涪陵江東濱江路西橋頭立交A匝道橋方案設(shè)計(jì)

楊 洋

（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067）

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，既有道路交叉口往往不能滿足目前的交通需求，升級改造道路平面交叉口為立交系統(tǒng)刻不容緩。在升級改造設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)橹苓吋扔械慕ㄖ锘蛘吖迷O(shè)施，項(xiàng)目實(shí)施會遇到大量的限制條件。在確定總的橋梁結(jié)構(gòu)形式后，設(shè)計(jì)單位將針對各個(gè)限制因素逐一研究解決，并細(xì)化橋梁的總體方案。

通常針對某大橋方案或者某個(gè)立交總體方案比選的研究較多，而對立交方案下某些關(guān)鍵橋梁方案設(shè)計(jì)的研究很少。本文以涪陵江東濱江路西橋頭立交工程為例，針對其控制性工程——A匝道橋，分析該匝道橋主要設(shè)計(jì)限制條件和方案比選設(shè)計(jì)過程。

1 工程概況

西橋頭立交工程包括2條主線和4條匝道，2條主線分別為濱江路及興華東路，4條匝道分別為A、B、C、D匝道，含4座匝道橋及2處地下通道。興華東路、濱江路平面設(shè)計(jì)保持現(xiàn)狀平面位置基本不變，僅在局部立交匝道分合流點(diǎn)處有所微調(diào)，不影響現(xiàn)狀濱江路的橋梁結(jié)構(gòu)。A匝道：小里程側(cè)在下層平交連接濱江路，大里程側(cè)在上層平交連接興華東路?？v斷面最大縱坡為4.5%，標(biāo)準(zhǔn)路段路幅寬度為16.8 m，雙向2車道。B匝道：小里程與A匝道橋連接，大里程由地下通道接入興華東路。起點(diǎn)以3.9%的上坡順接A匝道，標(biāo)準(zhǔn)路段路幅寬度為7.0 m，單向1車道。C匝道：小里程端連接興華東路，右轉(zhuǎn)至濱江路去往武隆方向車輛，利用現(xiàn)狀匝道改造。D匝道：為解決興華東路左轉(zhuǎn)上濱江路，實(shí)現(xiàn)主城下濱江路去往豐都方向交通轉(zhuǎn)換，設(shè)置匝道上跨濱江路。

該立交工程施工方案設(shè)計(jì)占地面積小，布置緊湊，兩條主要道路之間交通聯(lián)系便捷，無交織段，識別性較好。但是，A匝道包含地通和橋梁且為雙層螺旋形匝道，受限條件很多，是整個(gè)立交工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵工點(diǎn)。

2 建設(shè)條件

如圖1所示，A匝道是一個(gè)螺旋形匝道，在下層與濱江路平交，然后左轉(zhuǎn)螺旋爬升，進(jìn)入第二層高度后，切線上跨濱江路，之后繼續(xù)左轉(zhuǎn)，并與下層A匝道形成雙層路，最后與興華東路平交連接。

圖1 A匝道橋平面布置圖

2.1 地形地物

西橋頭立交工程位于烏江河谷西岸，烏江段岸坡地形陡峭，地形坡度一般為30°～55°，河谷橫斷面呈陡峭的“V”形谷，河床呈深槽，岸坡上基巖大多裸露。所以，A匝道橋半徑外側(cè)是陡坡，臨近烏江。

該地形條件造成以下影響：A匝道在靠山一側(cè)，原地面標(biāo)高較高，需要做成地下通道，而在烏江側(cè)，原地面標(biāo)高低且隨著匝道縱坡的爬升，高度進(jìn)一步加大，必須設(shè)計(jì)成橋梁。

2.2 既有建筑物

A匝道螺旋環(huán)繞已建成的觀音閣變電站，電站外側(cè)為條石重力式擋墻，擋墻高一般在3～7 m，局部超過10 m。觀音閣變電站中有一座35 kV高壓鐵塔，電纜直接橫跨烏江。考慮到現(xiàn)狀觀音閣變電站對新舊城區(qū)供電的重要性，遷建變電站及其附近的高壓鐵塔將造成整個(gè)高壓輸電走廊的改造，工程費(fèi)用巨大，故本次西橋頭立交匝道布線必須考慮變電站現(xiàn)狀控制因素。

既有的濱江路為半路半橋緊鄰烏江，其路幅位于A匝道平面位置下方，兩者是投影上相切位置關(guān)系，如何把A匝道布置于濱江路之上，成為設(shè)計(jì)中的一個(gè)要點(diǎn)。

2.3 限制控制因素梳理

平面控制因素：①觀音閣變電站為既有建筑，不可拆遷，新建建筑不可侵入其紅線。②烏江在路線的右側(cè)，新建建筑物應(yīng)盡量與烏江岸坡和航道保持距離，減少其影響。③既有濱江路與A匝道在平面上近似于相切關(guān)系，兩條路線是極小交角跨越關(guān)系。④上層A匝道經(jīng)過平交口上方后，會與下層A匝道形成雙層路關(guān)系。⑤A匝道橋末端必須考慮下層通道的占位問題，其橋臺在通道寬度范圍內(nèi)不得設(shè)置樁基礎(chǔ)。

高程控制因素：①興華東路與濱江路高差較大，A匝道部分縱坡坡度為4.5%，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意高程的爬升。②觀音閣變電站有輸電線橫跨濱江路和烏江，應(yīng)保證行車道與輸電線的豎向凈空。③A匝道橋與濱江路存在上跨關(guān)系，應(yīng)保證濱江路行車的凈空高度。

由此可見，A匝道是一個(gè)兩端與其他路線平交，中段含有通道和橋梁的雙層螺旋形匝道，限制因素眾多，空間關(guān)系極為復(fù)雜。

3 橋梁方案設(shè)計(jì)

考慮到梁橋是立交橋的常用橋型，其適應(yīng)周邊干擾因素能力較強(qiáng)，所以采用梁橋作為A匝道橋的基本設(shè)計(jì)橋型。切線上跨濱江路段，交角過小，墩臺基礎(chǔ)只能設(shè)置在兩路線的投影切點(diǎn)位置，較長距離無法布設(shè)橋墩基礎(chǔ)，造成其跨徑較大［1］，因此該段采用鋼箱梁的結(jié)構(gòu)形式；通過下層濱江路平交口后，上下層匝道幾乎完全重疊，只能把墩臺布置在路線橫斷面之外，采用門式墩設(shè)計(jì)，合理調(diào)整布孔跨徑，并采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁。

3.1 橋梁布跨方案

按照前述思路布跨后，有兩種可行的布跨方案。方案一：（2×61）m鋼箱梁+（3×34）m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，橋梁全長230.0 m。方案二：（2×61）m鋼箱梁+（23.2+24+24）m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁+（18+18）m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，橋梁全長236.2 m。

兩個(gè)方案在鋼箱梁段的布跨一致，因?yàn)樵撎幍穆肪€控制條件一致，要上跨濱江路，只能在路線平面切點(diǎn)處設(shè)置橋墩基礎(chǔ)，所以采用相同的（2×61）m的連續(xù)鋼箱梁。但在預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁段的布跨設(shè)計(jì)中，有兩種方案：第一種方案認(rèn)為該路段是上下層關(guān)系，應(yīng)該適當(dāng)做大跨徑，減少基礎(chǔ)的設(shè)置，減少對下層路的影響。第二種方案認(rèn)為該路段的半徑僅50 m，如果設(shè)置過大的跨徑，則橋梁外側(cè)的撓度和彎曲應(yīng)力均會大于內(nèi)側(cè)且會在梁內(nèi)形成明顯的彎扭耦合效應(yīng)［2］，所以認(rèn)為適當(dāng)做小跨徑更合理。兩個(gè)方案的綜合比較結(jié)果見表1。

表1 預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁布跨方案綜合比較

從表1的比較來看，方案二在箱梁的受力、B匝道橋的銜接、墩柱荷載、施工難度方面均有明顯的優(yōu)勢，在對下層道路的影響、彎橋抗傾覆性能方面也能滿足使用要求，只是在景觀效果方面有一些不足。方案一在箱梁的受力、B匝道橋的銜接、墩柱荷載、施工難度方面都有劣勢。兩個(gè)方案在建安費(fèi)和工期方面沒有明顯區(qū)別，所以選擇方案二作為推薦方案更合適，A匝道橋的跨徑布置為（2×61）m鋼箱梁+（23.2+24+24）m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁+（18+18）m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁。

A匝道路線走出地下通道出口后，設(shè)置A0橋臺，從既有濱江路上方通過（下設(shè)P1墩），再通過A匝道與濱江路平交口上方（下設(shè)P2墩），之后與下層A匝道形成雙層路面。在P5墩處，右方連接B匝道，P6墩處上跨地下通道入口，并在A7橋臺落地，之后接入興華東路。

3.2 P1墩設(shè)計(jì)方案

P1墩的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于左側(cè)觀音閣變電站不可侵入其紅線；而右側(cè)烏江航道也對設(shè)立基礎(chǔ)有不利的影響。P1墩下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有兩種方案：方案一采用門式墩，橫跨既有濱江路，在烏江的岸坡和變電站擋墻外各設(shè)置一個(gè)支墩；方案二是直接在濱江路半路半橋邊界上設(shè)置蓋梁獨(dú)柱墩。

門式墩是最常見的雙層路墩柱形式，而蓋梁獨(dú)柱墩在場地受限的情況下，也是較好的選擇。以上兩種方案均是可以實(shí)施的，但為了選取相對更優(yōu)的方案，對兩個(gè)方案進(jìn)行綜合比較，結(jié)果見表2。

表2 P1墩下部結(jié)構(gòu)方案綜合比較

從表2來看，蓋梁獨(dú)柱墩可以滿足抗傾覆的要求，造價(jià)低，同時(shí)在蓋梁、墩柱的受力上也有更好的效果，但需要拆除既有路基的擋墻，完成P1墩施工后，在其內(nèi)側(cè)恢復(fù)路基擋墻，對下層既有路的影響大；而門式墩由于規(guī)模過大，受力方面缺點(diǎn)明顯且造價(jià)高，所以方案二設(shè)計(jì)更合理，選取蓋梁獨(dú)柱墩為推薦方案。

3.3 雙層路段門式墩的設(shè)計(jì)處理

A匝道通過濱江路路口后，A匝道道路將會形成雙層路，墩柱慣常采用門式墩的形式。在實(shí)際設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，由于路幅寬度過大，門式墩墩柱中心距離達(dá)22 m，蓋梁會產(chǎn)生較大的彎矩，蓋梁彎矩會傳遞到兩側(cè)的墩身上。兩側(cè)墩柱的尺寸僅能做到2 m，而高度超過17 m，其長細(xì)比較大，承受較大的墩身彎矩是不利的，且該彎矩會傳遞到樁基上。

經(jīng)過研究同類型立交項(xiàng)目的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如果要斷開蓋梁與墩柱的固結(jié)，必須使橋墩蓋梁與箱梁橫梁作為一個(gè)整體設(shè)計(jì)，所以隱蓋梁是一種更合理的設(shè)計(jì)形式。隱蓋梁與兩側(cè)墩柱之間設(shè)置支座，可以釋放墩柱上的彎矩，有利于下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的受力。

這種現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的隱蓋梁設(shè)計(jì)，除可以釋放墩身彎矩外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)［3］：①降低蓋梁和橫梁的總高度，提高了橋下凈空。②蓋梁與橫梁一體化設(shè)計(jì)，材料用量減少，降低了造價(jià)。③由于支座橫向距離加大，提高了箱梁的總體抗扭剛度。④使用橫向預(yù)應(yīng)力，有效增強(qiáng)了上部結(jié)構(gòu)的整體性。這種門式墩與隱蓋梁相結(jié)合的處理，對雙層路幅是一種既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

本文介紹了涪陵江東濱江路西橋頭立交A匝道橋的建設(shè)條件和設(shè)計(jì)限制因素，并從橋梁設(shè)計(jì)的角度論述了各個(gè)限制因素的解決思路和具體設(shè)計(jì)方法。在該立交工程設(shè)計(jì)中，對小半徑預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁、蓋梁獨(dú)柱墩、隱蓋梁門式墩的設(shè)計(jì)應(yīng)用，為其他同類立交橋梁項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供了新的設(shè)計(jì)思路，具有一定的借鑒意義。