飛鳳路上跨滬寧高速公路橋橋型設(shè)計(jì)與研究

蔣 皓

(江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 無錫 214072)

0 引言

作為重要公共基礎(chǔ)設(shè)施的上跨高等級公路大型橋梁，已不僅是城市的重要交通通道，更是展現(xiàn)城市景觀的重要載體。本文通過對飛鳳路主線上跨滬寧高速公路橋橋型的研究與設(shè)計(jì)，探討在橋型方案設(shè)計(jì)過程中，既實(shí)現(xiàn)了較低的工程投資和易于實(shí)施的施工方法，又能作為城市一道獨(dú)特的風(fēng)景線。

1 工程概況

本項(xiàng)目為飛鳳路跨越滬寧高速公路的一座轉(zhuǎn)體施工連續(xù)梁橋，飛鳳路位于新區(qū)南側(cè)，是連接空港產(chǎn)業(yè)園區(qū)與鴻山生活社區(qū)的一條服務(wù)型城市道路，路線全長約6.411 km，橋梁在K3+027處跨越滬寧高速公路，道路中心線與滬寧高速公路中心線交角為83°，橋梁全長631.88 m，跨徑組成為3×20+4×20+3×20+(65+100+65)+3×20+4×20+3×20 m，主橋采用(65+100+65)m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁橋，橋?qū)挒?7.5 m，人非混行道設(shè)于主橋懸臂下隨橋架設(shè)，引橋行車道采用20 m先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，人非混行道采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁。

2 橋位現(xiàn)狀

縱觀本橋橋位周邊環(huán)境，主要存在以下限制條件：

1)現(xiàn)狀滬寧高速公路為雙向八車道，兩側(cè)用地界線間距約為60 m，路基全寬41 m，高速公路中心線與橋梁交角約83°，滬寧高速現(xiàn)狀見圖1。

2)滬寧高速公路沿線東側(cè)離開路基14 m有一根高壓石油輸送管道。經(jīng)調(diào)查為西氣東輸蘇浙滬管線(見圖2)，其要求的安全范圍為兩側(cè)10 m。

3)滬寧高速公路南側(cè)有一下穿通道供道路兩側(cè)居民進(jìn)行通行，為水泥混凝土路面，路面寬度10 m，限高3.8 m，通道外側(cè)為1-8 m小橋，橋梁設(shè)置時(shí)，需考慮減少對地方設(shè)施的影響(見圖3)。

3 主橋橋型選擇

經(jīng)研究，跨滬寧高速公路橋?qū)⑦B續(xù)跨越滬寧高速公路和規(guī)劃空港路?？傆^當(dāng)前上跨高速的橋梁方案，大致分兩類：一類為在中央分隔帶設(shè)墩方案；一類為中央分隔帶不設(shè)墩方案。

鑒于本項(xiàng)目處于滬寧高速公路繁忙路段，中分帶設(shè)墩將導(dǎo)致基礎(chǔ)施工占用車道時(shí)間較長，對交通流影響大，且橋墩存在撞擊安全隱患，故中分帶設(shè)墩方案不予考慮。

根據(jù)施工方法的不同，通常對中央分隔帶不設(shè)墩方案有兩種選擇：一種為采用頂推施工的連續(xù)鋼箱梁方案，一種為采用轉(zhuǎn)體施工的混凝土橋梁方案。受前文所述高壓石油輸送管最小凈距的控制，在輸油管側(cè)主橋基礎(chǔ)距滬寧中分帶的凈距須大于45 m，結(jié)合另一側(cè)跨越滬寧的要求，主橋主跨至少須95 m以上。因此采用頂推施工的連續(xù)鋼箱梁方案相對轉(zhuǎn)體施工的混凝土橋梁方案總體造價(jià)要高,施工期間對高速的影響與轉(zhuǎn)體相當(dāng)；另一方面本項(xiàng)目橋梁寬度不算大，采用整幅轉(zhuǎn)體施工的混凝土橋梁方案，轉(zhuǎn)體總重量一般，中跨合龍段2 m即可，施工難度不大，施工過程中僅在中跨合龍時(shí)對高速有影響，適合采用，故推薦采用轉(zhuǎn)體施工混凝土橋梁方案。

基于轉(zhuǎn)體施工的方法，結(jié)合擬采用的主橋100 m跨徑及橋梁寬度，最終選擇了三個(gè)橋型比較方案：矮塔斜拉橋、變截面連續(xù)剛構(gòu)橋、變截面連續(xù)梁橋，三種方案建成效果如圖4，圖5所示。

針對跨滬寧高速公路橋主橋橋型的不同，對三個(gè)方案進(jìn)行工程造價(jià)、結(jié)構(gòu)造型、景觀效果、施工難度及對滬寧高速通行影響等多方面比較，結(jié)果如表1所示。

表1 主橋方案比較表

最終綜合考慮選定跨滬寧高速公路橋主橋采用變截面連續(xù)梁。

4 人非車道過橋形式選擇

本項(xiàng)目為城市道路，按照規(guī)范要求，考慮到非機(jī)動(dòng)車爬坡能力，縱斷面不宜大于2.5%。綜合橋下道路凈空控制要求，橋長將達(dá)到830 m，橋梁規(guī)模很大。

為減小橋梁規(guī)模，如設(shè)計(jì)考慮過人非混行道繞行方案，加大主線縱坡至4%，人非混行道在進(jìn)入上跨橋前引至橋下空港路，利用現(xiàn)有下穿通道過滬寧高速公路，最后接上主線人非系統(tǒng)，人非車道繞行示意如圖6所示。

此方案增加了人非混行道與機(jī)動(dòng)車的交織點(diǎn)，存在安全隱患，同時(shí)，需多繞行420 m，不符合行人出行習(xí)慣，因此，設(shè)計(jì)另辟蹊徑，考慮人非混行道隨主橋跨越滬寧高速公路，行車道與人非混行道上下分離，分別進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)，行車道縱坡按4%控制，人非混行道縱坡按不大于2.5%控制(見圖7)。

如此設(shè)計(jì)方案減小了主橋?qū)挾?，同時(shí)，也降低了人非混行道控制標(biāo)高，便于縱斷面控制，設(shè)計(jì)將人非混行道置于主橋箱梁懸臂下，采用懸挑結(jié)構(gòu)，充分利用箱梁懸臂下的空間，如圖8所示。如此設(shè)計(jì)，最終人非混行道縱坡控制在0.65%及1.41%，通過減小主橋?qū)挾?，?jié)省工程投資約20%。工程投資節(jié)省明細(xì)表見表2。

表2 工程投資節(jié)省明細(xì)表

同時(shí)考慮主橋箱梁懸臂與人非混行道懸挑鋼梁剛度不同，使用階段兩者撓度也不同，兩者通過錨固于橋面的吊桿連接，為減小箱梁懸臂下?lián)蠈姨翡摿寒a(chǎn)生的影響，設(shè)計(jì)通過在懸挑鋼梁與腹板連接節(jié)點(diǎn)采用鉸接，如圖9所示，利用銷軸耳板使鋼梁有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，防止該節(jié)點(diǎn)固結(jié)產(chǎn)生過大彎矩導(dǎo)致腹板破壞。

通過利用ANSYS建立空間實(shí)體模型對主梁腹板分別進(jìn)行固結(jié)與鉸接的受力對比分析，結(jié)果如圖10，圖11所示，可得出結(jié)論，若利用固結(jié)方式與腹板連接，錨點(diǎn)應(yīng)力與變形均較大，可能會(huì)導(dǎo)致腹板發(fā)生結(jié)構(gòu)破損，優(yōu)化為鉸接方式后，應(yīng)力與變形均大幅減小，采用鉸接方式提高了結(jié)構(gòu)安全性。

5 結(jié)語

本次飛鳳路跨滬寧高速公路橋主橋所采用的結(jié)構(gòu)形式鮮有采用，設(shè)計(jì)獨(dú)辟蹊徑、大膽創(chuàng)新、銳意進(jìn)取，進(jìn)行了大膽嘗試，但又把合理性、可操作性、安全性貫穿于設(shè)計(jì)中，不僅成功的降低了整個(gè)工程的投資，有效地利用空間資源，一定程度緩解了城市局部用地緊張等問題，獨(dú)特的主橋結(jié)構(gòu)也能成為跨越滬寧高速公路橋梁中的一道風(fēng)景線。本項(xiàng)目的成功實(shí)施，為跨越高速公路以及高等級航道的市政橋梁提供了一種新的設(shè)計(jì)思路，也給后續(xù)類似項(xiàng)目提供了一定的參考借鑒。