上跨既有繁忙高速公路的桥梁方案浅析

2016-12-16郭红敏周建华

城市道桥与防洪 2016年11期

关键词：快速路转体钢箱梁

李雷，郭红敏，周建华

（悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司，江苏　苏州 215123）

上跨既有繁忙高速公路的桥梁方案浅析

李雷，郭红敏，周建华

（悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司，江苏苏州 215123）

介绍了国内常用的上跨高速公路的桥型方案，分为中分带设墩与不设墩两大类。以苏州市中环快速路西线上跨沪宁高速公路的实际工程项目为背景，介绍该项目桥梁方案设计与比选的经过。共设计三个合理可行的方案，经多方面详细的比选，选择顶推施工钢箱梁桥为推荐方案。目前该项目已竣工通车，有关经验可供设计同行参考。

高速公路；桥梁方案；顶推施工；方案比选

1　项目背景

随着苏州社会经济的快速发展，市政基础设施的压力越来越大，快速路网迫切需要完善。作为苏州市“井字加环”快速路骨架的重要组成部分，中环快速路对于加强中心区外围组团间快速沟通、分流疏解内环线交通压力、完善对外综合交通体系具有重要意义[1]，见图1。

图1　苏州市快速路骨架网

中环快速路设计等级为城市快速路，跨沪宁高速公路处为分离式立交形式，标准断面宽34m，双向八车道[2]。

沪宁高速公路是国家重要的交通干道，随着长三角地区经济的快速发展，沪宁高速公路车流量越来越大，苏州无锡交界段日最大断面流量达20万辆以上[3]，其重要性和地位不言而喻。因此，中环快速路上跨沪宁高速的桥梁设计方案应确保高速公路在桥梁施工期间能完全正常运营，同时应尽量降低对现状高速公路设施的不良影响，见图2。

图2　桥位处卫星图

桥位处沪宁高速公路为双向八车道断面，路面宽41m，路基宽度约54m，隔离栅之间宽度约60m[4]，车道范围内净空要求不小于5.2m。沪宁高速公路东侧距离隔离栅约24m处有现状西气东输管道及其配套光缆。桥位西北角有现状厂房，距离高速公路隔离栅65m。线路南侧有现状黄花泾航道与船闸。

2　跨高速公路常用桥型

跨越高速公路的桥型一般可分为两大类。第一类是中分带内设置桥墩，上部结构采用吊装或架桥机架设的预制结构，若高速公路流量不大也可采用现浇混凝土结构，施工时封闭半幅高速公路；第二类是中分带内不设置桥墩，上部结构采用顶推、转体或者悬臂浇筑（拼装）施工的桥梁，见图3。

图3　跨高速公路常用桥型

3　设计方案

沪宁高速公路苏州段较为繁忙，高速公路管理部门要求，桥梁施工期间不能中断交通、不能封闭车道、工期应尽量短、施工期间应确保交通安全。根据以上要求，由于悬臂浇筑桥梁在高速公路上方的施工周期较长，挂篮移动以及拆除期间对下方交通影响较大，不考虑悬浇施工桥梁的方案。悬臂拼装的方案同样不考虑，仅考虑顶推与转体施工的桥梁方案。

桥位处设计条件汇总见图4。

3.1方案一：顶推施工钢箱梁桥

3.1.1方案一简介

该方案桥梁分两幅，左右两幅错墩布置，跨径布置为40m+65m+38m，见图5。上部结构为等截面连续钢箱梁桥（见图6），梁高2.6m，单幅桥宽17m。上部结构采用钢箱梁，经初步计算，钢箱梁自重约为混凝土桥梁的1/4，故下部基础规模较小，从而对西气东输管线的影响亦较小。其次，上部结构高度较低，跨高比较大，桥梁外形纤细、线条简洁明快、结构简单大方，视觉效果较好，景观上较美观。第三，由于结构高度低，桥面标高也较低，纵断面线形好，特别是高速公路东侧一对匝道较容易落地。桥梁边跨跨径仅40m（38m），本联桥梁均位于路线的等宽段，施工较容易，见图7。

图5　方案一立面（单位:m）

图6　顶推施工钢箱梁效果图

图7　方案一桥位平面（单位:m）

3.1.2施工期间对高速公路的影响分析

（1）钻孔桩施工对路基的影响

查阅沪宁高速公路竣工图并委托勘察单位进行实地挖探槽验证，确定桥位处高速公路路基采用了水泥土搅拌桩进行处理。桥梁桩基施工不影响高速公路路基。

（2）桥墩、承台施工对边沟、边坡、路基的影响

a.西南角主墩承台的一角侵入高速公路边沟0.4m，施工完成后恢复原状，其余承台均在边沟以外；b.承台基坑开挖时要求采用钢板桩支护，以最大限度减小对边坡的影响；c.主墩施工时需临时拆除桥宽范围内的隔离栅，施工完成后恢复原状。

（3）上部结构钢箱梁胎架对路基、边坡、护栏等的影响

顶推施工时需在边坡坡脚搭设胎架，对边坡、路基略有影响。

（4）顶推施工对高速运营的影响

要求跨线桥两侧栏杆、防抛网在顶推前施工完成，顶推时严禁桥面坠落物体，并要求顶推期间高速公路净空不小于5.2m。

3.1.3使用期间对高速公路的影响分析

（1）桥下通行净空大于5.2m，满足高速公路通行净空要求；（2）桥梁主跨65m，一跨过路，对高速公路无影响；（3）跨线桥主跨不设桥面泄水孔，桥面排水对高速公路交通没有影响；（4）桥梁主跨65m范围内设置防抛网，防止桥面抛落物体影响高速公路交通安全。

3.2方案二：分幅转体施工T形刚构桥

3.2.1方案二简介

该方案主桥分两幅，单幅宽度17.25m，跨径布置为2×70mT形刚构桥，根部高度6.0m，端部高度2.8m，见图8。主墩分布在高速公路两侧，见图9，两幅桥同步进行顺时针转体。转体长度为2×62m。该方案在T构转体就位后高速公路全宽范围内无现浇段，对交通影响较小。单幅桥梁转体重量达8000t，对转盘及球绞的制作、安装的精度要求均较高。T形刚构根部梁高达6m，桥中标高较方案一高2.2m，桥梁纵断线形指标较差，影响行车舒适。

图8　方案二桥梁立面（单位:m）

图9　方案二桥位平面图（单位:m）

其次，该跨线桥属于市政桥梁，桥位周边有规划居住区、规划公园，对景观有一定的要求，该方案由于两侧T构错开布置，景观效果不佳。图10为某地已建成的该类型桥梁照片。

由于上部结构较重而且采用转体施工，承台上须设置转盘，为保证转体过程中T构的稳定性，往往需要采用规模庞大的下部基础，施工期间基坑开挖及使用期的基础沉降对西气东输管有一定的影响。

图10　某分幅转体T构桥照片

3.2.2施工期间对高速公路影响分析

主墩承台的一个角侵入边沟内，施工完成后可原状恢复；由于承台较厚，基坑开挖时需采用钢板桩支护，对路基边坡略有影响；转体前主桥需平行于路基边坡搭设满堂支架，支架边缘线基本与边坡坡脚线重合，对边坡影响范围约140m；转体过程大约需5h，高速公路不需封闭，转体前桥面护栏必须施工完毕，桥面铺装施工不影响公路运行。

方案二使用期间对高速公路的影响分析同方案一。

3.3方案三：转体施工预应力混凝土连续箱梁桥

3.3.1方案三简介

方案三构思时为减小主跨跨径，降低转体难度及风险，首先将东侧的主墩布置在高速公路与西气东输管之间，见图11。沪宁高速边坡坡脚线与西气东输管道之间净距仅25.8m，主墩承台边缘与西气东输管基本重合，不满足净距不小于5m的要求，因此主跨跨径需要加大。

图11　转体施工桥梁效果图

为满足西气东输管道的安全距离要求，主墩需设置在西气东输管的东侧，见图12，则主跨跨径达150m，转体重量达16000t，对转盘及球绞的要求较高，转体难度及风险大大增加。主跨跨径的增大，使得桥梁边跨位于线路变宽段上，对转体时“T构”的稳定有一定影响。

3.3.2施工期间对高速公路的影响分析

转体前需将护栏、防抛网等施工完毕；转体期间无需封闭交通，转体到位后，需在高速公路中分带上方安装合龙吊架，然后浇注合龙段混凝土，对最内侧车道有影响，需封闭最内侧车道。

图12　转体施工连续梁梁桥平面（单位:m）

方案三使用期间对高速公路的影响分析同方案一，不再赘述。

3.4方案比选

方案比选见表1。

表1　桥型方案比较表

4　结　语

经过对设计条件的仔细分析，提出了三个合理的桥梁设计方案；又对该三个方案从施工、使用、经济、养护、景观等多方面进行比选，推荐方案为顶推施工钢箱梁桥。向高速公路主管部门汇报后顺利取得其许可批复。目前该桥梁作为中环西线上的一个重要节点已同中环西线一并于2016 年1月竣工通车。顶推钢箱梁施工、使用完全达到了设计要求和预期效果，见图13、图14。