無(wú)錫地鐵2號(hào)線標(biāo)準(zhǔn)梁型設(shè)計(jì)研究

趙志軍,彭華春,魯 潔

( 1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063； 2.無(wú)錫市軌道交通發(fā)展有限公司,江蘇無(wú)錫 214000)

1 工程概況

無(wú)錫地鐵2號(hào)線工程高架段呈東西走向自西向東延伸,西起錫滬路,線路由友誼路站后在東亭醫(yī)院附近出地面后轉(zhuǎn)為高架,在莊橋路東面設(shè)春陽(yáng)路站,繼續(xù)沿錫滬東路路中向東,上跨312國(guó)道、滬寧高速公路后,在團(tuán)結(jié)路東面設(shè)團(tuán)結(jié)路站,沿東安路向東,跨越紡城大道后設(shè)紡織城站,繼續(xù)沿東安路向東,上跨新錫路高架后設(shè)金橋路站,過(guò)吼山大道后100 m左右接橋臺(tái)路基。

2 國(guó)內(nèi)軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

區(qū)間橋梁標(biāo)準(zhǔn)梁型的選擇,應(yīng)從橋梁結(jié)構(gòu)類型、施工方法、技術(shù)經(jīng)濟(jì)及橋梁美學(xué)等因素進(jìn)行優(yōu)化比選確定。國(guó)內(nèi)已建和在建的數(shù)十條高架軌道交通線中,一些主要城市的軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)表1。

從表1可以看出,國(guó)內(nèi)軌道交通橋梁的跨徑通常選用30 m和25 m,橋梁截面形式多采用箱梁,少數(shù)采用槽形梁(U梁),結(jié)構(gòu)體系多采用簡(jiǎn)支梁,施工方法以現(xiàn)澆居多。

3 截面形式

一般橋梁結(jié)構(gòu)可供選擇的上部結(jié)構(gòu)截面形式主要有箱梁、空心板梁、T形梁、槽形梁等,這幾種結(jié)構(gòu)均可以滿足使用上的要求,并具有各自的特點(diǎn),因此結(jié)構(gòu)形式的確定還須綜合考慮環(huán)境、施工、經(jīng)濟(jì)等因素,因地制宜以求得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益[1-5]。

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁方案(圖1)

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁是目前比較先進(jìn)且被國(guó)內(nèi)外廣泛采用的橋梁結(jié)構(gòu)形式之一,其建筑高度適中,截面外形簡(jiǎn)潔,線形流暢、輕巧、美觀,梁體與圓柱形墩或Y形橋墩配合設(shè)計(jì),更顯得結(jié)構(gòu)輕巧簡(jiǎn)捷,線條流暢。箱底截面平整,結(jié)構(gòu)占用空間最小,通透性好。同時(shí)箱梁結(jié)構(gòu)閉合薄壁截面整體受力性能好,抗扭剛度大,適用性強(qiáng),在區(qū)間的直線、曲線段,均可采用,對(duì)于斜彎橋尤為有利。箱梁截面具有良好的動(dòng)力特性,它的收縮變形數(shù)值小,材料用量小,設(shè)計(jì)與施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)較成熟。施工方案可采用預(yù)制架設(shè)法、滿堂支架法、移動(dòng)模架法。

表1 國(guó)內(nèi)主要城市軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)形式一覽

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁效果圖

3.2 槽形梁方案(圖2)

圖2 預(yù)應(yīng)力混凝土槽形梁效果圖

雙線槽形梁(大U形梁)為混凝土下承式結(jié)構(gòu)。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)建筑高度較低,且兩側(cè)的主梁可起到部分隔聲屏障的作用,但對(duì)于雙線梁,大U形梁兩側(cè)的主梁只對(duì)靠近的線路起聲屏障的作用,對(duì)另一側(cè)的線路隔聲效果較差。大U形梁受力不是很合理,受拉區(qū)混凝土即行車道板圬工量大,受壓區(qū)混凝土圬工量小,梁體多以受壓區(qū)(上翼緣)壓潰為主要特征,不能充分發(fā)揮鋼筋及混凝土材料的性能。同時(shí),由于結(jié)構(gòu)為開(kāi)口截面,結(jié)構(gòu)整體剛度及抗扭性較差。由于車道板位于梁體下翼緣,外力直接作用在車道板上,并通過(guò)車道板傳遞給主梁,在縱向與豎向荷載作用下,不僅會(huì)產(chǎn)生雙向彎曲和扭轉(zhuǎn),而且作為主梁截面的一部分,會(huì)產(chǎn)生拉伸式壓縮,它的作用比一般上承式橋梁的車道板要不利得多。同時(shí)槽形梁需布置多向預(yù)應(yīng)力筋,現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土和張拉預(yù)應(yīng)力筋的工作量大,施工復(fù)雜,施工進(jìn)度慢,造價(jià)也相對(duì)較高。

也有采用一線一槽的形式(小U形梁),線間距及橋梁寬度均需增大,導(dǎo)致橋墩挑臂很長(zhǎng),帽梁需設(shè)計(jì)成預(yù)應(yīng)力混凝土帽梁,其帽梁的施工將會(huì)對(duì)橋下交通造成影響。且U形梁的跨越能力較小,在道岔區(qū)及30 m以上跨度區(qū)實(shí)施有困難。

從以上比較可看出,槽形梁雖然梁高較小,景觀較好且能部分起到聲屏障的作用,但其受力不是很合理,整體剛度及抗扭性較差,適用范圍有局限性；箱形梁外形優(yōu)美,梁高適中,較適于郊外,若配以合適的橋墩,將會(huì)是城市中一道靚麗的風(fēng)景線。因此,推薦單箱梁作為高架區(qū)間的主要上部結(jié)構(gòu)形式。在高程受控及對(duì)噪聲污染要求較高地段可考慮采用槽形梁。

4 結(jié)構(gòu)體系

結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn),高架橋梁在一般情況下,除超大跨徑外,目前比較成熟且應(yīng)用較多的受力體系就是簡(jiǎn)支體系或連續(xù)體系,2種體系的比較詳見(jiàn)表2。

表2 簡(jiǎn)支梁與連續(xù)梁體系比較

橋梁在直線段或半徑不小于400 m的曲線簡(jiǎn)支梁具有受力簡(jiǎn)單明了,箱梁本身及支座和下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)易于標(biāo)準(zhǔn)化,具有施工便捷,施工周期短,工程造價(jià)低,橋型簡(jiǎn)潔美觀等優(yōu)點(diǎn)；連續(xù)梁的截面高度較簡(jiǎn)支梁低,但考慮混凝土的徐變、基礎(chǔ)的不均勻沉降及溫度等影響,截面剛度不宜減小太多,連續(xù)梁的施工比較復(fù)雜,預(yù)應(yīng)力張拉的要求高,施工速度較慢。同時(shí),軌道交通高架橋采用無(wú)縫線路長(zhǎng)鋼軌結(jié)構(gòu),這種軌道結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度力、撓曲力、斷軌力和制動(dòng)力等縱向水平力作用,簡(jiǎn)支梁與其他結(jié)構(gòu)形式相比,這些縱向水平力在相鄰各橋墩的分配相對(duì)簡(jiǎn)單,且比較均勻,這有利于下部結(jié)構(gòu)斷面的統(tǒng)一。基于目前的設(shè)計(jì)方法與施工經(jīng)驗(yàn),區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)橋梁采用簡(jiǎn)支的結(jié)構(gòu)體系,跨道路、河流等工點(diǎn)結(jié)合具體情況采用連續(xù)梁等特殊結(jié)構(gòu)。

5 跨徑

5.1 景觀效應(yīng)

城市軌道交通系統(tǒng)作為一種大運(yùn)能的公共交通設(shè)施,具有快捷、安全、舒適、環(huán)保等綜合優(yōu)勢(shì)，目前,很多城市將其作為緩解交通問(wèn)題的首選方案。而人們?cè)谙硎苤@種新型交通設(shè)施給生活和工作帶來(lái)的種種便利的同時(shí),對(duì)于其所造成的景觀影響問(wèn)題也存在諸多爭(zhēng)議。高架線路構(gòu)筑物主要是以水平線條的橋梁和垂直線條的橋柱組成。其中水平方向的橋梁連續(xù)貫通,與人和車輛行走中眼睛的移動(dòng)相順應(yīng),具有運(yùn)動(dòng)、延伸、增長(zhǎng)的意味,有助于視覺(jué)環(huán)境的簡(jiǎn)單化;而垂直線條的橋柱挺拔粗壯,以一定的間隔連續(xù)排列,更多的使人產(chǎn)生崇高、緊張、積極的感受,此外,粗壯的橋柱所特有的垂直線條與人慣常的視線移動(dòng)方向不一致,會(huì)對(duì)視線起到一定的阻隔作用[6-8]。

標(biāo)準(zhǔn)跨跨徑的選定要滿足人的視覺(jué)效果,視線通透、無(wú)壓抑感覺(jué)。橋墩的排列密度大時(shí),橋梁對(duì)于人的側(cè)向視線有明顯的屏蔽作用。橋墩的排列密度越小,跨度越大,視線穿過(guò)橋梁底部所看到的區(qū)域越大。換句話來(lái)說(shuō),當(dāng)橋梁的跨度越大時(shí),橋梁對(duì)于人的視線遮擋的影響就越小,對(duì)于提高視線的通透程度就越有幫助。

人們?cè)谶h(yuǎn)眺高架橋時(shí),合適的高跨比例給人以平衡、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)的美感。城市高架道路和軌道交通高架線的實(shí)踐表明,這個(gè)比例總結(jié)為1∶2.4～1∶4。對(duì)于墩高10 m的橋梁,25～35 m跨是較合適的。本工程一般橋高約10～15 m,部分橋墩墩高達(dá)18 m,推薦選擇35 m的跨徑,較大的跨徑,給人以線條流暢、視野通透、舒適協(xié)調(diào)的感覺(jué)。由于區(qū)間基本位于3層高度,墩高較高,若維持梁高不變,增大橋梁跨徑,必將減少橋墩數(shù)量、更加通透,使景觀效果更佳。橋下視覺(jué)效果見(jiàn)圖3。

圖3 橋下視覺(jué)效果示意

5.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

結(jié)合無(wú)錫地鐵2號(hào)線沿線的地質(zhì)情況,對(duì)35 m跨度簡(jiǎn)支梁與30 m跨度簡(jiǎn)支梁做經(jīng)濟(jì)比較。

取210 m長(zhǎng),35 m跨簡(jiǎn)支梁可布置6孔,7個(gè)下部結(jié)構(gòu)；30 m跨簡(jiǎn)支梁可布置7孔,8個(gè)下部結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)取平均墩高14.8 m計(jì),尺寸為2.5 m×2.2 m；承臺(tái)尺寸6.5 m×8.5 m×2.5 m,樁基礎(chǔ)為4根φ1.5 m鉆孔灌注樁,樁長(zhǎng)取60 m計(jì)。詳見(jiàn)表3。

表3 造價(jià)比較(現(xiàn)澆梁)

從表3可以看出,35 m跨徑梁與30 m跨徑梁相比,上部結(jié)構(gòu)每延米貴了1 633元,但下部結(jié)構(gòu)由于減少了1個(gè)橋墩,每延米便宜了3 358元,綜合造價(jià)每延米節(jié)省了1 725元。

6 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通橋梁標(biāo)準(zhǔn)梁型的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性課題,首先結(jié)構(gòu)應(yīng)該合理并且經(jīng)濟(jì),同時(shí),橋梁結(jié)構(gòu)作為城市的永久性建筑,應(yīng)綜合考慮橋梁的功能、景觀等因素,并且應(yīng)與當(dāng)?shù)氐娜宋木坝^融為一體。本文從橋梁景觀、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、施工方法、截面形式、結(jié)構(gòu)體系等方面分析了城市軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)梁型的設(shè)計(jì),結(jié)合無(wú)錫地鐵2號(hào)線的線位條件和工程地質(zhì)條件,確定無(wú)錫地鐵2號(hào)線采用35 m跨度的簡(jiǎn)支箱梁作為標(biāo)準(zhǔn)梁型。在國(guó)內(nèi)無(wú)錫地鐵2號(hào)線是第一個(gè)采用35 m跨度簡(jiǎn)支箱梁作為標(biāo)準(zhǔn)梁型的城市軌道交通線路。

目前,本項(xiàng)目主體工程已經(jīng)施工完成,在工程造價(jià)和景觀上都達(dá)到了預(yù)期的效果。

[1] 李國(guó)鋒.深圳地鐵高架橋梁結(jié)構(gòu)型式研究[J].山西建筑,2004(18)：216-218.

[2] 肖志祥,吳定俊,賈允祥.軌道交通高架橋梁設(shè)計(jì)的若干特點(diǎn)[J].城市軌道交通研究,2005(1)：28-31.

[3] 曹玉忠,柳學(xué)發(fā).城市軌道交通高架橋特點(diǎn)與設(shè)計(jì)對(duì)策[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(8)：60-63.

[4] 楊鑫.長(zhǎng)春輕軌三期工程高架區(qū)間橋梁的選型及設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2009(17)：329-330.

[5] 王鳳元,陸元春,吳育芬.U形梁在上海軌道交通8號(hào)線中的應(yīng)用[J].上海建設(shè)科技,2009(5)：13-15.

[6] 高山,葛勝錦,潘長(zhǎng)平.城市軌道交通高架橋梁景觀設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(18)：151-152.

[7] 唐亞琳.城市軌道交通高架橋的景觀美學(xué)設(shè)計(jì)[J].都市快軌交通，2009(6)：48-52.

[8] 王淑芬,任杰.高架軌道交通對(duì)城市景觀的影響及應(yīng)對(duì)措施初探[J].中國(guó)勘察設(shè)計(jì)，2011(2)：57-60.