某高速公路長益段上跨天橋設計構思及工程特點
2010-06-02
一、前言
隨著社會經濟的發(fā)展，作為國家現代化水平標志之一的高速公路建設，近年來發(fā)展極為迅速?；诟咚俟沸熊嚱煌刂迫忾]的特點，各種上跨、下穿立交橋在高速公路建設中被大量采用，此類橋載重不大(一般為H-10、H-15)，橋面不寬，但其數量較多，特別是處于丘陵區(qū)的湖南，各類上跨機耕道、鄉(xiāng)道及人行天橋數量較多。僅長益路71.51公里地段此種上跨天橋就有43座，為能使天橋與地勢巧妙的結合，美觀得體、造價低、方便施工，業(yè)主與設計單位密切配合，針對每座橋所處位置進行多種方案的研究探討，最終選定最佳方案。本文就天橋方案的選取及其工程特點作一簡介。
二、天橋方案選取原則
根據高速公路上跨天橋的特點，并結合長常高速公路長益段的應用情況，可歸納出上跨天橋方案的選取主要應考慮的幾項原則如下：
1. 因地制宜充分考慮地形。
長益公路地處丘陵區(qū)，天橋絕大部分設在切方地段。天橋的建筑高度選取除保證必要的橋下凈空外，還需結合地形以減少橋頭接線切方或填方量，最終達到經濟實用的目的。如橋兩端地勢較低，主要采用梁式橋；略高則主要采用中承式拱肋橋；更高則宜采用斜腿剛構、雙向坡拱、拱等型式。
2. 合理選取橋跨后續(xù)施工配合。
目前，高速公路路面施工多采用大型攤鋪機，而路面施工一般后于天橋施工，以往為減小跨徑、降低截面高度采用加中墩的橋梁，使攤鋪機的通行受阻，直接影響路面施工進度。也對通車運營階段安全行車伏有隱患。故在方案選取時，盡量少用設中墩橋梁，即使設置，其中墩尺寸也宜取較小值。
3. 在結構合理、施工方便的前提下，盡量使橋型美觀大方，橋型多樣化，體現時代氣息，并在主體工程驗收后進行適當的淡色裝飾。
高速公路因線型較好、路面寬闊平順，而致行車單調乏味，司乘人員易于疲勞。而司機視野內的空間感覺對行車安全、舒適起很大作用。為能創(chuàng)造較舒適的行車環(huán)境，除適量的綠化點綴外，各種天橋的美觀得體、橋型的差異、色彩的變換，與環(huán)境的協(xié)調搭配更能對高速行車中的司乘人員以美的享受。因此，在結構合理，施工方便的前提下，應盡量使橋型美觀大方，多樣化，以體現時代氣息，并在主體工程驗收后進行適當的淡色裝飾，可大大提高行車安全及舒適感以提高高速公路的社會效益和經濟效益。
4. 實用經濟、造價合理。
在橋型的選擇時，一方面從“輕型”著手，以減少圬工體積；一方面不攀高用料。因此，長益路上跨天橋主要采用鋼筋砼結構，全線43座天橋中僅在兩個服務區(qū)中行人天橋的上部結構采用了鋼結構。
三、上跨天橋的應用
根據以上選用方案的基本原則，我們在全線43 座上跨天橋的設計中采用了8 種以上的拱梁式鋼筋砼上部結構及兩種鋼結構上部構造型式，其設計特點與建成后的整體效果分別概述如下：
1. 鋼筋砼斜腿剛構橋
上部構造整體受力，多次超靜定結構，整體現澆施工。上部全長48m，中跨25.8m，兩斜腿支承點，間距33.8m，主梁呈變高Ⅱ形，橋面至橋下路面頂高差6.89m。構件的簡單，斷面的變化及與地形的充分結合，使人感到整體的美觀和諧，同時，該橋開口斷面施工方便，模板支撐容易，可重復使用，且造價也較其它橋型低，因此該橋型采用的座數為上跨天橋之冠。但由于開口斷面，下緣承拉較弱，為使受力更加合理及橋型更加輕巧美觀，今后的設計中在充分考慮施工難易程度的前提下，可考慮采用整體箱型截面。
2. 帶拱上板式立柱、拱上實心連續(xù)板及主拱為實心板式的鋼筋砼拱橋。
本橋為傳統(tǒng)式拱橋類型，但由于拱上采用薄壁板式結構，且主拱川增加側向懸臂線條，使之外形輕巧、美觀，大方、得體。又因其建筑較高(橋下路面以至橋面高7.98m)，故高切方處設置此種橋型較易。但拱式結構的特點是兩個橋臺體積較大，造價較高，因此在日后的設計中，如地基情況允許，設置分離式基礎，可適當降低造價。本橋型施工方面較易，模板簡單，操作容易。該橋型也是采用較多的一種橋型，全線共有8座。
3. 普通鋼筋砼板拱橋帶拱上預應力空心板橋
本橋型拱上全長47.76m，主拱凈跨38.00m，建筑高度7.88m，拱度1/8，為使橋型輕巧，減少主拱川寬度，采用了使拱上側懸臂增加正面線條，同時拱上16.41m長度內不設拱上立柱，而設置縱向預應力鋼筋的方案，但又為避免在空心板中施加的預應力對主拱川產生附加應力，故將空習板與主拱圈接頭處斷開，使空心板部份成為簡單的簡支梁式結構。由于減少了拱上立柱，使人視野更加開闊，從而更利于行車安全。但此種橋型與其他橋型相比，造價較高且施工工藝要求略高，故全線僅設一座。
4. 普通鋼筋砼板拱帶拱上空心板坡拱橋
此橋屬第三種橋型的改進，為結合路側地形，避免接線填方，特將兩側拱上建筑設計呈坡形，跨中建筑高度為7.53m，而主橋臺部份可減小至5.67m，從而減少了第三種橋型拱上預應力，簡化了施工，降低了造價，也使拱上空腹部份空心板長度減至11.135m，且橋型同樣輕巧，更能突出與地形的充分結合，造價也較第三種橋型節(jié)省約29%，故本路段此橋型共設置8 座，屬采用較多的一種。
5. 普通鋼筋混凝土T型剛構橋
本橋型上部全長48m，跨中設置薄壁中墩，為節(jié)省造價，主梁為空心變截面。建筑高度為各橋型最低(路面至橋面為7.07m)，適合較少切方地段。墩臺圬工體積小，因之造價較低，但空心梁的內部模板難以回收利用。此橋型外觀輕盈，是一種較理想的橋型，所以本路上使用也較多(共5 座)，其造價與第一種橋型相當。
6. 預應力鋼筋砼三跨連續(xù)梁橋
三跨預應力鋼筋砼梁橋在路線共設置了二座，主梁呈箱型斷面，梁高1.48m，橋面寬7.00m，設計荷截H-10，橋面距上跨路面高差6.7m，橋總長58.00m，中間跨320m，由于兩端接線較低，采用此種橋型為宜。中墩直徑1.20m，均位于所跨主線邊溝外測。為避免跨中產生較大彎矩，則邊跨較長。此橋箱梁斷面較高，顯得笨重，但箱內約有1.20m 高空間，故施工較容易，模板可重復使用。
7. 預應力鋼筋砼兩跨連續(xù)梁
本橋用于互通匝道上，橋總寬19m，橋臺不分離，橋墩及上部分離，分別寬7.75m、11.25m，上部構造梁長2×28.10m，中墩采用薄壁鋼筋混凝土中墩。為便于橋下路面施工攤鋪機行走，墩厚僅0.70m。橋面至所跨路面高差7.07m，梁取用了較低的斷面，從而減少了匝道的土方量，降低了造價。橋型布置合理，總體美觀協(xié)調。
8. 普通鋼筋混凝土三跨連續(xù)梁橋
此橋地處互通立交中，上跨主線及匝道，橋長27.0+24.0+27.0=78.0m，寬3.0m橋跨的布置一方面考慮中國古建筑特色中的均衡對稱，一方面又考慮了對所跨主行車道及不對稱的加減行車道無影響，進行了多個不同方案比較，最終選取中跨跨小而兩邊跨對稱加大的方案，從效果看是合適的。此橋的第二個特點是斷面型式的取用：基于本橋較窄(全寬3.0m)，如采用箱型截面施工難度大，故采用T 型截面，同時采用變高，使全橋立面線條較多，顯得活潑、輕盈、雖然其中一個邊跨有加長，但此橋正處互通始端，使視野更為遼闊，整個互通盡收眼底。此種橋型全線有兩座，另一座系設在進入收費站之后的匝道上，跨徑略小，中跨大，兩個邊跨主要跨切方邊坡，并起平衡作用。
9. 中承式鋼筋混凝土肋拱橋
本橋地處長沙市郊，長益路與老路相交主線下穿，為保證橋下凈空，減少接線土方量，橋面至主線路面高差僅6.40m，故采用中承拱結構。本橋橋長50.0m，橋面寬12.0m，兩條肋對稱設置，肋寬0.80m，截面呈I型，系桿間距4.0m，采用精制螺紋鋼外套不銹鋼套管，柔性板式裝配橋面。此橋外型美觀、線條突出，主體完工后又進行了適當的涂料裝飾，遠觀如一道絢麗的彩虹懸于天際，使人心曠神怡，倍感輕松愉快，更顯示了將要進入都市之繁華景象，為進入長沙市的第一景。
