火车站站前高架桥设计特点研究

闫 斌,戴公连

(中南大学土木建筑学院,湖南长沙 410075)

1 概述

火车站站前高架桥是人口密集区进出通道的基础设施,该类桥梁靠近地铁贴近站房,其桥跨布置应与环境相适应;由于建筑和既有线路的限制,其采用的曲线半径一般较小;考虑到城市地段、桥下交通条件和施工场地的不同,在方案设计时应选择适当的施工方式;该类桥梁常位于城市广场周围,因此不仅要求桥梁上部结构线形美观,更应创造出优雅的桥下空间;同时针对当地气候环境,一些构造细节需要得到额外重视。

本文将结合南京站、深圳站、武汉站、广州站、乐清站五个站前高架桥的工程实例进行论述。各高架桥结构类型见表1。

表1 站前高架桥形式比较

2 桥跨布置受既有线路和建筑影响

火车站站前高架桥靠近地铁和既有道路、隧道等,桥跨布置时要根据情况适当避让。如武汉站和广州站的站前高架桥在做初步设计时就依据地铁线路对桥跨进行了多次调整。

站前高架桥与车站站房应成为统一的整体,其桥墩设置应与站房建筑相适应,且桥墩要避开桥下站房门窗。如乐清站进站通道高架桥 Pjt3和 Pjt4桥墩均对桥下站房出口有遮挡,影响旅客流动和窗口视野,其桥跨设置由最初的(13.05+14.2+9.35+8.79)m经多次调整后确定为(13.05+14.7+8.85+8.5)m。

在站房与桥梁结合紧密的情况下,在设置桥墩位置时不能与车站站房基础相矛盾。如乐清站进站通道桥 Pjt4号独柱墩桩基础与车站站房基础相抵触,经多方协商最终调整桥跨布置,并设置顺桥向双独柱墩和异形桥台,使其在受力上满足结构要求,在布局上与站房基础相适应。

某些站前高架桥要求与站房高层相接,高程设置需要额外注意。如乐清站和南京站主高架桥,要求桥面高程与二层站房齐平,旅客可通过桥面人行道行走至二楼站房大门。

3 某些匝道桥需要采用超小半径

受到车站所在地形和站房设计等因素的限制,某些匝道桥需要设置小型甚至超小型半径(表1)。同时,为改善桥下部结构布局、开阔视野,其下部墩柱还往往采用独柱支撑,因此该类桥梁受力状态复杂。其特点表现为:弯扭耦合,约束方式对内力、反力和变形影响较大,负支反力问题为控制设计的主要因素。为此,在设计中采取调整支座横桥向偏心距、核算支座横向强度、注意腹板钢筋的防崩、采用两端张拉等措施对其进行特殊设计。文献[5]中对超小半径弯梁的设计方法做了详细描述。

如武汉站站前高架桥东一联匝道桥和南京站匝道桥必须设置超小半径 25m(其中南京站匝道桥为独柱墩双支座)。现有资料表明,25m为目前国内已建成通车的预应力混凝土弯梁桥中的最小半径。

4 截面形式选择应突出美观要求

站前高架桥截面形式的选择上,在保证安全可靠的前提下,主要考虑美观因素。在突出上部结构纤细感时,可考虑采用梁高较小的板梁或展翼梁,也可采用月牙形的箱梁截面造成梁高较小的视觉效果;在突出桥梁线条感时,可考虑采用钢箱梁,梁边缘的直角可给人以平直可靠的视觉感受;用牛腿和冒梁替代传统的盖梁方案,可以创造出优美的桥梁侧面线形。

如乐清站采用钢筋混凝土板梁,梁高仅为 0.8m,整个桥梁上部结构线形纤细美观。在设计时为减轻自重,在板梁中心设置数目不等的圆孔,如图1所示。

图1 乐清站主高架桥截面形式(单位:cm)

计算表明:设置 11个 φ20 cm圆孔可节省混凝土17.2%,跨中应力降低 12.33%～23.05%,相对于其截面面积的竖向位移比值降低了 1.13%～1.29%。故采用板梁中增加圆孔的方式,在减少材料用量的同时,能有效地改善其受力性能。

武汉站站前高架桥设计时,考虑到箱形截面整体性好,抗扭刚度大,故采用预应力混凝土连续箱梁,标准截面为单箱双室斜腹板。箱梁顶面宽 9m,中心梁高 2.068m,标准截面如图2所示。

在交接墩的设计中,一改以往传统的设置盖梁方案,而采用牛腿和帽梁形式,使整个桥梁具有平滑的立面线形(图3)。

广州站采用连续钢箱梁,标准截面为单箱三室直腹式,桥面净宽 10.5m,横隔板宽度为 2m,梁高 1.4 m。截面边缘钢箱梁的直角给人以顺直、平滑的视觉感受,其标准截面见图4。

图2 武汉站站前高架桥标准截面形式(单位:cm)

图3 武汉站站前高架桥帽梁和牛腿示意

图4 广州站站前高架桥标准截面形式(单位:mm)

南京站站前高架桥标准截面为月牙形截面箱梁。桥面宽 17m,中心梁高 1.55m,梁体被 3道腹板分隔为 4室,结构抗扭刚度较大,能有效控制梁体宽扁带来的结构偏载造成的扭转畸变。梁腹采用优美弧线,可以改善城市高架桥梁底棱角分明的常规造型,同时在侧视上削弱梁体的高度感,使得梁高在视觉上显得矮一些,增加了连续梁的曲线美、轻盈感。跨中标准截面如图5所示。

图5 南京站站前高架桥标准截面形式(单位:cm)

深圳站采用展翼梁方案,整个梁体纤细和轻巧,同时也满足梁体本身的强度和刚度要求。桥面宽 11.5m,箱底宽 3m,梁高1.5m。标准截面如图6所示。

图6 深圳站站前高架桥标准截面形式(单位:cm)

5 结构形式和施工方法应因地制宜

城市规划中火车站所处城区位置不同、导致其环境交通量的差异,对桥梁的施工方法和周期提出了不同的要求。在桥梁设计时应因地制宜,选择适合当地的结构形式和施工手段。

如乐清站地处白石镇下阮村,交通量较低,故采用支架法现浇钢筋混凝土板梁;广州站为缩短工期、减少对桥梁周边交通的影响,选择施工周期短的钢箱梁;深圳站站前高架桥位于城市繁华地区,必须把桥梁建设时对交通运行的干扰降低到最小程度,且施工速度快。在进行多种方案必选后,采用了展翼梁方案。

6 桥墩造型设计尤为重要

站前高架桥往往位于火车站广场上,桥下客流量密集,且城市火车站的周边环境往往成为该城市的门户,因此创造优美的桥下环境对于站前高架桥来说尤为重要。

站前高架桥墩普遍采用花瓶形,如乐清站、广州站、南京站等。

乐清站站前高架采用圆形截面,在方案比选时曾设计过盖梁、折线形和圆弧形桥墩 3种方案,如图7所示。

图7 乐清站站前高架桥桥墩方案比选

考虑到板梁梁高较小,采用大体积的盖梁方案不适应简洁美观的整体要求。在比较折线倒圆角和圆弧线方案之后,最终确定了体现柔美优雅风格的花瓶形扩口墩。为保持一致,所有墩均采用此种形式,以此创造出轻盈优美的桥下空间。

广州站站前高架桥采用长圆形截面的花瓶形桥墩,墩顶扩大段采用曲线,配合上部钢箱梁,给人以坚定稳重的力量感(图8)。

南京站站前高架桥,桥墩的宽度和上部结构比例相适应,花瓶式的桥墩也能与上部月牙形的主梁相协调,整体造型不会有头重脚轻的不安全感。桥墩在正面和侧面显得相对厚重,能够很好的体现下部结构的稳定感。同时在局部进行了切削角处理,从而避免了过于追求稳定感而带来的压抑(图9)。

图9 南京站站前高架桥桥墩方案

在桥墩造型上还增加了表面装饰线。桥墩表面的装饰线条能引导视线,强化方向感,产生挺拔效果;同时装饰线也起到分隔作用,将大块混凝土化整为零,改善了刻板的表面。装饰线的造型上兼顾了直线的刚劲和斜线曲线的动感,其实景见图10。

图10 南京站站前高架桥桥墩实景

另外,桥下灯光效果也是桥下环境美化的重要方面,在设计中应予以考虑。如南京站站前高架桥采用白色向上射灯照射桥墩,与周边环境相配合,体现桥梁的现代感。

7 排水设施构造细节设计

站前高架桥属于城市桥梁,下雨和融雪时水的渗漏和排放不当是导致其功能性损失、美观性缺失的重要原因。设计时,排水导流设施的细节构造是需要得到重视的。

武汉站站前高架桥,桥面设置横坡汇水,通过顶板排水管进入箱室内的纵向排水管,在桥台处通过排水管排出,在桥墩处通过埋设在墩中的排水管将积水排放到雨水井中。其布置方式见图11、图12。

为防止雨水在箱梁悬臂底部顺流而下破坏桥梁美感,特设置圆形凹陷将雨水阻断,见图13。

武汉站站前高架桥还额外承受了雨棚柱荷载,雨水从柱内管道流动至墩内配水管道,其构造形式见图14。

图11 武汉站站前高架桥排水管立面布置

图13 武汉站站前高架桥悬臂底部阻水结构示意

图14 武汉站站前高架桥雨棚柱结构示意

乐清站站前高架桥的设计中,除设置排水设施外,在桥梁与二层站房相接处设置排水凹槽,防止雨水从站桥间渗滴到桥下,见图15。

图15 乐清站站前高架桥排水管示意

8 桥梁上部照明设计

火车站站前高架桥设计时还要考虑是否设置照明设施。照明的方式有桥上灯杆照明、防撞墙嵌入式照明和广场灯塔照明等形式。武汉站在远离火车站站台的部分一侧设置桥上灯杆照明,见图16。

图16 武汉站站前高架桥灯杆照明示意

另一侧设置防撞墙嵌入式灯光,在注重实用的同时,也给人以现代感,见图17。

图17 武汉站站前高架桥嵌入式照明示意

9 结语

火车站站前高架桥设计有如下特点:在桥跨布置方面,要和车站站房基础和门窗相协调,并避开地铁、隧道和公路等线路;截面的选择上,着重体现美学特征,采用较小的梁高或月牙形截面可给人纤细轻盈的美感,设置牛腿和帽梁可使桥梁线形平顺;某些匝道桥可能会采用超小半径,需要进行特殊设计;桥墩造型尤其重要,花瓶形桥墩是可以参考的方案;排水设施和上部照明等构造细节也要引起重视。

[1] 闫 斌.新建火车站站前高架桥结构形式比较研究[C].第十九届全国桥梁学术会议论文集,2010.

[2] 广州铁路新客站地区市政道路及附属工程[Z].2009.

[3] 乐清站前高架桥.甬台温铁路新建工程施工图[Z].2009.

[4] 新建武汉站工程车站建筑施工图设计[Z].2009.

[5] 曾 敏.小半径曲线梁桥地震响应分析及减隔震研究[D].中南大学:硕士学位论文,2009:25-80.

[6] 王心联.南京火车站站前高架桥结构选型与设计研究[D].同济大学:硕士学位论文,2007:9-66.

[7] 陆 炜.深圳火车站高架桥的总体设计[J].铁道标准设计,1998(6):10-11.

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