谈平陆互通跨线桥设计

王添荣

(山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030012)

1 工程概况

运三高速三门峡公铁黄河大桥连接线地处中条山南麓平陆县城以西，是《山西省高速公路网规划》“三纵、十一横、十一环、十一连接线”中的连接线之一。该项目的实施，将把制约山西运城、河南三门峡两市多年的高速公路断头路彻底打通，把山西与河南、安徽、湖北等中部省份的联系变得更加紧密。

该连接线项目中设置平陆互通与原运三高速连接，互通位于平陆县圣人涧镇南坡村附近，采用分离式主线单互通方案，左线在ZK0+610附近上跨原运三高速，需设置一处平陆互通跨线桥。

2 设计原则

1)选用技术可靠，经济合理的工程方案。

2)力求桥梁造型美观，与周围环境协调。

3)处于黄土陡崖路段的桥梁，应充分考虑施工因素、后期运营和结构安全性等因素。

4)桥梁上部构造尽可能采用预应力结构，局部构造设计要细致完善。

3 技术标准

1)设计速度:互通范围主线分岔段左线设计车速采用60km/h。

2)设计车辆荷载:公路—Ⅰ级。

3)桥下净空:跨越运三高速公路的桥下净空大于5m。

4)桥面宽度:双车道分离路基标准桥面布置为0.5m(外侧护栏)+11.25m(机动车道)+0.5m(外侧护栏)。

5)环境类别:桥梁结构按Ⅰ类环境设计。

6)地震烈度:地震峰值加速度为0.15g，桥梁按7度设防。

4 地形地质条件

平陆互通跨线桥位于黄土覆盖中低山区，微地貌为黄土梁，地势起伏较大，小里程桥台地形平缓，大里程桥台附近较为陡峭，桥台与谷底相对高差约40m。地层主要由第四系全新统(Q4)人工填土、上更新统(Q3)风积物、中更新统(Q2)冲洪积物、下更新统(Q1)湖积物构成。其中，Q4人工填土为杂填土，分布ZK0+685～ZK0+731里程范围，厚0m～10m。Q3地层岩性为黄土(粉土)，稍密结构，垂直节理及大孔隙发育，具Ⅱ级自重湿陷性，湿陷厚度3.0m～7.6m，分布于地表。Q2地层岩性为黄土(粉土)，中密～密实结构。Q1地层岩性为密实粉土，可塑～硬塑粉质黏土，密实粉细砂。

桥址区位于华北大陆板块、鄂尔多斯地块与河淮地块接触带南端，属于构造运动相对稳定地区，地震活动相对较弱。

勘察期间桥址区干涸无水，在钻探深度范围内亦未见地下水。

5 桥型选择

该跨线桥与被交路交叉角度为38°55′17″。交叉桩号 ZK0+609.175=YSK37+418.282。由于交叉角度较小，该桥跨越运三高速的单孔跨径达到了60m，宜采用预应力现浇箱梁结构，跨线桥后接长175m的高填方路基段和270m长的深挖方路基段。最大填高达40m，最大挖深也达到了30m。出于土方利用的考虑，桥梁设置为三跨，不再向后延伸。中跨跨越原高速公路，需采用60m跨径;边跨跨径要考虑经济性，如果边跨过长，会削弱边跨刚度，增大活载在中跨跨中截面处的弯矩变化幅值，增加预应力筋布置，这样是不经济的。通常边跨长度取中跨的0.5倍～0.8倍，对预应力连续梁宜取偏小值，所以本桥边跨跨径定为35m。因此，全桥跨径布置形式为35m+60m+35m，中心桩号ZK0+610，桥梁全长138m，见图1。

6 构造设计

6.1 上部结构

1)箱梁设计。

本桥跨径较大，大跨度预应力混凝土连续梁采用变高度截面设计，墩顶处梁高3.2m，跨中、梁端处梁高1.8m。梁高按二次抛物线规律变化，使截面变化规律与连续梁的弯矩变化规律基本近似。箱梁横断面为单箱双室，顶板宽12.25m，底板宽8m;顶、底板和腹板受应力与构造控制，均按变厚度设计:顶板厚28cm，到支点处过渡为50cm;底板厚26cm，到桥墩支点处过渡到75cm，到桥台支点处过渡到50cm。3道直腹板均宽50cm，中腹板到支点处过渡为90cm，边腹板过渡为70cm。箱梁底板设置泄水孔，位置在靠近桥墩的箱室内标高最小处;腹板沿桥向每5m设置一处通气孔。箱梁截面梁的抗扭及抗弯刚度大，所以只在桥台支点处设置端横梁。

2)预应力索设计。

顺桥向布置18条预应力索，采用公称直径15.2mm的高强Ⅱ级低松弛钢绞线，标准抗拉强度 1860MPa，张拉控制应力1395MPa。钢束布置为三层六列，平均设置在3块腹板中。其中，中腹板内钢束编号以Z开头，边腹板内编号以S开头，如图2所示。S1～S4，Z1～Z4采用15-22预应力钢束，S5，S6，Z5，Z6采用15-19预应力钢束。钢束从梁端逐渐弯曲集中于桥墩处顶板，再向下弯曲至跨中底板，采用这种预应力配束方案，可满足梁在各种荷载组合下的承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。整根曲线形通束锚固于梁端，由于预应力钢束既长且弯曲，需注意钢束预应力的摩阻损失，钢束张拉采用引伸量和张拉吨位双控，预应力管道定位钢筋每1m设置一道φ12的钢筋，曲线段加密至0.25m间距。

6.2 下部结构

箱梁底宽较窄，桥墩不宜采用双柱式。考虑到与变高梁的视觉协调，桥墩采用花瓶墩，墩顶宽7m，墩底宽4m，桥墩厚2m。桥墩基础采用桩基础，桩径1.8m，桩长50m。每个桥墩基础包括4根摩擦桩，桩基承台为边长7.5m正四边形，厚2.5m。

0号桥台处于挖方段，采用柱式桥台，桩基础，桩径1.5m，桩长40m。

由图1可见，3号桥台位于高填方段，采用肋板台，肋宽1.2m;基础采用桩基础，桩径1.8m，桩长50m。3号桥台为了降低桥台高度，采用了填土区高桩承台，为确保台后填土对桥台的土压力作用，施工时务必做到如下工序要点:

1)原地表土为湿陷性黄土，必须对其进行强夯处理。

2)处理原地基后，桥台里程前后20m范围内采用6%灰土分层对称填筑，进行特别压实，分层厚度按照路基标准，压实度不小于96%。

3)待回填灰土至承台顶面后，方可进行桩基钻孔的施工，填土顶面铺设正六面体砌块护坡，并设置0.5%坡度以利于排水。

6.3 附属设施

1)桥面铺装。

10cm厚沥青混凝土，桥面与沥青混凝土之间铺设防水隔层。

2)伸缩缝。

全桥在0号、3号桥台共设置两道MF80伸缩装置，施工应根据安装环境温度来调整伸缩缝预置宽度，伸缩缝预留槽内浇筑钢纤维混凝土或环氧树脂混凝土，并振捣密实。

3)支座。

均采用GPZ(Ⅱ)型盆式支座，其中，桥台和2号桥墩沿里程方向一侧布置单向活动支座，另一侧布置双向活动支座，1号桥墩均布置为固定支座，以增强桥梁抗震性能。

4)桥头搭板。

采用12m长搭板，与背墙预留栓钉连接，台后填土压实度不得小于95%，防止发生桥头跳车现象。

5)排水。

沿路面超高排水，边跨采用直排式泄水管，中跨由于上跨原运三高速，采用引入式泄水管，汇集的水流沿桥墩引下后排入路基边沟。泄水管间距均为4m。

6)护栏及防落网。

采用钢筋混凝土护栏，高1m，每5m设置一道变形缝;为防止杂物向被交路抛撒，在主跨全长及边跨10m范围内设置防落网。

7 施工方案

桥梁施工流程:平整场地，基础和下部结构施工完成后搭设支架门洞并对支架进行静载预压。从跨中向桥台两侧对称浇筑箱梁混凝土，纵向预应力钢束张拉顺序:先张拉S1，S2，Z1，Z2号钢束，再张拉 S3，S4，Z3，Z4号钢束，最后张拉 S5，S6，Z5，Z6号钢束，成桥后封锚。完成主体工程后进行附属工程桥面铺装及护栏等附属设施施工，主桥竣工。

8 结语

高等级公路跨线桥的选型和设计需要考虑很多因素，以实现功能要求为基础，在满足结构安全可靠的基础上，也要兼顾造型美观、上下部结构协调。平陆互通跨线桥是一座典型的分离式路基大跨径跨线桥，选用现浇变截面连续箱梁和花瓶墩，兼顾了桥梁功能性和视觉美观，不失为一种适应性较强的结构形式。该桥的设计，可作为同类桥梁设计的参考。

［1］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［2］李自林.桥梁工程［M］.北京:机械工业出版社，2011.