二環(huán)線高架橋關(guān)鍵技術(shù)研究

舒勇 劉從新

摘要 武漢市二環(huán)線漢口段（江漢二橋～建設(shè)大道）是二環(huán)線的組成部分，采用主路高架、輔路地面的布置方式，交叉口采用部分互通結(jié)合地面平交形式，其他次要路口均采用主路分離結(jié)合輔路平交形式，沿線設(shè)置上下橋匝道、人行過街設(shè)施和公交車停靠站點(diǎn)。高架橋?yàn)殡p向6車道，地面道路雙向4～6車道，道路路口處局部拓寬。文章重點(diǎn)介紹了高架橋的橋型總體設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)算以及橋梁基礎(chǔ)、地鐵范圍內(nèi)橋墩基礎(chǔ)處理等關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)，可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞 高架橋;橋梁設(shè)計(jì);橋墩基礎(chǔ);設(shè)計(jì)計(jì)算

中圖分類號(hào) U443.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2022）05-0141-03

0 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，道路交通事業(yè)也迎來了迅猛發(fā)展的時(shí)期。隨著各地城鎮(zhèn)化率逐步提高，城市道路改造項(xiàng)目不斷增多，城市高架橋在其中的地位和比重越來越高。該文以武漢市二環(huán)線漢口段高架橋建設(shè)為例，研究在既有復(fù)雜管線條件下的橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、地鐵車站范圍內(nèi)橋墩基礎(chǔ)處理等關(guān)鍵措施，通過合理的技術(shù)措施，使橋梁結(jié)構(gòu)受力處于合理狀態(tài)，供類似工程參考。

1 工程概述

二環(huán)線漢口段高架位于武漢市發(fā)展大道上，全長3.6 km，是二環(huán)線的組成部分。橋梁采用30 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，路口采用29～55 m連續(xù)鋼箱梁。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

道路等級(jí)：城市快速路;計(jì)算行車速度：二環(huán)線主線60 km/h，地面輔道40 km/h，立交匝道30～40 km/h;橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度：26 m;雙向6車道;荷載等級(jí)：公路-Ⅰ級(jí);溫度荷載：體系升降溫±20°;梯度溫度T1=15.2°，T2=5.74°;抗震要求：設(shè)計(jì)地震烈度6度，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，7度設(shè)防;風(fēng)荷載：設(shè)計(jì)基本風(fēng)速V10=25.6 m/s;坡度：雙向1.5%橫坡;高程系統(tǒng)：1985國家高程基準(zhǔn)系統(tǒng);坐標(biāo)系統(tǒng)：1954北京坐標(biāo)系統(tǒng);環(huán)境類別：Ⅰ類;設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年。

3 橋梁總體設(shè)計(jì)

3.1 建設(shè)條件

工程范圍內(nèi)道路沿線現(xiàn)狀地下管線較多，有給水、排水、電力、電信、燃?xì)?、有線電視、路燈及交通信號(hào)等管線。

擬建場地地層自上而下主要由7個(gè)單元層組成：

（1）人工填土層（Qml）。

（2）第四系全新統(tǒng)新近沉積形成的淤泥質(zhì)土層（Q4al）。

（3）第四系全新統(tǒng)沖積形成的一般粘性土層（Q4al）。

（4）第四系全新統(tǒng)沖積形成的淤泥質(zhì)土層及一般粘性土層（Q4al）。

（5）第四系全新統(tǒng)沖積形成的粉砂夾粉土、粉質(zhì)粘土過渡層（Q4al）。

（6）第四系全新統(tǒng)沖積形成的粉砂層（Q4al）。

（7）白堊—下第三系泥質(zhì)粉砂巖層及礫巖層（K-E）。

3.2 橋型設(shè)計(jì)

根據(jù)建設(shè)條件，可選橋型主要為預(yù)制空心板梁橋、預(yù)制小箱梁橋和連續(xù)箱梁橋[1-2]。

從施工方法、結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、適應(yīng)跨越路口的能力、對(duì)橋面變寬的適應(yīng)性、施工期間對(duì)交通的影響、景觀效果、工程造價(jià)等多方面進(jìn)行比較，標(biāo)準(zhǔn)段選擇現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁;非標(biāo)準(zhǔn)段選擇連續(xù)鋼箱梁。主線高架橋孔跨布置如下：

（3×30）+（36.1+50+35+29）+（2×30+28+30）+（4×30）+（2×30）+（30+40+30）+（2×30+33+27+30）+（5×30）+（5×30）+（30+35+30+24）=1 207.1 m。

（29+30+30+30+28）+（5×30）+（30+40+2×32+30）+（31+50+54+50）+（41+55+55+35）+（20+4×27）+2×（3×30）+2×（5×31.9）+3×（4×30）+（29+30+30+28）+（30+40+2×32+30）+ 2×（5×30）=2 400 m。

4 橋梁主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 上部結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)橋梁上部結(jié)構(gòu)采用箱型斷面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)單箱三室，梁高2.0 m;箱梁頂寬26.0 m，頂板厚25 cm，兩側(cè)懸臂長4 m，懸臂厚度22～55 cm;箱梁底寬8.5 m，底板厚22 cm;橫向設(shè)4道腹板，中腹板為直腹板，邊腹板采用斜腹板，腹板標(biāo)準(zhǔn)厚度60 cm，支點(diǎn)附近加厚至80～100 cm。

橋梁按A類預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縱、橫向均配置預(yù)應(yīng)力鋼絞線?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束配置如下：腹板采用19-φs15.2鋼絞線，頂板采用9-φs15.2鋼絞線，底板采用7-φs15.2鋼絞線，均采用圓波紋管成孔。為節(jié)省管道布置空間，減薄頂板厚度，橫向預(yù)應(yīng)力采用扁形波紋管體系，鋼束型號(hào)3-φs15.2。上部結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50。

為減小施工期間對(duì)既有交通的影響，部分跨路口位置的上部結(jié)構(gòu)采用四箱室的焊接鋼箱梁。梁高與混凝土梁一致，考慮鋼箱梁鋪裝多一層8 cm現(xiàn)澆層，梁高采用1.92 m。箱梁頂寬26 m，兩側(cè)各設(shè)3.827 6 m的懸臂，懸臂為橫向受力，焊接工字形斷面。鋼箱梁采用正交異性橋面系，頂板標(biāo)準(zhǔn)厚度14 mm，支點(diǎn)兩側(cè)局部加厚，橋面采用U型加勁肋或T型加勁肋，懸臂外側(cè)梁高較矮的地方局部設(shè)板肋;每隔2.5 m設(shè)一道厚度14 mm的橫隔板;箱梁底板標(biāo)準(zhǔn)厚度為14 mm，支點(diǎn)兩側(cè)局部加厚，底板設(shè)縱向加勁肋。鋼箱梁鋼材材質(zhì)采用Q345qC。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

現(xiàn)狀道路下埋設(shè)給水、排水、通信、燃?xì)獾裙芫€，現(xiàn)有排水管道基本采用箱涵。在保護(hù)既有排水管道的前提下，橋墩基礎(chǔ)采用騎跨式方式跨越箱涵。

下部結(jié)構(gòu)均采用雙柱式花瓶墩墩身、單個(gè)墩柱1.7 m

×1.7 m，中間以系梁連接。系梁尺寸1.7 m×1.2 m。墩身采用C40混凝土。橋墩立面見圖1。70FFAFDB-0C2A-4FBA-BACB-665AD7332E44

橋墩基礎(chǔ)采用4根Φ1.5 m或6根Φ1.2 m群樁基礎(chǔ)。

4.3 橋梁總體計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用通用軟件Midas/Civil建立整體模型，主梁共分47個(gè)單元，48節(jié)點(diǎn)。

4.3.1 設(shè)計(jì)荷載

（1）一期恒載容重：r=26.5 kN/m3

（2）二期恒載重：

橋面鋪裝：23.5×0.09×24=50.7 kN/m;防撞護(hù)欄：17+11.7×2=40.4 kN/m;種植土：5.8 kN/m;隔聲屏：1.5×2+1=4kN/m;總重：40.4+50.7+5.8+4=100.9 kN/m。

（3）活載：

汽車荷載類別：城—A;車道數(shù)：6;橫向分配系數(shù)：6×0.55×1.15=3.795;沖擊系數(shù)：1+20/（80+30）=1.182。

（4）溫度：

系統(tǒng)溫度：升降溫±20℃;梯度溫度：正溫差T1=15.2℃，T2=5.74℃;反溫差：正溫差×（-0.5）。

（5）支點(diǎn)不均勻沉降：按0.5 cm計(jì)算。

4.3.2 計(jì)算結(jié)果

主梁截面應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果見表1。

結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)算滿足規(guī)范[3]要求。

5 關(guān)鍵技術(shù)處理

5.1 橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

二環(huán)線橋墩位于發(fā)展大道上，市政管線復(fù)雜，道路中央布置8 m寬花壇（橋墩布置其中），花壇下存在既有排水箱涵。橋梁樁基及承臺(tái)均須避開箱涵。由于箱涵線位、大小、埋置深度不一，因此基礎(chǔ)形式多樣?？紤]施工的方便，歸類三類承臺(tái)形式：

A類承臺(tái)為整體式承臺(tái)，φ1.5 m鉆孔樁基礎(chǔ)。承臺(tái)尺寸6.0 m×2.5 m×2.5? m，中間以2 m×2.9 m×1.5 m的系梁相連，C30混凝土。鉆孔樁采用C25混凝土。

B類承臺(tái)為整體式承臺(tái)，φ1.2 m鉆孔樁基礎(chǔ)。承臺(tái)尺寸7.2 m×2.2 m×2.6? m，中間以4.6 m×3.5 m×1.2 m的系梁相連，C30混凝土。承臺(tái)超過8 m寬花壇部分切角，避免露出地面。鉆孔樁采用C25混凝土。

C類承臺(tái)為整體式承臺(tái)，φ1.2 m鉆孔樁基礎(chǔ)。承臺(tái)尺寸7.2 m×3 m×1.8 m，中間以（2～3.4）m×5 m×1.8 m的系梁相連，由于承臺(tái)下排水箱涵的影響，承臺(tái)較薄，抗剪要求需要采用C50混凝土。鉆孔樁采用C25混凝土。

橋墩基礎(chǔ)的布置，基本避免了大排水箱涵的遷改，減少了后期施工配合工作量，節(jié)省了工程造價(jià)，縮短了施工工期。

承臺(tái)布置圖見圖2。

5.2 地鐵范圍橋墩設(shè)計(jì)

二環(huán)線橋墩樁基礎(chǔ)在地鐵車站范圍內(nèi)的處理。為確保橋梁樁基安全，唐家墩、竹葉山地鐵車站開挖時(shí)，站內(nèi)二環(huán)線高架橋墩樁基應(yīng)做及時(shí)穩(wěn)固的防護(hù);同時(shí)將已做的橋樁在車站底板處再做一道承臺(tái)，形成雙承臺(tái)橋樁基礎(chǔ)，在后期與車站底板一起現(xiàn)澆。

（1）樁基沿道路里程增大方向通過樁間構(gòu)造連成整體。要求每開挖3 m深度后，立即對(duì)樁身表面鑿毛，及時(shí)進(jìn)行樁間連接施工。

（2）地鐵車站挖到底層后，澆筑第二道承臺(tái)。

通過以上處理措施，合理地解決了橋梁基礎(chǔ)與地鐵車站的空間沖突。

5.3 軟弱地基橋梁引道設(shè)計(jì)

常規(guī)匝道橋梁引道為路堤形式。因S6匝道路段管線遷改困難，同時(shí)為解決引道局部開挖后地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的問題，對(duì)S6匝道引道段進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)處理。

（1）對(duì)S6K0+040～S6K0+083.678路段進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，其中S6K0+040～S6K0+063.678路段采用U型槽+C15毛石混凝土，S6K0+063.678～S6K0+083.678路段采用框架結(jié)構(gòu)。

（2）S6K0+040～S6K0+083.678路段采用9 cm鋪裝層（同橋面鋪裝層），結(jié)構(gòu)底設(shè)30 cm碎石墊層。

（3）匝道引道懸臂式擋土墻的埋深增加50 cm（即墻趾底高程降低50 cm，墻高H增加50 cm），選用相應(yīng)墻高的擋土墻并進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析及配筋驗(yàn)算[4]。

6 結(jié)語

武漢市二環(huán)線漢口段（江漢二橋～建設(shè)大道）是二環(huán)線的組成部分，為市政綜合項(xiàng)目，綜合管線、地鐵車站等協(xié)調(diào)復(fù)雜。高架橋采用斜腹板、大懸臂箱梁，綜合了斜腹板箱梁與弧線形箱梁截面的優(yōu)點(diǎn)，不但結(jié)構(gòu)受力合理、工程造價(jià)較低，同時(shí)梁體造型溫和又富有動(dòng)感，既減輕橋下路人的壓抑感，又容易融入橋梁沿線周邊的建筑及環(huán)境景觀;其下部結(jié)構(gòu)因地制宜，采用騎跨式承臺(tái)，避免排水箱涵的大面積拆遷;地鐵車站內(nèi)橋墩與地鐵車站立柱完美結(jié)合使用;軟弱地基橋梁引道采用框架結(jié)構(gòu)，減小地基承載力的要求。

在橋梁設(shè)計(jì)建造過程中，通過合理設(shè)計(jì)，采用合適的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到了較好的實(shí)施效果，該項(xiàng)目已建成通車。

參考文獻(xiàn)

[1]任才. 中心城區(qū)新建高架橋上部結(jié)構(gòu)選型研究[J]. 城市道橋與防洪， 2020（1）： 43-46.

[2]張颯. 城市高架橋梁常見結(jié)構(gòu)形式比選[J]. 城市建筑， 2019（16）： 107.

[3]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： JTG3362—2018[S]. 北京：人民交通出版社， 2018.

[4]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范： GB50007—2011[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2011.70FFAFDB-0C2A-4FBA-BACB-665AD7332E44