普通國(guó)省干線公路上跨高速公路橋梁方案設(shè)計(jì)研究

鄧紅梅，汪學(xué)明 （安徽宏泰交通工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽 合肥 230022）

1 引言

近年來，隨著高速公路的快速發(fā)展和農(nóng)村公路的加快建設(shè)，普通國(guó)省干線公路的地位和作用愈發(fā)突出。如果說高速公路被稱為“大動(dòng)脈”，農(nóng)村公路被稱為“毛細(xì)血管”的話，那普通國(guó)省干線公路則主要承擔(dān)“內(nèi)接”任務(wù)，是連接高速公路與農(nóng)村公路之間、城市節(jié)點(diǎn)間與鄉(xiāng)鎮(zhèn)群落間的重要通道，起到了聯(lián)系紐帶和承上啟下的作用，具有突出的連通、干線和集散功能。普通國(guó)省干線公路上跨高速公路已屢見不鮮，對(duì)于公路上跨既有現(xiàn)狀高速公路，如何最大程度減小橋梁施工對(duì)橋下高速公路通行的影響，是新建上跨高速橋需要考慮的一個(gè)重要因素。隨著交通量的不斷增長(zhǎng)，高速公路改、擴(kuò)建已成為大勢(shì)所趨，如何充分考慮被交高速公路現(xiàn)狀及遠(yuǎn)期改、擴(kuò)建，成為新建上跨高速橋又一重點(diǎn)考慮因素。

本文以某上跨高速橋?yàn)楣こ桃劳校C合分析各類影響因素，進(jìn)行方案比選，最終得出橋梁最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，為同類橋梁的方案優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

2 工程概況

潛山市交通條件優(yōu)越，G105、G318、合九鐵路、G50滬渝高速以及G35濟(jì)廣高速貫穿市境，對(duì)外交通便捷。G35、G105新線已建成通車，擬建“S241潛山南高速出口至新G105段改建工程”可以更好地銜接潛山南高速出口與新G105以及黃泥鎮(zhèn)和規(guī)劃潛山市河西新區(qū)，更快捷地溝通懷寧縣與潛山市黃泥鎮(zhèn)[1]。G50滬渝高速公路東起上海、西至重慶，是中國(guó)國(guó)家高速公路網(wǎng)東西向干線之一。S241擬上跨滬渝高速，主線與被交高速路斜交87.6°?，F(xiàn)狀滬渝高速在本項(xiàng)目涉路段小樁號(hào)側(cè)附近有服務(wù)區(qū)一處（王河服務(wù)區(qū)），現(xiàn)狀王河南側(cè)服務(wù)區(qū)（界子墩至合肥方向）與擬建橋梁間凈距約550m，王河北服務(wù)區(qū)（合肥至界子墩方向）與擬建橋梁間凈距約903m。

圖1 橋位處衛(wèi)星圖

3 方案比選

本項(xiàng)目上跨現(xiàn)狀高速公路，是典型的分離式立體交叉設(shè)計(jì)，橋梁方案應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目所處環(huán)境、主線和被交高速路道路等級(jí)及遠(yuǎn)期規(guī)劃，合理確定上跨橋的跨徑，并貫徹執(zhí)行“技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理”的指導(dǎo)方針，在保證橋梁使用功能、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)水平的情況下，比選出受力性能好、造價(jià)低、美觀性好、施工難度低、對(duì)橋下高速公路影響小的橋梁方案。

3.1 上跨橋常見橋型

根據(jù)被交高速公路中分帶內(nèi)是否設(shè)立橋墩，上跨橋可分為兩大類：一是在中分帶內(nèi)設(shè)置橋墩；二是不在中分帶內(nèi)設(shè)置橋墩[2]。

第一類橋梁因單跨跨徑較小，上部結(jié)構(gòu)多采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，吊裝施工，投資較小，被廣泛應(yīng)用于早期上跨高速橋梁中。但由于省內(nèi)現(xiàn)狀高速公路交通量較大，在正常運(yùn)營(yíng)的高速公路中分帶內(nèi)進(jìn)行橋墩施工，對(duì)車輛通行影響較大，故目前新建上跨橋已很少采用第一類橋梁。不過對(duì)于正在進(jìn)行改、擴(kuò)建高速公路路段的上跨橋，因同步施工，對(duì)高速公路影響較小，第一類橋梁仍被廣泛采用。

圖2 上跨高速橋梁效果圖

隨著高速公路交通量日漸增大，大型車輛尤其是大型貨車所占比例較大的路段，車輛穿越中央分隔帶與對(duì)向車輛發(fā)生碰撞或撞向中分帶內(nèi)上跨橋橋墩造成惡性交通事故的事件時(shí)有發(fā)生。規(guī)范[3]對(duì)中分帶內(nèi)設(shè)立橋墩有了明確要求，在進(jìn)行選擇護(hù)欄形式時(shí)，不僅要考慮護(hù)欄的防撞性能，還要考慮護(hù)欄受碰撞后的變形量，要求中分帶護(hù)欄面距其防護(hù)的障礙物距離應(yīng)大于護(hù)欄最大橫向動(dòng)態(tài)位移外延值W或車輛最大動(dòng)態(tài)外傾當(dāng)量值VIn，W和VIn需要根據(jù)護(hù)欄在實(shí)車足尺碰撞試驗(yàn)才能獲得這個(gè)值，目前大多數(shù)現(xiàn)狀高速中分帶寬度為2m或3m，扣除對(duì)應(yīng)余寬C值，有效布置寬度分別為1.5m和2m，再扣除兩側(cè)護(hù)欄寬度，橋墩尺寸非常受限，加之W和VIn值的不確定性，為避免中分帶設(shè)墩帶來的安全隱患，目前普通國(guó)省干線公路上跨既有現(xiàn)狀高速公路常采用一孔跨越高速公路，即第二類橋梁。第二類橋梁常采用懸澆法、頂推法或轉(zhuǎn)體法施工[4]，對(duì)被交路影響較小。

3.2 上跨橋上部結(jié)構(gòu)常用施工方法

3.2.1 支架現(xiàn)澆法

對(duì)于上跨車流量不大或者正在改、擴(kuò)建段高速公路且跨徑不大、墩高較矮的上跨橋，可采用搭設(shè)支架現(xiàn)澆混凝土施工。

圖3 支架現(xiàn)澆法示意圖

3.2.2預(yù)制吊裝法

對(duì)于跨徑40m及其以下的T梁、小箱梁或空心板梁橋，梁板可在工廠預(yù)制成型后運(yùn)至橋位現(xiàn)場(chǎng)，吊裝施工。該施工方法多用于中分帶設(shè)墩或者正在改、擴(kuò)建段高速公路的上跨橋。

圖4 預(yù)制吊裝法示意圖

3.2.3 懸臂澆筑法

懸臂澆筑法適用于跨越公路、河流或山谷的大跨徑橋梁的施工，通過在橋墩兩側(cè)設(shè)置工作平臺(tái)，平衡地逐段向跨中懸臂澆筑水泥混凝土梁體，并逐段施加預(yù)應(yīng)力，從而完成主梁的施工。對(duì)于一跨跨越被交高速公路的連續(xù)梁橋，懸臂澆筑法被廣泛使用。

圖5 懸臂澆筑法示意圖

3.2.4 轉(zhuǎn)體法

橋梁轉(zhuǎn)體施工是上世紀(jì)40年代以后發(fā)展起來的一種架橋工藝，主要適用于跨越深水、峽谷的橋梁，同時(shí)也適用于跨線橋。現(xiàn)在很多跨鐵路及跨公路橋中都用到了橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，采用下方轉(zhuǎn)體球鉸結(jié)構(gòu)及后期連續(xù)千斤頂轉(zhuǎn)體施工使兩個(gè)處于交角或平行的半橋轉(zhuǎn)體到位并合攏成橋。

3.2.5 頂推法

因?yàn)槠涫┕ふ嫉孛娣e少、施工全過程不中斷、施工速度快且設(shè)備及模板能夠反復(fù)運(yùn)用等優(yōu)勢(shì)，橋梁頂推施工法被迅速的推廣。伴隨著現(xiàn)代化的頂推設(shè)備逐步完善，頂推法的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣，其中跨線橋梁常采用此方法。頂推法主要應(yīng)用于等截面梁橋（跨徑一般在50m以內(nèi)），對(duì)于跨徑較大的橋梁，頂推法將不再適用。

圖6 轉(zhuǎn)體法示意圖

圖7 頂推法示意圖

3.3 上跨橋跨線主橋方案設(shè)計(jì)及比選

根據(jù)《高速公路國(guó)土空間控制規(guī)劃報(bào)告（滬渝高速安慶鴿子墩至宿松段）》，涉路段滬渝高速后期有擴(kuò)建計(jì)劃，由現(xiàn)狀雙向四車道擴(kuò)建為雙向八車道，標(biāo)準(zhǔn)路基寬42m，王河服務(wù)區(qū)也擬擴(kuò)建，經(jīng)計(jì)算，改、擴(kuò)建后的王河服務(wù)區(qū)加、減速車道均未進(jìn)入擬建上跨橋范圍。故本次橋梁方案僅考慮后期改、擴(kuò)建標(biāo)準(zhǔn)雙向八車道高速凈空即可，同時(shí)考慮行車視距要求。

本項(xiàng)目主線S241上跨滬渝高速橋橋梁全寬36.5m，擴(kuò)建后滬渝高速用地邊界寬55m，S241與滬渝高速斜交87.6°，二者交叉范圍長(zhǎng)56.578m。由于現(xiàn)狀滬渝高速交通量較大且中分帶寬僅2m，采用中分帶設(shè)墩的第一類橋梁，對(duì)其車輛通行影響較大且存在安全隱患，故本次橋梁方案僅考慮第二類橋梁。

圖8 S241與滬渝高速交叉示意圖

3.3.1 方案一：（40+70+40）m連續(xù)梁

上跨橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用（40+70+40）m變截面連續(xù)梁，一跨跨越滬渝高速，主梁采用懸臂澆筑法施工，橋梁分幅設(shè)置，單幅寬18.0m，全寬36.5m，具體布置為：2x（3.75m人行道+3.5m非機(jī)動(dòng)車道+1.5m側(cè)分帶+8.75m行車道+0.5m防撞護(hù)欄）+0.5m中分帶，雙向四車道。

圖9 立面示意圖（方案一）

圖10 平面示意圖（方案一）

3.3.2 方案二：1-70m下承式系桿拱

上跨橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用1-70m下承式系桿拱，一跨跨越滬渝高速，采用支架現(xiàn)澆法施工，橋梁整幅設(shè)置，全寬39.2m，具體布置為：2x（1.35m邊吊桿區(qū)+3.5m人行道+3.5m非機(jī)動(dòng)車道+1.5m側(cè)分帶+8.75m行車道）+2.0m中分帶，雙向四車道。

圖11 立面示意圖（方案二）

圖12 平面示意圖（方案二）

3.3.3 方案比選

在相同的建設(shè)背景下，綜合橋梁總規(guī)模、施工工藝、施工周期、結(jié)構(gòu)受力、景觀效果、工程造價(jià)及后期養(yǎng)護(hù)等因素，對(duì)方案一和方案二進(jìn)行對(duì)比，方案比選表見表1。

方案比選表 表1

4 結(jié)語

本文以潛山市省道S241上跨G50滬渝高速公路為工程背景，根據(jù)滬渝高速公路后期改、擴(kuò)建情況，通過分析對(duì)比橋梁結(jié)構(gòu)形式、跨徑、施工工藝等，從而最終確定橋梁最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

①普通國(guó)省干線公路與高速公路交叉時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮分離式立體交叉方式，根據(jù)路線平縱指標(biāo)，合理選擇普通公路下穿或上跨高速公路的方案。本工程項(xiàng)目結(jié)合地形和路線指標(biāo)，采用主線上跨既有在役高速公路。

②上跨高速公路橋梁根據(jù)中分帶內(nèi)是否設(shè)墩分為兩大類：一是在中分帶內(nèi)設(shè)置橋墩；二是不在中分帶內(nèi)設(shè)置橋墩。前者因梁高低、規(guī)模小、投資小，早期被廣泛采用；隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路車流量日益增加，中分帶設(shè)墩帶來的安全隱患日益突出，加之在既有繁忙運(yùn)營(yíng)的高速公路中分帶內(nèi)施工橋墩，極大地影響了施工期高速公路的通行質(zhì)量，因此目前人們更傾向于第二類橋梁。

③上跨橋主要有支架現(xiàn)澆法、預(yù)制吊裝法、懸臂澆筑法、轉(zhuǎn)體法和頂推法五類施工方法，前兩種方法主要用于小跨徑的第一類橋梁，后三種方法主要適用于第二類橋梁，其中頂推法主要適用于等截面梁橋，當(dāng)橋梁跨徑較大時(shí)便不再適用。

④結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，跨高速公路主橋最優(yōu)設(shè)計(jì)方案為（40+70+40）m懸澆法施工的變截面連續(xù)梁橋。該方案滿足上跨高速空間要求，施工工藝成熟、施工周期短，對(duì)橋下高速通行影響小，橋梁本身結(jié)構(gòu)受力明確，工程造價(jià)低，后期養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單且費(fèi)用低。

在實(shí)際的工程應(yīng)用中，由于工程情況的復(fù)雜性以及影響因素的多樣性，設(shè)計(jì)師們常常綜合各項(xiàng)影響因素選取最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。本文的研究結(jié)果可為今后類似工程問題提供參考依據(jù)。