邯郸市中华大街—北环路立交工程桥梁专业总结

2014-08-06诸立嘉

城市道桥与防洪 2014年6期

诸立嘉

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

1 工程概况

邯郸市中华大街-北环路全互通立交桥工程位于邯郸市中华大街与北环路交叉口，为混合型半定向半苜蓿三层全互通立交（见图1）。立交位于邯郸市北部，起到沟通城市内部路网和外围公路网络的作用，其地理位置极为重要。邯郸市中华大街-北环路全互通立交桥工程包括中华大街主线桥、北环路左幅主线桥、北环路右幅主线桥和EN、NE、SW、WS、WN、NW、SE、ES 8条匝道桥。工程占地面积221100 m2，整个立交桥梁面积约52000 m2，工程建安费约3亿元人民币。

图1 中华大街-北环路全互通立交工程效果图

2 主要技术标准

（1）设计行车速度

主线设计行车速度：60 km/h；

匝道设计行车速度：35 km/h。

（2）结构设计荷载

结构设计荷载：公路-I级，并考虑超载系数1.3。

（3）设计基准期

设计基准期：100 a。

（4）设计安全等级

设计安全等级：一级。

（5）结构环境类别

结构环境类别：II类。

（6）标准桥面宽度

a.9.0 m桥宽：0.5 m防撞栏杆+8.0 m车行道+0.5 m防撞栏杆=9.0 m。

b.16.5 m桥宽：0.5 m防撞栏杆+7.5 m车行道+0.5 m防撞栏杆+7.5 m车行道+0.5 m防撞栏杆=16.5 m。

c.异形变宽段。

（7）桥面纵、横坡

桥面最大纵坡：4.0%；最小纵坡：0%；

桥面最大横坡：2%；最小横坡：0%。

（8）台后填土

一般控制在3.5 m以下，有特殊需求的台后填土可适当放高。

（9）抗震标准

抗震设防烈度为7度，抗震设防措施等级为8级，水平地震动加速度峰值0.15 g，抗震设防类别为B类。

3 设计原则

工程设计总体上按照“安全、适用、经济、美观和有利环保”的原则，根据桥址处的具体情况，选择合适跨径、受力明确、施工简便、与环境协调、养护费用低的桥型方案。

（1）桥梁设计与周围环境以及使用功能和谐统一，服从整体规划要求及交通路网的总体布置。

（2）尽量避让桥址处建筑物，桥梁与建筑物净距大于5 m。

（3）在满足抗震设计前提下确定合理的基本经济跨径，避让重要管线，尽可能做到标准化、系列化，以利方便施工，保证建设工期，控制工程投资。主线采用预应力混凝土连续梁结构，跨径30～35 m，匝道尽量采用钢筋混凝土连续梁，跨径小于22 m，部分上跨主线匝道及桥墩布置受限处采用预应力混凝土连续梁，跨径30～35 m，局部可采用钢结构。

（4）桥型结构考虑采用连续梁结构提高行车舒适性，尽量减少桥梁后期的运营、养护费用。

（5）注重桥梁景观效果，总体上与效果图一致。

（6）桥型方案除满足各个方面使用功能外，桥型结构力求技术先进，结构新颖美观，施工方便，使用耐久，能反映国内建桥技术的新水平、新结构、新工艺，并注重环境保护、降低能耗，注重可持续发展。

4 桥梁专业工程主要难点

该工程有如下难点。

（1）该工程为混合型半定向半苜蓿三层完全互通式立交，立交形式复杂，桥梁布跨受诸多因素限制。互通立交第一层用于行人、非机动车通行，结合周边场地已建构筑物建筑群，东西向交通为第二层，南北向交通为第三层。由于东南、西南两个象限受构筑物限制，在西到北、北至东方向左转采用两个迂回式匝道，东到南、南到西左转采用在西北、东北两个象限设置环形匝道，以节约工程投资。立交的匝道均位于第二层和第三层之间。右转匝道EN、NW、WS、SE为定向匝道，左转匝道ES、SW为环形匝道，NE、WN为迂回定向匝道。

（2）该工程线路数量较多，匝道与主线、匝道与匝道之间的衔接需安全、顺畅，桥梁结构外观保持一致、协调。

（3）该工程主线桥梁宽度较大，桥梁结构设计时需考虑宽桥对结构受力的影响。

（4）NE匝道上跨北环路、WN匝道上跨北环路大跨弯梁设计。梁段位于半径65 m的曲线上，且布跨受下方道路控制，只能采用相对较大的跨径跨越。经过跨径布置，NE和WN匝道上分别连续有3跨较大跨径的梁，如果采用简支结构，将会大大影响桥面行车舒适度以及减小结构侧倾安全度，因此，比较适用的结构是连续梁。该工程采用较适合于大跨曲梁的连续钢梁结构。

（5）NE匝道上跨北环路连续钢梁其中一个中墩位置位于地面道路正上方，桥墩布置为避开地面道路设计为构造较复杂的倒L形结构。

（6）工程场地的基本烈度为7度，场地类别属III类场地，抗震设防措施等级为8级，结构设防等级高。

（7）工程位于邯郸市区，工程建设应尽量减少对环境的影响。

该工程是邯郸市沟通城市内部路网和外围公路网络的重要节点，桥梁结构型式需首先满足工程的功能要求，充分考虑结构的安全性和耐久性，提高工程质量，同时应考虑结构指标的经济性。除此之外，应重视施工方案研究，使桥梁建设尽量减小对周边环境的影响，并能做到快速施工。

5 桥梁专业的设计要点

5.1 主线高架桥结构型式的确定

根据桥梁结构设计原则，结合适用性、经济性、美观性、施工可行性和总体方案的布置，对预制先张法预应力空心板梁，预制后张法预应力T梁，预制后张法预应力简支小箱梁，预应力混凝土连续整体箱梁等桥型方案，进行结构受力、技术经济、施工及景观等方面的比较与分析。

简支结构体系在造价上较连续结构体系便宜，施工速度较快，但简支梁体系无法避免桥墩盖梁结构，其外型上较累赘。虽小箱梁或T梁可采用牛腿支点、倒T盖梁等措施以减小盖梁的外露部分，但仍对桥梁纵向的线形流畅带来不利影响，从结构角度讲，牛腿支点又对今后养护较为不利。连续结构体系虽然造价较高，但行车条件好，结构性能安全可靠，特别是连续整体箱梁线形流畅、协调，外形轻盈、美观，符合现代城市的发展要求，也体现了现代桥梁建设水平。因此，连续整体箱梁结构是立交主线结构方案的首选之一。

连续箱梁整体性能好，抗扭刚度大，能适应各种平面线形和桥宽的变化，行车条件好，跨越跨度大，等截面梁跨越能力可达30～40 m，可较好满足一般城市立交桥的使用要求，符合城市发展的需要。同时，从施工角度出发，连续整体箱梁除了可采用成熟的支架现浇外，也可采用悬臂浇筑施工，还可采用纵向节段拼装或移动模架逐孔现浇等先进的施工方法。只要合理安排施工顺序，加强施工组织管理，完全可满足工程进度且对施工期间地面交通影响较小。综合考虑各方面因素，该工程最终推荐采用等高度预应力混凝土连续箱梁结构作为主要结构方案。

5.2 高架桥设计要点

（1）主线桥部分路段采用等高预应力混凝土连续梁，在匝道分岔点处也采用变宽度预应力混凝土连续梁结构。上部结构采用单箱多室斜腹板带圆弧断面，下部结构采用双柱式、多柱式桥墩。匝道连续梁采用单箱单室或多室斜腹板带圆弧断面，标准段下部结构采用独柱墩，异型变宽段下部结构采用双柱墩。

（2）纵向计算中，活载加载一般由腹板平均承担。对于宽桥，局部车轮荷载并不是完全由腹板平均传递，车轮下的腹板受力更大，因此对于某一片腹板，最不利活载工况可能并不是所有车道全部布满然后乘以折减系数，可能仅仅是腹板周围的车道加载最不利。该工程采用MIDAS软件，按“梁格法”建模，模型采用简支梁。根据《桥梁上部构造性能（E.C.汉勃利）》相关公式调整纵梁和横梁截面属性。活载采用布置纵向车道加载。经计算比较，对于宽桥（北环路左幅和中华大街主线），偏载系数取1.3。

（3）由于该工程变宽连续梁桥较宽，单梁法用空间梁单元对变宽梁桥进行分析计算不能反映各腹板的受力差异，也得不到横梁内力，计算精度难以保证。在宽桥横梁计算中采用MIDAS软件，按“梁格法”建模，根据《桥梁上部构造性能（E.C.汉勃利）》相关公式调整纵梁和横梁截面属性，进行横梁计算。

（4）NE匝道上跨北环路、WN匝道上跨北环路大跨弯梁上部结构采用连续钢箱梁结构，下部结构采用柱式墩，其中两中墩上部为钢结构，且墩梁固结，下部为混凝土结构，边墩为混凝土结构。

5.3 抗震体系型式的确定

在全桥结构动力特性分析的基础上，采用反应谱法分别计算E1、E2两种水准地震作用下的结构地震响应。在E1概率水平下全桥桥墩都在弹性范围内工作，在E2概率水准地震作用下，全桥大部分桥墩都已经屈服。有必要考虑延性抗震设计或者减隔震设计。

采用延性设计，结构地震响应相比弹性设计有了大幅度减小，但由于立交墩柱高度相对截面尺寸不大（尤其在落地段），属于典型的中低墩连续梁，采用延性抗震设计对于固定支座的抗剪能力、基础的强度以及抗拔能力仍然提出了较高的要求，难以满足抗震性能目标要求，因此，宜进行减隔震设计。

对于采用减隔震设计的桥梁，在E2地震作用下，桥梁的耗能部位位于桥梁上、下部连接构件上（支座、耗能装置）。为了减小地震响应，该工程采用了铅芯橡胶支座，有效地将地震力比较均匀地分布到各个桥墩上，避免将地震力集中到一个桥墩上而难以满足抗震设防标准。采用了铅芯橡胶支座耗能装置后，E2地震作用下墩柱、支座、基础的地震响应均得到了有效减小，桥墩及其桩基础均在弹性范围内工作，抗震性能满足抗震设防标准要求。铅芯支座改善了结构地震下受力性能，减少了结构尺寸和配筋，具有良好的经济效益。