互通式立交橋梁方案布設(shè)探討

向 濤

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610041）

0 引言

四川省內(nèi)高速公路基本位于重丘地帶，地形、地質(zhì)、水文條件復(fù)雜。受地形限制，互通式立交平面線型復(fù)雜，互通式內(nèi)橋梁布設(shè)受控因素較多。既要滿足功能需求，又要兼顧造價(jià)、施工難度，同時(shí)要保證方案的合理性、適用性。

1 互通式內(nèi)橋梁總體布設(shè)原則

《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）總則第1.0.1 條明確指出，橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、美觀”的原則[1]。該原則中的六個(gè)方面是有主次之分的，“安全、耐久”是基本要求，在滿足基本要求的前提下，優(yōu)先考慮“適用”，其次考慮“環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、美觀”。

互通式內(nèi)橋梁總體布設(shè)應(yīng)遵循規(guī)范的設(shè)計(jì)原則。而由于互通式內(nèi)橋梁所在的區(qū)域平面線型復(fù)雜多變，縱坡起落較大且變化快，橋位干擾因素較多，因此在滿足“安全、耐久”的前提下，要重點(diǎn)研究“適用”，其包含設(shè)計(jì)方案的合理性、施工可操作性等方面。應(yīng)當(dāng)從多方面進(jìn)行深入比選，尋找合理的橋型方案[2]。

2 工程概況

沿江高速安寨坪互通式，采用變異菱形互通方案，設(shè)匝道下穿主線橋。主線左右分線，設(shè)A、B、C、D、E、G 六條匝道。主線設(shè)計(jì)速度為80 km/h，A、B、C、D、E 匝道設(shè)計(jì)車(chē)速40 km/h，菱形互通平交口附近段落設(shè)計(jì)速度為30 km/h；連接線采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度40 km/h，回頭曲線設(shè)計(jì)速度為25 km/h。主線整體式路基寬度25.5 m，分離式路基標(biāo)準(zhǔn)寬度12.75 m，單車(chē)道匝道標(biāo)準(zhǔn)路基寬度9.0 m，對(duì)向分隔式雙車(chē)道匝道標(biāo)準(zhǔn)路基寬度16.5 m，對(duì)向雙車(chē)道匝道標(biāo)準(zhǔn)路基寬度10.0 m；連接線標(biāo)準(zhǔn)路基寬度8.5 m。

該互通由于受地形、地質(zhì)限制，平縱面指標(biāo)較低，最小匝道半徑34 m，匝道最大縱坡4.7%?；ネㄊ街行奶罡?00 m左右，因此設(shè)置長(zhǎng)達(dá)2.9 km的連接線接地方道路。整個(gè)互通式位于斜坡堆積體上?；ネㄆ矫嫒鐖D1 所示。

圖1 安寨坪互通平面圖(不含連接線)

互通式內(nèi)匝道縱面關(guān)系：主線位于頂層，上跨D、C、E 匝道，E 匝道位于最底層，下穿主線及A、B 匝道。

3 橋梁方案選擇的受控因素及應(yīng)對(duì)措施

3.1 受控因素

根據(jù)互通式平縱面布置，分析橋梁布設(shè)的受控因素如下：

（1）互通填高普遍60～80 m，局部達(dá)100 m 以上，部分施工工藝無(wú)法實(shí)施，需從施工可實(shí)施性出發(fā)，制定切實(shí)可行的橋梁方案。

（2）A、B、C、D、E 匝道均有極小半徑的段落，且填高較高，常規(guī)橋梁方案難以滿足要求。

（3）該互通式所處區(qū)域運(yùn)輸條件極差，互通兩端均離隧道較近，橋梁方案的選擇對(duì)施工組織影響較大。

（4）地質(zhì)條件復(fù)雜，橋墩基本位于陡斜坡上，需根據(jù)地質(zhì)條件選擇合理墩位，尤其是對(duì)于墩高在100 m 左右的超高墩。

（5）縱橫坡較大，個(gè)別區(qū)域縱坡超4%，橫坡達(dá)7%。橋梁結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，須合理采用必要的結(jié)構(gòu)限位措施。

3.2 確立橋梁總體布置設(shè)計(jì)思想

由于互通區(qū)域填高較大，綜合考慮地形、地質(zhì)及施工難度等因素，確定該互通式內(nèi)橋梁上部構(gòu)造盡量采用預(yù)制吊裝結(jié)構(gòu)，位于小半徑曲線內(nèi)的橋梁視填高采用密肋式矮T 梁、鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁。下部構(gòu)造采用圓柱式墩、空心薄壁墩、承臺(tái)、樁基礎(chǔ)[3]。

3.3 具體橋梁布設(shè)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

3.3.1 主線橋（漸變加寬、超高墩）

主線橋最大填高114 m，平均填高55 m。由于主線橋位于漸變加寬范圍內(nèi)，無(wú)法采用大跨徑懸澆結(jié)構(gòu)。結(jié)合該路段其余橋梁結(jié)構(gòu)形式，綜合考慮采用30 m、40 m T 梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)梁片數(shù)和濕接縫寬度的變化來(lái)適應(yīng)橋面寬度變化。受墩高影響，在互通式分合流處仍采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，預(yù)制梁在一側(cè)梁端呈折線布置。位于彎折位置的梁片在預(yù)制時(shí)充分考慮橋面橫坡的影響，要保證通過(guò)預(yù)制梁頂板斜置和橋面鋪裝厚度調(diào)整的方式能滿足橋面橫坡的線型需要。

主線填高較高，局部填高大于80 m 的區(qū)域通過(guò)綜合比選驗(yàn)證，采用空心薄壁墩布置。墩柱布置如圖2 所示。

圖2 空心薄壁墩布置

該空心薄壁墩順橋向?qū)?.6 m，橫橋向?qū)?.2 m，墩身在順橋向按80∶1 放坡。墩身剛度大，可適應(yīng)較高的墩高，能滿足結(jié)構(gòu)受力要求，同時(shí)施工難度不大，可采用翻?；蚧Ｊ┕?，工藝成熟。

3.3.2 匝道橋（漸變加寬、超高墩、小半徑）

互通式匝道橋橋位情況較為復(fù)雜，其中選取有代表性的幾座橋梁分析如下：

（1）A 匝道橋最大填高90 m，起點(diǎn)半徑34 m，橋梁最大縱坡達(dá)4.44%。

（2）D 匝道橋最大填高104 m，止點(diǎn)半徑38 m，橋梁最大縱坡達(dá)4.471%。

（3）E 匝道2、3 號(hào)橋位于連接線回頭曲線上，半徑僅20 多m。

（4）E 匝道4 號(hào)橋最小半徑60 m，橋面寬度從10 m漸變至18.25 m，變化幅度較大。

A、D 匝道橋?yàn)榈湫偷母叨招“霃綐蛄?，按該互通橋梁總體布置原則，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制吊裝結(jié)構(gòu)。全橋上部構(gòu)造大部分采用30 m、40 m T 梁，下部構(gòu)造局部采用與主線橋類(lèi)似的空心薄壁墩。因填高較大，且位于陡斜坡上，小半徑區(qū)域的上部構(gòu)造不宜采用常規(guī)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，施工搭設(shè)支架太困難，風(fēng)險(xiǎn)大，因此采用密肋式矮T 梁的結(jié)構(gòu)形式。方案布置如圖3 所示。

圖3 密肋式矮T 梁布置

密肋式矮T 梁主要采用16～20 m 跨徑，采用等截面設(shè)計(jì)，梁肋尺寸在縱向保持不變。其施工簡(jiǎn)單，吊裝方便，易于快速化施工；由于密肋式矮T 梁梁片較窄，一般在0.8 m 左右，因此在平面可以布置更多的梁片，結(jié)合濕接縫寬度變化，可以更好地適應(yīng)橋面寬度變化。梁板平面布置如圖4 所示。

圖4 密肋式矮T 梁梁板布置

密肋式矮T 梁跨徑一般不超過(guò)20 m，實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中受跨徑局限比較大，但仍然是解決高墩小半徑橋梁梁板布置的有效方法。

E 匝道2、3 號(hào)橋位于連接線回頭曲線上，半徑小于30 m，采用預(yù)制結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足平曲線包絡(luò)要求。由于橋梁填高較小，具備搭設(shè)支架現(xiàn)澆的條件，綜合考慮采用小跨徑鋼筋混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。梁體平面布置如圖5所示。

圖5 小半徑鋼筋混凝土連續(xù)梁布置

采用鋼筋混凝土連續(xù)梁方案的理由如下：

（1）曲線半徑小，橋梁跨徑小，采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在張拉鋼束時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的徑向力，施工不易控制，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不存在此問(wèn)題。

（2）預(yù)制結(jié)構(gòu)難以滿足平曲線要求，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)能很好適應(yīng)平曲線，可以隨線型澆筑，外形比預(yù)制結(jié)構(gòu)美觀。

（3）現(xiàn)場(chǎng)具備搭設(shè)支架現(xiàn)澆的條件。

E 匝道4 號(hào)橋在靠近收費(fèi)站端橋面寬度變化劇烈。在75 m 范圍內(nèi)，橋面寬度由10 m 漸變至18.25 m，變化幅度8.25 m。平面布置如圖6 所示。

圖6 E 匝道4 號(hào)橋橋面漸變加寬

該橋?yàn)榈湫偷幕ネㄊ綕u變加寬橋型，針對(duì)變化劇烈平面線型，預(yù)制梁很難滿足平面寬度變化要求。該橋梁填高10 m，具備搭設(shè)支架現(xiàn)澆條件，采用現(xiàn)澆連續(xù)梁方案較為合理。現(xiàn)澆連續(xù)梁在適應(yīng)橋面寬度變化上，采用懸臂不變，箱室寬度隨橋面寬度變化，可適應(yīng)較大的變化幅度，是目前主要采用的方式。

4 存在的問(wèn)題與建議

山區(qū)高速公路發(fā)展日新月異，互通式形式也日趨復(fù)雜、特殊、多樣性，互通式內(nèi)橋梁方案布置是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，所需考慮的問(wèn)題是多方面的。

（1）目前對(duì)于超高墩，其結(jié)構(gòu)形式較為單一，大多采用空心薄壁截面。四川部分地區(qū)地震烈度高，地質(zhì)復(fù)雜，超高墩的抗震計(jì)算是必做的工作。在抗震計(jì)算中，往往發(fā)現(xiàn)塑性鉸區(qū)域較難通過(guò)，對(duì)于該區(qū)域的結(jié)構(gòu)截面形式應(yīng)仔細(xì)研究、驗(yàn)證，保證結(jié)構(gòu)安全。

（2）密肋式矮T 梁雖可適應(yīng)變寬、小半徑曲線，施工簡(jiǎn)單，但其跨徑無(wú)法做得較大，有一定局限性。條件允許的情況下，也可采用鋼結(jié)構(gòu)，同樣可適應(yīng)變寬、小半徑曲線的要求。同密肋式矮T 梁相比，鋼結(jié)構(gòu)橋梁在造價(jià)上不具備優(yōu)勢(shì)，因此需綜合比較確定橋梁方案。

（3）現(xiàn)澆連續(xù)梁外形連貫協(xié)調(diào)，適應(yīng)橋面變寬能力強(qiáng)，截面抗彎、抗扭性能好，是小半徑和漸變加寬橋梁的首選[4]。其問(wèn)題在于需要相應(yīng)的施工條件，如前文所述，安寨坪互通填高較大，搭設(shè)支架困難，不得已只能采用吊裝的施工工藝。

（4）互通式橋梁基本位于彎、斜、陡的區(qū)域，縱橫坡較大。確定橋梁設(shè)計(jì)方案不僅僅是結(jié)構(gòu)形式的選取，還要有輔助的附屬構(gòu)造。例如梁體、支座的限位措施等。

5 結(jié)語(yǔ)

互通式內(nèi)橋梁類(lèi)型復(fù)雜多樣，尤其在復(fù)雜地形條件下，橋梁方案需要在結(jié)構(gòu)的必要性、合理性、可實(shí)施性、工程造價(jià)等多方面進(jìn)行綜合比選。該文結(jié)合沿江高速安寨坪互通式的橋梁方案設(shè)計(jì)，提出了方案合理、造價(jià)適中、施工簡(jiǎn)便的各類(lèi)橋梁上下部結(jié)構(gòu)方案。該互通橋梁的設(shè)計(jì)思路可供同類(lèi)型橋梁設(shè)計(jì)參考。