231 省道某路段區(qū)橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)分析

高穎

(江蘇中石建筑設(shè)計有限公司市政所，江蘇南通 226001)

1 引言

隨著國家綜合國力的提升，我國交通建設(shè)經(jīng)歷了歷史性跨越式發(fā)展。公路建設(shè)取得巨大成就，橋梁設(shè)計在公路建設(shè)中具有重要作用。隨著城鎮(zhèn)化推進，市域亟須實現(xiàn)快速融合發(fā)展。市域快速通道是聯(lián)系周邊相鄰城市的重要快速城際通道，省道通車多年，由于使用年限較長，231 省道泰州城區(qū)段快速化改造工程是完善泰州市快速路網(wǎng)格局的需要。本文介紹231省道泰州段快速化改造工程橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，為類似工程項目提供借鑒。

2 231 省道泰州段改造工程項目簡介

泰州地處江蘇中部，地勢呈中間高南北低走向，全市總面積5 787 km2。境內(nèi)河網(wǎng)密布，江淮分水嶺由西向東從中部穿越[1]。泰州市氣溫冬夏季南北溫差小，受季風影響降水變化率較大。項目區(qū)域相關(guān)河流較多，主要地表水體為河塘中水[2]。項目不良地質(zhì)主要為2-1B 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。工程所在地區(qū)為蘇中長江沖積平原區(qū)，項目建設(shè)路用建材當?shù)責o產(chǎn)地[3]?？焖俑删€公路與開放式公路相似，快速干線公路技術(shù)要求高水平服務(wù)，確定目標達到主線行車道安全經(jīng)濟快速高效通行。

快速路斷面形式分為主路和輔路，高架式通常在既有干線公路綠化帶設(shè)置橋梁，結(jié)合交叉道路設(shè)置上下匝道出入口。改造既有干線公路為地面主路，地面式快速路造價較低，對環(huán)境城市景觀影響小。隧道式改造將既有干線公路變?yōu)榈孛孑o路，具有通行能力大等優(yōu)點，適用于環(huán)境要求高的段落[4]。項目方案根據(jù)沿線建設(shè)條件對高架式快速路進行分段設(shè)計[5]。泰州市快速路網(wǎng)布局形態(tài)為井字放射，231 省道位于泰州市域路網(wǎng)東側(cè)。231 省道快速化建設(shè)完善泰州東部城市區(qū)塊交通組織，泰東轉(zhuǎn)盤至站前路現(xiàn)狀為工業(yè)區(qū)。231 省道泰東轉(zhuǎn)盤至啟揚高速段線形指標較好。2006 年，231 省道拓寬改造時，新通揚運河為三級航道。

主橋系桿拱采用二次拋物線，橋面系采用預(yù)制中橫梁，基礎(chǔ)為鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)。橋梁總寬為49 m，新通揚運河橋現(xiàn)狀橋梁計算需在老橋兩側(cè)新建橋梁。目前，泰東河老橋運營現(xiàn)狀良好[6]。231 省道原設(shè)計速度為80 km/h，干線公路城鎮(zhèn)段因沿線居民出行需求較大，考慮行車安全主線與輔道設(shè)計速度差不宜過大。項目輔道設(shè)計速度采用40 km/h。項目分為泰東轉(zhuǎn)盤至站前路段現(xiàn)狀平均路網(wǎng)間距0.96 km。道路兩側(cè)企業(yè)密集，結(jié)合231 省道南段采用高架橋快速化形式。本段全長2.8 km，森園路距離運河路僅450 m。高架橋主線通過在運河路設(shè)置出入口實現(xiàn)橫向道路轉(zhuǎn)換，保主線行車通行效率。

3 231 省道泰州段區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

231 省道泰州段高速路建設(shè)中采用主線跨簡易菱形立體交叉方案，泰東轉(zhuǎn)盤處高架橋斷面寬為18.5 m，全高架方案需拆除泰東轉(zhuǎn)盤高架橋，項目施工周期為3 年，新通揚運河大橋長500 m，既有老橋梁為系桿拱結(jié)構(gòu)無法向外拼寬。拆除方案解決了橋梁距離泰和園小區(qū)過近問題，結(jié)合站前路快速化方案確保橋梁方案經(jīng)濟合理。橋梁應(yīng)根據(jù)公路功能、通行能力要求，結(jié)合水文地質(zhì)等條件綜合設(shè)計，總體設(shè)計中考慮因地制宜、便于施工等因素，保證橋梁設(shè)計使用年限內(nèi)滿足交通荷載通行需要。橋梁設(shè)計思路見圖1。

圖1 橋梁設(shè)計思路

本項目橋梁主要為高架橋，從設(shè)計層面優(yōu)化橋梁方案。231省道快速化改造工程始于泰州東轉(zhuǎn)盤，包括泰東轉(zhuǎn)盤至站前路段，站前路至啟揚高速段，本工程與兩條三級航道相交。采用大跨徑橋梁跨越航道。主路城市快速路設(shè)計速度80 km/h，輔路城市主干路40 km/h。設(shè)計荷載汽車：城-A 級；公路-I 級；設(shè)計基準期100 年。設(shè)計洪水頻率1/100。結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級為一級，地震動峰值加速度0.10g，抗震措施提高一個等級設(shè)防?？傮w設(shè)計按照安全、經(jīng)濟、環(huán)保的原則，選擇技術(shù)先進、具有景觀效果、施工簡便的橋型方案。橋位選擇服從路線走向，綜合考慮交通發(fā)展、水位地質(zhì)等條件。高架橋結(jié)構(gòu)施工期間須保障必要地面交通的通行，高架橋受地面系統(tǒng)制約，橋梁孔跨布設(shè)充分尊重地面車行道，兼顧地面系統(tǒng)的舒適性。橋梁的設(shè)置以不降低現(xiàn)有河流功能、綜合考慮現(xiàn)狀水系、考慮沿線排澇為原則。橋孔布置應(yīng)確保在設(shè)計洪水位時水流的通暢，綜合考慮灌溉需要進行橋跨布置。圖2 為不同凈空建安費比值圖。

圖2 不同凈空建安費比值圖

經(jīng)過綜合比較，推薦斜腹板大懸臂直倒角箱梁（見圖3）。高架橋下部結(jié)構(gòu)采用墩柱內(nèi)收的雙柱式橋墩。墩柱往往作為特有的載體，推出以下幾種比選方案：

圖3 斜腹板大懸臂直倒角箱梁

1）方案一：弧形開花雙柱式方墩；

2）方案二：直立雙柱式方墩；

3）方案三：弧形開花雙柱式圓墩；

4）方案四：框架式橋墩。進行了綜合比較，推薦簡潔明快的弧形開花雙柱式方墩。本工程全線標準段橋梁均采用等高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，腹板束采用頂板張拉方式。高架主線橋標準段箱梁均采用2 m 梁高?，F(xiàn)狀泰東轉(zhuǎn)盤地面輔道系統(tǒng)與南通路平交，30 m+40 m+30 m 變截面連續(xù)箱梁中支點處梁高2.5 m，梁高按圓曲線漸變。本工程梁高過渡段主要出現(xiàn)在主線接匝道的區(qū)域，推薦采用邊跨整孔過渡法。地面輔道系統(tǒng)與森園路平交，根據(jù)地面輔道現(xiàn)狀平交口布置，橋跨布置為30 m+50 m+30 m。中支點處梁高3 m，跨中梁高2 m，全聯(lián)按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計，橋墩采用弧形開花雙柱式方墩，全聯(lián)采用支架現(xiàn)澆法施工。箱梁斷面綜合比較見表1。

表1 箱梁斷面綜合比較表

通過對新通揚運河大橋現(xiàn)狀橋梁通過分析，需要在老橋兩側(cè)新建橋梁。通揚運河橋梁采用分離橋建設(shè)，橋梁標高高出地面約10 m 左右。提出建議拆除現(xiàn)有新通揚運河橋梁，加大橋梁與小區(qū)的凈距，跨越新通洋運河采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，箱梁高度跨中為2.5 m，主橋采用掛籃懸臂澆筑施工，主墩采用實體式橋墩，基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)。泰東河為三級航道，荷載等級為汽-20。東側(cè)橋梁為231 省道2006 年拓寬改造時新建。引橋采用20 m 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制空心板梁。10.5 m 橋梁凈寬不滿足單向3 車道寬度布置需求，投標階段將西側(cè)老橋拆除，西側(cè)再新建雙向六車道主線橋。圖4 為泰紅路支線上跨橋型布置圖。

圖4 泰紅路支線上跨橋型布置圖

泰東河為三級航道，荷載等級為汽-20，主橋采用70 m 下承式鋼筋混凝土系桿拱，考慮到東側(cè)橋梁能夠滿足一級公路荷載標準，西側(cè)橋梁不滿足一級公路荷載標準。本工程梁高過渡段主要是出現(xiàn)在主線接匝道的區(qū)域，推薦采用邊跨整孔過渡法。本工程主線和匝道雖然懸臂長度相差3 m，整體造型風格統(tǒng)一，推薦采用外形整孔過渡法。高架主線橋接上下匝道處，箱梁寬度需加寬。當箱梁單側(cè)加寬，箱梁橫向影響相對較小，當箱梁兩側(cè)加寬，箱梁橫向影響較為顯著。由于231 省道快速路現(xiàn)狀地面輔道系統(tǒng)中分帶寬12 m。減少主線加寬段外挑橫梁的個數(shù)，僅在變寬段連接等寬段的最后一跨通過整孔過渡法予以過渡。過渡墩為兩聯(lián)箱梁連接處橋墩，其構(gòu)造應(yīng)滿足公路橋梁抗震設(shè)計細則的相關(guān)要求，本工程推薦采用墩型為弧形開花雙柱式橋墩。

4 項目橋梁工程關(guān)鍵技術(shù)措施

本項目橋梁規(guī)模較大，沿線跨越兩個三級航道，橋梁的投資規(guī)模是由高架橋及上跨航道橋控制。項目涉及對于泰東轉(zhuǎn)盤現(xiàn)有橋梁如何利用及泰東河兩個三級航道橋的利用問題。城市快速路高架橋承擔著自身的交通功能，隨著經(jīng)濟建設(shè)和文化建設(shè)的不斷發(fā)展，高架橋的景觀功能日益突出。

目前，城市高架橋的橋下凈空一般取5.5~12 m。本項目采用7.5~8 m 的橋下凈空。高架橋在結(jié)構(gòu)形式上屬于多次重復(fù)，橋型的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)進行充分的比選，選定經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)形式。橋梁上部結(jié)構(gòu)的選定應(yīng)注意使用技術(shù)先進的橋型，橋梁結(jié)構(gòu)力求形式統(tǒng)一，發(fā)揮規(guī)模效益，宜采用造型簡潔的結(jié)構(gòu)。橋梁下部結(jié)構(gòu)橋墩型式設(shè)計必須考慮其功能、施工技術(shù)因素，城市內(nèi)高架橋墩靠近人的視點，是橋梁美學(xué)設(shè)計的重點。項目以連續(xù)整體箱梁為高架結(jié)構(gòu)方案的首選形式。

現(xiàn)狀泰東轉(zhuǎn)盤地面輔道系統(tǒng)與南通路平交，利用上跨南通路橋，建高架橋至新通揚運河橋。現(xiàn)狀新通洋運河大橋為2006 年231 省道拓寬改造時修建的系桿拱橋；泰東河大橋東側(cè)系桿拱為231 省道2006 年拓寬改造時新建。新通揚運河大橋現(xiàn)狀橋梁通過計算無法利用老橋拼寬，需要在老橋兩側(cè)新建橋梁。泰東河大橋現(xiàn)狀西側(cè)半幅老橋荷載等級為汽-20，不滿足一級公路荷載標準，10.5 m 橋梁凈寬不滿足單向3 車道寬度布置需求。東側(cè)橋梁作為輔道和人行道使用。

跨越高等級航道的橋梁規(guī)模較大，主橋橋型對全橋項目工程造價均有影響。新通洋運河大橋主橋采用變截面連續(xù)梁橋；泰東河大橋主橋采用系桿拱橋。本項目橋梁跨越2 處規(guī)劃Ⅲ級航道，需在設(shè)計中考慮橋梁建設(shè)對通航的影響。新通洋運河大橋主橋推薦采用變截面連續(xù)梁橋，泰東河大橋主橋推薦采用系桿拱橋，按照航道主管部門的要求預(yù)留通航孔。路橋分界對橋梁規(guī)模、施工工期等均有影響。路橋分界高度的確定主要受到當?shù)赝恋刭Y源、地基處理等因素的影響，應(yīng)進行技術(shù)經(jīng)濟比較后綜合確定。

5 結(jié)語

本文介紹了泰州231 省道工程項目概況與背景資料，通過對常規(guī)高架橋結(jié)構(gòu)形式進行分析比較，以安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟和美觀為原則，再結(jié)合改造節(jié)點的具體技術(shù)要求，綜合確定231 省道高架橋的方案形式。