新建道路与既有高速公路交叉桥梁设计探讨

2021-01-22

四川水泥 2021年5期

（中交二公局第三工程有限公司，陕西西安 710000）

高速公路在地区沟通和经济发展实践中发挥的作用显著，但是随着经济的整体发展和地区开发的持续性进行，既有高速公路成了阻碍沿线地块开发利用的主要障碍之一，为了实现既有高速公路两侧区域的沟通，势必要新建道路实现对既有高速公路的穿越。新建道路在穿越既有高速公路的时候需要基于高速公路两侧的地形条件以及高速公路的基本类型做不同的穿越形式选择。在目前的实践中，可供选择的主要有上跨和下穿两种方式。研究表明，不管是上跨还是下穿，新建道路均会与既有高速公路发生桥梁交叉的情况，而交叉强调是影响道路沟通的重要保障，所以需要对交叉强调做设计与分析。

1 工程概况

某新建道路作为该地区非常重要的南北向快速通道，对优化该地区的路网结构有非常重要的作用，对于以区域经济带动周边联系性加强也有显著的意义。该新建道路在建设的过程中和某既有高速公路交叉，交叉角度为5 。就新建道路的具体分析来看，其为双向四车道的一级公路，设计时速是80km/h。该道路的路基宽度为25.5m，桥涵设计汽车荷载等级为公路Ⅰ级。与该新建道路交叉的既有高速公路等级为双向四车道，后来经过改建后成为了双向八车道。道路的设计时速为120km/h。起初，路基的宽度为28m，在经过改建后达到了42m，桥涵设计的汽车荷载等级为Ⅰ级。

2 交叉方案的拟定

新建道路和既有高速公路存在着交叉。基于新建道路的具体走向，同时结合既有高速公路两侧的实际情况可以对交叉点的位置范围进行确定[1]。基于确定的具体位置范围对相应的情况进行总结，这对于交叉方案的拟定有突出的指导意义。就交叉范围而言，范围内的高速公路为填方路段，平均填土高度为3m，且不存在水位限制的情况。基于实际资料分析，在交叉方案选用的时候，上跨和下穿都是可行的，不过具体要使用哪种方案还需要做论证。

假设选用上跨这种交叉方案，那么根据交叉点范围区域的地形情况，需要在高速纵面最低点处设置分离立交桥上跨高速。如果是采用这个方案，需要对桥梁的跨径标准做界定，交叉的角度为5。在该方案的具体利用上，上部需要采用装配式预应力混凝土箱梁，下部需要采用柱式墩、桩基础。

假设选用下穿这种交叉方案，那么根据交叉点范围区的平纵情况和地形情况，同时结合技术和经济等因素，需要在新建道路和既有高速正交区域内进行小规模拆迁，同时要在高速处进行一座立交桥的增设。为了保证增设立交桥的应用效果，要做好桥梁的跨径布设。在此种方案的具体实施中，桥梁上部需要采用装配式预应力混凝土箱梁，下部需要采用柱式墩和桩基础。就具体方案的实施来看，新建道路利用增设的立交实现下穿高速。

两种方案在具体实施中都具有可操作性，不过两种方案在实施的过程中工程量、施工难度等会有不同，所以具体要使用何种方案还需要进行更加细致的对比。就两种方案的对比来看，需要确定基本的对比指标，一般来讲，主要的指标内容为：1）公路用地。对比两种方案的公路用地，上跨方案的用地面积相对比较少。2）填方和挖方的对比。就填方而言，下穿方案要明显的小于上跨方案，但是就挖方来讲，下穿方面明显的大于上跨方案。3）分离立交。按照原定计划和设计，下穿方案的分离立交应用量要少于上跨方案。4）工程造价。对比两种方案的工程造价，从最终的造价分析来看，下穿方案在造价节约方面效果明显优于上跨方案。基于综合对比，下穿方案的优越性更加突出，经济性效果也比较突出，所以在桥梁交叉设计中采用下穿的方案。

3 下穿桥梁方案及交通组织设计

在交叉方案得到确定之后，接下来的重要工作便是在方案基础上做更为详细的设计，从而为施工打好基础。

因为此次桥梁交叉采用的是下穿方案，所以需要基于交叉下穿的具体特点等做桥梁的详细设计。实践表明，下穿桥梁孔径布置和桥梁会受到交叉道路路基断面宽度和净空要求的影响，所以需要结合桥梁架设位置的地形、地质以及场地具体条件对工程的安全性、经济性以及施工可能性做分析[2]。在综合分析的基础上设计更加详细的工程方案，工程本身的质量建设效果会更加地突出。基于综合考虑，新增分离立交桥梁跨可以执行三段式布置，每一段距离保持相同。基于交叉角度的考虑，墩台轴线和法线交角可以确定为5。至于桥宽，需要基于双向四车道的标准做确定。上文提到过，在下穿方案的具体利用中，桥梁的上部可以采用装配式预应力混凝土箱梁，至于下部结构则采用柱式墩和桩基础。基于实际需要，桥下净空高度需要不小于5.5m。

在交叉桥梁设计实践中，为了尽可能地减小新增分离立交对既有高速正常运行的影响，需要对新增分离立交施工组织进行设计，具体的设计内容如下：1）对既有高速进行改造，即实现四道改八道，并且在两侧路基进行拼宽的时候，利用单侧路基拼宽的方式完成对增设分离立交段的拼宽。2）在拼宽工作完成之后进行交通转移，强调高速半幅双向四车道通行。在施工的过程中，需要新增分离立交右幅桥梁。3）待新增分离立交桥右幅施工完毕后再次进行交通转移，利用新增分离立交右幅桥梁保证既有高速双向四车道通行，进行左幅路基开挖及桥梁施工。4）待左右幅桥梁施工完成后，完善交通标志标牌等交通安全设施及中央分隔带管线改造，全断面开放八车道通行。

4 设计质量控制策略

就交叉桥梁设计实践来看，影响设计质量的因素是比较多的，所以为了保证桥梁设计的具体效果，需要对桥梁设计质量进行强化。结合此次交叉桥梁设计实践工作，要提升设计效果，需要从如下方面进行措施的采取。

4.1 明确设计要求

在交叉桥梁设计的过程中，设计要求的明确对设计工作的具体开展有非常显著的价值，因此在实践中必须要明确设计要求[3]。就此次的交叉桥梁设计来看，其具体的要求需要从如下几个方面强调：1）桥梁安全性。桥梁安全性是桥梁设计需要考虑的第一要素，因为安全性影响桥梁的稳定使用，也会影响桥梁的经济价值发挥，所以在实践中必须要基于安全性对相应内容做设计强调。就实践研究来看，在桥梁安全性设计实践中，一方面需要对桥梁的各方面参数进行明确，比如荷载参数、桥梁稳定系数等，另一方面需要对桥梁的组成构件进行明确，因为构件的完整和衔接的可靠会影响到桥梁安全性。2）强调经济性。当前我国积极发展绿色经济，目的是要解决经济发展实践中资源、能源浪费问题。基于绿色经济发展目标，在强调设计的过程中需要本着高质量、低消耗的原则对桥梁施工材料性质、用量等做明确，同时要对施工技术做分析，这样，设计实践中的材料利用、技术应用才会更具经济效益。

4.2 强调设计考察

设计考察在桥梁设计实践中的影响是显著的，所以在实践中必须要关注设计考察工作。就现阶段研究来看，所谓的设计考察指的是桥梁设计资料的总结与实地调查[4]。桥梁的运行稳定和使用安全与区域环境有显著的关系，比如区域地形地貌和水文情况等会影响桥梁的稳定性，道路车流量的调查会为桥梁标准和等级设计提供参考，因此在交叉桥梁的设计实践中，为了保证设计的科学性与针对性，需要做好交叉桥梁的施工区域调查。一方面，要明确区域地质情况，分析地质情况对桥梁运行的影响，然后做针对性措施的利用。另一方面，要分析施工中可能对桥梁产生的不利影响，并通过设计工作进行积极的预防。简单来讲，设计考察工作是设计工作针对性、有效性提升的有效参考，所以在设计考察实践中，需要基于桥梁设计的相关要求对考察的项目进行明确，同时要对考察项目的具体评价指标和评价标准做明确，这样，设计考察的全面性、专业性和有效性会更加的突出。

4.3 关注设计检验

设计检验可以对桥梁设计的应用情况做分析，这对于设计缺陷的改善有积极意义[5]。在目前的环境下，各种先进技术的利用越来越频繁，尤其是BIM技术、CAD 等技术有着广泛的应用，利用这些先进的技术对桥梁设计方案进行建模，然后在模型基础上做桥梁的实际利用模拟，这样可以更加真实地判断桥梁在未来使用中的具体情况。在实验结果的基础上结合交叉桥梁的实际应用要求能够实现对桥梁的缺陷改善，这样，桥梁的最终利用效果会更加的突出。在桥梁设计实践中，受设计人员专业素养以及设计过程中材料分析情况的影响，桥梁设计可能会出现细节性问题。为了规避此类问题，通过先进技术利用进行设计建模，并在建模基础上对设计方案的具体实施效果做论证性分析，这样，设计是否合理，存在哪些问题，具体需要优化哪些内容会一目了然。总之，关注桥梁的设计检验工作，通过检验实现问题的改善和优化，强调设计实践效果明显提升。

4.4 桥梁设计人员素质的整体强调

在交叉桥梁设计实践中，设计人员本身的素养对设计效果的影响是显著的，因此强调人员素质水平意义显著。基于实践做总结，人员素质水平强调主要包括两方面：1）专业设计理论强调。在设计实践中，理论是指导实践工作的重要因素，强调人员理论专业性，其工作实践的专业效果会更加突出。2）设计实操强调。设计实操指的是设计操作实践水平。一般来讲，水平比较高的人员在设计中能够通过灵活设计解决设计中的难题，所以为了尽可能地规避设计实践中的瑕疵，强调人员实际操作水平意义重大。在强调设计实践中，人员的专业理论认知和规范性操作是实现桥梁设计整体效果优化的重要影响因素，通过专业的训练实现人员两方面素养的显著提升，这样一来，人员本身专业性表现突出，因为人员问题引发的设计细节问题自然会得到规避，所以最终的桥梁设计实践效果会有明显的加强。