關(guān)于高速公路天橋設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議

楊 菲 張 巍

(1.太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西太原 030024;2.山西省交通科學(xué)研究院，山西太原 030006)

0 引言

隨著我國高等級(jí)公路建設(shè)的跨越式發(fā)展，通車?yán)锍倘找嬖龆?，為?dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活帶來了便捷的交通。但是全封閉的高速公路將沿線地域一分為二，造成跨線周邊的群眾生活通行不便。為了解決這個(gè)問題，在高速公路建設(shè)的同時(shí)，適當(dāng)?shù)男藿艘幌盗械奶鞓蛲ǖ?，來滿足行人和車輛橫跨高速公路的需求。天橋作為跨線橋的一個(gè)重要組成部分，不但可以提升高速公路的美觀性，也可以提高司機(jī)行車的注意力和減輕視覺疲勞。天橋的數(shù)量和通行能力直接關(guān)系著地方經(jīng)濟(jì)和城市的發(fā)展。因此高速公路天橋的合理設(shè)計(jì)是非常重要的，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該調(diào)研準(zhǔn)確、考慮周全、精細(xì)設(shè)計(jì)。

1 天橋總體布置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

1)在進(jìn)行天橋總體布置設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的美學(xué)設(shè)計(jì)，梁體結(jié)構(gòu)要舒展流暢，結(jié)構(gòu)造型與各部位尺寸比例應(yīng)相互協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度，還應(yīng)注重橋梁造型藝術(shù)。2)嚴(yán)格執(zhí)行國家法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，保證天橋橋下凈空、跨徑等各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。3)天橋的數(shù)量和等級(jí)應(yīng)根據(jù)公路沿線居民的通行條件以及發(fā)展前景綜合擬定，應(yīng)對(duì)沿線各村、鎮(zhèn)擬建天橋進(jìn)行調(diào)查，并應(yīng)結(jié)合主線沿線結(jié)構(gòu)物，如通道、小橋等進(jìn)行合并，相應(yīng)增加必要的引線工程，降低工程費(fèi)用。4)考慮到農(nóng)用車及其他車輛的爬坡能力，天橋的縱坡一般不大于3%［1］。同時(shí)為了滿足通行要求，天橋下凈空一般在5 m以上。所以結(jié)合以上兩點(diǎn)天橋設(shè)計(jì)時(shí)接線坡長(zhǎng)一般較長(zhǎng)，但為了減少天橋引線對(duì)現(xiàn)有道路的破壞，兩端接線應(yīng)盡量采用以不超過原路最大縱坡為原則，短距離順接。5)在平面設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮多種因素，應(yīng)使設(shè)計(jì)的路線更加合理，車輛行駛方便。6)天橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要根據(jù)高速公路的寬度以及天橋與主線的夾角，確定合適的孔數(shù)與跨徑。天橋上的交通車輛載荷量小，不需要設(shè)置大跨徑橋梁，跨徑越大，造價(jià)就越高。路面寬度應(yīng)根據(jù)被交路的交通量大小、原路寬度及遠(yuǎn)景規(guī)劃來確定。7)簡(jiǎn)支板(梁)一般在天橋的上部結(jié)構(gòu)中不采用，因?yàn)橥瑯涌鐝降暮?jiǎn)支體系比連續(xù)體系上部結(jié)構(gòu)的建筑高度高，跨中產(chǎn)生的正彎矩大，鋼筋用量多，相應(yīng)造價(jià)也高。同時(shí)簡(jiǎn)支體系需在橋墩處設(shè)置蓋梁，且墩蓋梁相比梁高來說顯得較大，影響了天橋的整體美觀性。8)在同一標(biāo)段，結(jié)構(gòu)形式盡量采用統(tǒng)一的預(yù)制安裝結(jié)構(gòu)形式，便于機(jī)械化、工廠化及標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，力求做到方便施工，縮短工期，降低造價(jià)［2］。

2 天橋的類型

天橋的選型在設(shè)計(jì)中十分重要，既要符合經(jīng)濟(jì)適用的原則，考慮實(shí)施的可行性，又要考慮建筑造型藝術(shù)，滿足美學(xué)要求。下面主要介紹混凝土連續(xù)梁橋、箱形拱橋和剛構(gòu)橋這三大類天橋。

2.1 混凝土連續(xù)梁橋

此類天橋一般選擇2孔～4孔跨越高速公路，上部結(jié)構(gòu)選用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁又可分為預(yù)制箱梁和現(xiàn)澆箱梁。當(dāng)橋梁多跨時(shí)，盡量要選用連續(xù)結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)建筑高度小，不需要設(shè)蓋梁，整個(gè)主梁范圍不設(shè)伸縮縫，橋的外形輪廓清晰、流暢，這樣顯的整個(gè)結(jié)構(gòu)輕盈、美觀。

橋墩的形式一般為圓柱或薄壁墩，橋臺(tái)一般采用柱式臺(tái)或肋板臺(tái)。橫橋向上的橋墩可根據(jù)天橋的寬度，設(shè)成獨(dú)柱、雙柱或薄壁墩形式。墩柱設(shè)計(jì)成這樣的結(jié)構(gòu)，不僅在外觀上更顯纖細(xì)、輕盈，在結(jié)構(gòu)上又能滿足受力需要。

結(jié)合地質(zhì)資料選擇合適的基礎(chǔ)形式，即當(dāng)?shù)鼗某休d能力小于2.5 MPa時(shí)，大多采用樁式基礎(chǔ);當(dāng)?shù)鼗某休d能力大于2.5 MPa時(shí)，大多采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的形式。

2.2 箱形拱橋

箱形拱橋上部主拱圈橫截面挖空率大，全截面的空心率達(dá)到50%～80%，與其他拱橋相比，大大減少了圬工體積和結(jié)構(gòu)自重。由于箱梁截面是空心閉合的，其抗彎和抗扭能力強(qiáng)，拱圈整體結(jié)構(gòu)性能好，應(yīng)力均勻分布。施工時(shí)，單條箱肋剛度大，易吊裝，便于單箱肋成拱，有利于施工裝配。箱形拱橋的施工工藝一般有預(yù)制拱箱無支架纜索吊裝和支架現(xiàn)場(chǎng)澆筑等方法。

由于箱形拱橋橋臺(tái)會(huì)受到水平分力作用，故多采用重力式橋臺(tái)，相應(yīng)的地基承載力要求高，對(duì)于軟弱地基應(yīng)采取加固措施提高地基承載能力，減少基礎(chǔ)沉降變形。常用的地基處理方法有:基地土換填灰土分層夯實(shí)、基地改用砂墊層加固、石灰土樁、粉噴樁加固等。

2.3 剛構(gòu)橋

剛構(gòu)橋是比較美觀的一種橋型，它不但視野開闊，而且不需要在高速公路中間設(shè)置墩柱，可直接跨越高速公路。這種橋型兩側(cè)的邊跨與主跨比例協(xié)調(diào)，跨中的正彎矩得到了有效轉(zhuǎn)移，減少了跨中截面尺寸，從而使橋梁結(jié)構(gòu)更加合理。

剛構(gòu)橋分為斜腿剛構(gòu)和直腿剛構(gòu)兩種，其中斜腿剛構(gòu)受力狀態(tài)近似于拱橋，兩根斜腿對(duì)橋墩基礎(chǔ)產(chǎn)生了巨大的水平推力。因此，斜腿剛構(gòu)橋的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求比較高。基礎(chǔ)不但要有很高的地基承載力，而且要有很高的抗滑穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)和施工中盡量考慮減少或避免橋梁發(fā)生水平位移和不均勻沉降的因素。這類天橋適用于地質(zhì)條件好的路塹段，尤其適用于山區(qū)挖方量較大的路段。

3 天橋設(shè)計(jì)中需要重視的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、美學(xué)因素

1)天橋設(shè)計(jì)應(yīng)因地制宜充分考慮地形。天橋基本上設(shè)置在路塹路段，所以應(yīng)考慮建筑高度必須滿足橋下凈空，還需結(jié)合橋頭接線地形盡量避免大挖方或大填方，達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。如橋臺(tái)兩端地形較低，應(yīng)盡量采用梁式橋;較高則可以采用中承式拱肋橋、斜腿剛構(gòu)等;更高則采用箱形拱橋等形式。2)天橋設(shè)計(jì)要考慮合理選取橋跨適應(yīng)施工要求。高速公路路面施工大多采用大型攤鋪機(jī)，而一般路面施工都在天橋修筑之后。為減小大型路面機(jī)械施工對(duì)天橋梁體、墩柱的影響，以及消除由于后續(xù)施工對(duì)天橋結(jié)構(gòu)的安全隱患，故在方案選取時(shí)，盡量避免在中央分隔帶設(shè)置橋墩和獨(dú)墩橋型，即使設(shè)置，采取相應(yīng)的防護(hù)措施加以保護(hù)。3)天橋在結(jié)構(gòu)合理、施工方便的前提下，盡量采用美觀大方的橋型，橋型多樣化，并且應(yīng)體現(xiàn)當(dāng)?shù)仫L(fēng)土人情。當(dāng)駕駛員在高速行駛的汽車?yán)锟吹街泵娑鴣淼目缇€橋，其視覺效果直接影響到駕駛員的審美感覺［3］。由于高速公路線型指標(biāo)高、路面寬廣平順，可能導(dǎo)致行駛單調(diào)乏味，駕駛員易于疲勞。好的天橋建筑，不但提高了司乘人員視野內(nèi)的空間感覺，而且對(duì)行車的安全性、舒適性起到了較大作用。為能創(chuàng)造較舒適的行車環(huán)境，除高速的綠化點(diǎn)綴外，各類天橋的美觀、橋型的差異、色彩的改變，與環(huán)境的協(xié)調(diào)搭配，都能增強(qiáng)司乘人員視覺享受。因此，在保證橋型結(jié)構(gòu)合理，方便快捷施工的前提下，應(yīng)盡可能地采用多樣化的橋型圖式、造型力求美觀新穎，能夠體現(xiàn)當(dāng)?shù)仫L(fēng)土人情，從而大大提高行車安全及舒適感。4)天橋的選擇與地質(zhì)條件密不可分。天橋橋型的選擇必須結(jié)合橋位處地質(zhì)情況，這樣可以避免由于基礎(chǔ)不穩(wěn)定造成工程費(fèi)用的浪費(fèi)。在高速公路建設(shè)中經(jīng)常遇到地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符，由于天橋的不同形式對(duì)應(yīng)不同的基礎(chǔ)，往往由于較大的地質(zhì)變化，帶來橋梁形式的變化。5)實(shí)用經(jīng)濟(jì)、造價(jià)合理。在橋型的選擇時(shí)，一方面從結(jié)構(gòu)入手，以減少圬工體積，在保證結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，盡量節(jié)省材料，或者使用新型材料;另一方面盡量使橋高降低，減少上、下部及基礎(chǔ)的不必要消耗。

4 結(jié)語

高速公路天橋的設(shè)計(jì)不但要考慮其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還要考慮其美學(xué)設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì)性和安全性分析。在設(shè)計(jì)天橋過程中要綜合考慮地形條件、地質(zhì)條件、當(dāng)?shù)厝宋沫h(huán)境以及設(shè)計(jì)指標(biāo)等多重因素，提出多種設(shè)計(jì)方案，反復(fù)權(quán)衡后做出最佳的設(shè)計(jì)方案。

［1］ 孫素霞.淺談高速公路天橋的設(shè)計(jì)［J］.黑龍江交通科技，2007(8):84-86.

［2］ 李 研.高速公路天橋設(shè)計(jì)探討［J］.山西交通科技，2007(12):43-44.

［3］ 慎小嶷.高速公路跨線橋的景觀設(shè)計(jì)研究［J］.山西建筑，2006，32(19):289-290.