)，可以先使用桿系軟件進(jìn)行配束調(diào)束工作，待調(diào)束完成后，再用梁格方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。需要注意的是，調(diào)束時(shí)指標(biāo)控制(應(yīng)力、承載能力)應(yīng)比常規(guī)橋梁稍微嚴(yán)格。對(duì)于沒有中央分隔帶或中央分隔帶很小不宜放置橋墩的路段,采用城市道路中常用的設(shè)置防撞墩或防撞圍墻等方案,這樣將壓縮行車寬度,造成交通瓶頸,影響行車道的流暢性和舒適性，并對(duì)汽車駕駛員產(chǎn)生心理壓力[3]。

2.2 主跨徑的選擇

隨著高速公路的不斷發(fā)展，立交橋的設(shè)計(jì)也加入了更多的美學(xué)內(nèi)容，在滿足交通運(yùn)輸壓力需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者力求橋梁與橋址周圍的自然環(huán)境一致。如果橋梁的主跨徑在35 m以上，則可以采用變截面的曲線梁，橋梁的結(jié)構(gòu)顯得更為輕巧與美觀。道路中央不設(shè)橋墩的大跨徑連續(xù)梁橋,其透孔度高,視野開闊,行車感覺舒適。在交通樞紐或人群比較集中的地方,大跨徑連續(xù)梁橋方案設(shè)計(jì)較為合適[4]。

跨線橋的主跨在確定之后，要根據(jù)兩側(cè)的填土高度與周圍的環(huán)境來對(duì)引橋的長度與橋梁的跨徑進(jìn)行計(jì)算，一般橋梁的聯(lián)長在60～200 m，分聯(lián)多的話，橋面的伸縮縫也就越多，不利于高速行駛。如果分聯(lián)過少，受到溫度或混凝土本身影響的縱向累積位移越大，需要的伸縮縫越大，結(jié)構(gòu)自然也就越復(fù)雜。橋梁的縱向伸縮長度的增大,加大了橋墩的溫度縱向變量,對(duì)橋墩支座和橋墩的影響加大。合理的聯(lián)長可以合理地布置橋梁的跨徑組合,使橋梁的上下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。對(duì)于有主跨的橋,橋梁的邊跨一般為主跨的15～18倍[5]，這樣的橋孔布置使橋梁的結(jié)構(gòu)受力合理,減小橋梁的建筑高度,節(jié)省建設(shè)費(fèi)用。

2.3 支座設(shè)置與板面分析

一般匝道橋中間墩都設(shè)為無抗扭剛度的點(diǎn)支撐，通過墩柱的支撐，匝道能夠順利實(shí)現(xiàn)暢通與平衡。在設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)設(shè)中間支座一定的偏心值，可以有效改善橋梁的內(nèi)扭矩，從而使最大、最小扭矩絕對(duì)值接近相等，從而減少抗扭鋼筋的用量，同時(shí)改善橋臺(tái)扭矩，使各支座受力均勻，避免支座發(fā)生脫空，導(dǎo)致梁體傾覆[6]。橋面板的橫向分析一般采用框架模擬，按單向板計(jì)算橋面板與橋面板實(shí)際受力的情況不符，有可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的配筋；在布置橫向預(yù)應(yīng)力時(shí)，不需要在箱室頂板跨中處下彎，只需在橋面板頂緣配置直線通長的預(yù)應(yīng)力鋼絞線。因此，采用框架模型分析，結(jié)果更趨合理。

2.4 橋梁布孔

橋孔方案的布設(shè)是立交區(qū)橋梁設(shè)計(jì)的靈魂，直接關(guān)系到橋梁的造價(jià)、施工難易程度、美觀程度，甚至是整個(gè)立交方案的合理性。與其它單個(gè)橋梁方案選擇有極大不同的地方在于，立交區(qū)橋梁多數(shù)情況下需要同時(shí)面對(duì)幾座甚至是十幾座橋梁，需要將整個(gè)立交里的橋涵統(tǒng)一考慮，往往某個(gè)匝道的橋型布置發(fā)生變化會(huì)影響到其它數(shù)座橋梁的方案變化。

橋孔的設(shè)計(jì)需要對(duì)沿線的自然環(huán)境條件與社會(huì)條件進(jìn)行充分考慮，選擇最為恰當(dāng)?shù)姆桨?，避免?duì)土壤環(huán)境、水環(huán)境等造成影響和破壞。施工方案的選擇對(duì)于橋梁布設(shè)也有著很重要的影響。全部現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)雖然造型較為美觀，且可以適應(yīng)絕大多數(shù)平面線形要求，但是工期較長，設(shè)計(jì)施工難度較大的問題不容忽視。在有條件的情況下，應(yīng)該盡量選用預(yù)制結(jié)構(gòu)，或者預(yù)制與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)交叉布置的方案[7]。這樣既減少了建設(shè)成本，也解決了多聯(lián)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的鋼絞線施工空間問題，以及采用單端逐孔張拉方案引起各聯(lián)橋施工相互制約的問題，往往可以成倍縮短工期。對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)的形式和跨徑也需要整個(gè)立交協(xié)調(diào)統(tǒng)一考慮，以便于實(shí)施。

橋孔分跨時(shí)除考慮所跨越結(jié)構(gòu)物外，應(yīng)結(jié)合線形、寬度變化等指標(biāo)。布孔時(shí)盡量以16～30 m的常規(guī)跨徑為主，分聯(lián)設(shè)在寬度變化的起終點(diǎn)處往往會(huì)降低設(shè)計(jì)難度。S型橋梁如兩反向半徑均較小則受力非常復(fù)雜，特別是獨(dú)柱支撐的S型橋梁受力一般軟件難以計(jì)算，在設(shè)置預(yù)偏心時(shí)極難掌握。立交區(qū)橋梁規(guī)模較大，下部結(jié)構(gòu)紛繁復(fù)雜，布孔時(shí)應(yīng)盡量減少下部立柱數(shù)量，以免視覺效果紛繁錯(cuò)亂。確實(shí)無法減少時(shí)，應(yīng)考慮將部分立柱對(duì)齊布置，在視覺上給人簡(jiǎn)潔感。

很多設(shè)計(jì)者覺得路線組提供的平面線形指標(biāo)是橋涵設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料，不能夠有更多的變通[8]。實(shí)際上路線立交方案也不是一點(diǎn)不能變的，因?yàn)閷I(yè)的關(guān)系，布設(shè)匝道線形時(shí)往往無法考慮到橋涵專業(yè)。如果在布孔時(shí)做些溝通工作，往往會(huì)解決很大的問題。比如分叉端的橋孔布置受分叉位置影響很大，但是實(shí)際上分叉位置前后挪動(dòng)幾米甚至十幾米對(duì)路線設(shè)計(jì)來說往往并不是很難做到的事情，卻可以給橋孔布置帶來極大便利。

3 結(jié)語

立交橋梁的設(shè)計(jì)對(duì)于道路交通事業(yè)的發(fā)展有著重要的作用，合理的設(shè)計(jì)對(duì)于成本控制、質(zhì)量提高及可持續(xù)發(fā)展都有著重要的意義。設(shè)計(jì)者要考慮立交橋使用者的安全需求，設(shè)計(jì)的橋梁符合駕駛?cè)藛T的舒適感。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，互通立交橋梁的設(shè)計(jì)已經(jīng)從簡(jiǎn)單滿足道路使用要求上升為美觀和諧及可持續(xù)發(fā)展。設(shè)計(jì)者要掌握扎實(shí)的橋梁設(shè)計(jì)理論，統(tǒng)籌思考，才能夠設(shè)計(jì)出更加完美的立交橋。

[1]許卓偉.互通立交橋梁繪圖系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].廣州：華南理工大學(xué),2012.

[2]蘇克啟.杜鵬飛.關(guān)于互通立交橋梁設(shè)計(jì)的思考[J].林業(yè)建設(shè),2011（1）:38-40.

[3]嚴(yán)謙,熊聰峰.城市建成區(qū)高速公路互通立交設(shè)計(jì)研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2012（13）:61-64.

[4]孫紅霞,溫政.互通立交中的橋梁設(shè)計(jì)探討[J].城市建筑,2012（17）:218-222.

[5]周鵬飛,范蕾.威海市江家寨互通立交橋梁設(shè)計(jì)探討[J].山東交通科技,2013（3）:36-38.

[6]王艷,符鋅砂.互通立交曲線梁橋繪圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].公路工程,2010（1）:95-97.

[7]劉明政.互通立交曲線梁橋CAD系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].廣州：華南理工大學(xué),2010.

[8]吳健.西寧火車站收費(fèi)式互通立交方案設(shè)計(jì)研究[J].黑龍江科技信息,2014（26）:258-259.