某跨线桥方案比选及结构设计

陈宏彬 董桔灿

(1.广东省冶金建筑设计研究院有限公司 广东广州 510080;2.深圳市市政设计研究院有限公司 广东深圳 518029)

0 引言

随着交通量日益增加，许多H型的道路口设计难以满足使用需求，特别是H型道路口中“一”方向的道路服务水平低下，这类项目往往涉及道路改造。现有改造方案一般是下挖隧道或上跨线路桥，下挖隧道施工周期长、开挖成本高、后期改扩建复杂，而跨线桥方案对实施期周边环境影响小、施工周期快[1]。该优点也使得跨线桥方案成为该类项目的首选。

1 项目概况

乐龙路作为周边区域重要纵向主干道，承担大量过境交通，去路面宽度大，车速较快，而与其相交的南坑路、南新路均为双向2车道，路面宽度窄，导致相交道路技术等级不匹配，甚至高峰期时交叉口发生交通拥堵，为了减少交叉口交通流量，因此将此平交增加为跨线桥具有十分重要的建设意义，如图1所示。该项目改造路线长度为1077.496 m，其中桥梁长度443.2 m。本文通过分析影响桥梁建设的多种因素，介绍了该跨线桥上部结构比选的主要过程。

2 桥型方案比选

跨线桥总体设计目标主要是缩短施工工期，减少主跨施工对桥下交叉口的影响；减少桥梁规模和桥头引道改造长度，控制投资；其次是满足该项目工期要求和施工期间居民安全出行要求；交叉口改造和主辅路交通转换便利，满足周边居民出行需求；减少辅路及其他主路范围的改造。

图1 项目位置

选用设计施工技术成熟、标准化程度高的桥型，确保桥梁品质[2]；充分考虑被交道路多、转向需求大的市政化特点[3]及适当考虑景观需求。

根据以上原则提出如图2所示的连续梁桥(38+60+40 m)及简支梁桥(60 m)2种桥型立面，选定了变高连续钢箱梁、预应力混凝土连续现浇箱梁、简支钢混组合梁及简支钢箱梁等4个桥梁方案，下部均有柱式墩、门式墩、一字台。上部结构均是左、右分幅，桥宽2 m×14.75 m，方案1及方案2按照连续梁桥布置，方案3及方案4按照简支梁桥布置，以下针对不同方案上部结构进行对比。

(a)连续梁桥立面图

(b)简支梁桥立面图图2 桥梁立面图

2.1 方案1：变高连续钢箱梁

方案1是连续梁桥，全桥长473.2 m，跨径组合为6×30+38+60+40+5×30 m，主桥为38+60+40 m变高连续钢箱梁，梁高1.55 m～2.55 m，如图3所示是方案1断面图。变高连续钢箱梁具有梁高较低，整体吊装施工方便快捷的优点，重难点是吊装拼接固定要求高。施工采用现场整体吊装，主跨桥墩位置设置临时支架方便箱梁焊接，主路全幅封闭。变高连续钢箱梁为变高型式，底板为曲线，主桥、引桥高差不大，线型流畅美观，景观效果较好。总工期约8个月，其中钢箱梁吊装施工约25 d。

图3 方案1断面图(单位：cm)

2.2 方案2：预应力混凝土连续现浇箱梁

方案2是连续梁桥，全桥长533.2 m，跨径组合为7×30+38+60+40+6×30 m，主桥为38+60+40 m预应力混凝土连续现浇箱梁，梁高1.8 m～3.6 m，如图4所示是方案2断面图。预应力混凝土连续现浇箱梁采用现场浇筑施工，采用门洞支架，工序繁杂，对交叉口交通影响较大，且施工工期长。重难点是控制好施工期间交通安全，以及噪音、粉尘、光污染等问题，以减少对周边居民的影响。施工时交叉口处设置两排临时墩，搭设满堂支架，施工期间通行净空2.5 m，主路全幅封闭。预应力混凝土连续箱梁为变高型式，底板为曲线，线形流畅。总工期约12个月，其中预应力混凝土连续箱梁现浇施工约120 d。

图4 方案2断面图(单位：cm)

2.3 方案3：简支钢混组合梁

方案3是简支梁桥，全桥长513.2 m，跨径组合为8×30+60+28+6×30 m，主桥为60 m钢-混组合梁，梁高3.0 m，如图5所示是方案3断面图。钢混组合梁具有用钢量小、无需支架、吊装施工方便快捷的优点，重难点是控制好连接工字钢与混凝土桥面板剪力连接件的质量。60 m钢混组合梁采用现场整体吊装施工，主路全幅封闭。主桥外观简洁、轻盈，梁底面为开口断面。总工期约8个月，其中工字钢吊装施工约20 d。

图5 方案3断面图(单位：cm)

2.4 方案4：简支钢箱梁

方案4是简支梁桥，全桥长483.2 m，跨径组合为6×30+28+60+7×30 m，主桥为60 m钢箱梁，梁高2.8 m，如图6所示是方案4断面图。钢箱梁用钢量大，吊装施工时需设临时墩，吊装施工方便快捷，重难点是控制好正交异性钢桥面质量。简支钢箱梁采用现场整体吊装，主路全幅封闭。主桥外观简洁、美观，梁底面为封闭断面。总工期约8个月，其中钢箱梁吊装施工约20 d。

图6 方案4断面图(单位：cm)

以上详细介绍了4种方案的桥跨布置、结构特点、施工特点、景观性及施工工期，表1分别进行了结构特点、施工方案[4]、景观性、施工周期[5]及造价等指标的对比。方案1的梁高最低，最能满足桥下净空需求；方案1、3、4施工方法方便快捷，对桥下临时交通影响较小，施工周期短；方案1的桥梁曲线呈现规律变化，线型流畅，景观效果最好；不同方案的总投资差别不大。经综合比较，采用结构适应性强、景观效果好、施工工期短的方案1作为推荐方案。

表1 方案对比表

3 推荐方案主桥上部结构分析计算

采用 MIDAS civil 8.6.5程序进行推荐方案主桥上部结构计算[6]，推荐方案的跨径组合为38+60+40(m)，整体式路基设计为上、下行两座分离式独立桥梁，桥梁宽度为2×14.75 m。计算模型如图7所示，钢箱梁采用梁单元进行模拟，单元长度按1 m设置，单元数138，节点数147。钢箱梁材质采用Q345qD，弹性模量为2.06×1011Pa，剪切模量为0.79×1011Pa，泊松比为0.3，钢材容重为78.5 kN/m3。桥顶铺装为15 cm(C50钢纤维混凝土)+10 cm(沥青混凝土)，容重均采用26 kN/m3。一期恒载包括主梁自重，钢材密度7850 kg/m3，由程序自动计算其自重。二期恒载桥面铺装合计96 kN/m，防撞护栏合计26 kN/m。温度梯度按规范取值，整体升温25℃，整体降温20℃。本桥按4条车道计算，汽车荷载按规范取值。支座沉降量按15mm计算。

图7 主桥计算模型

程序自动组合最不利情形，分别进行了桥梁变形[7]、正应力、剪应力、最小支座反力、抗倾覆稳定[8]、疲劳验算，计算结果如表2所示，结果表明推荐方案1桥型选择合理，满足规范计算要求。

表2 推荐方案结构计算结果

4 结论

本文对交通岔口改造的某跨线桥设计方案进行了比选，并就推荐方案的主桥进行了结构计算，主要获得如下结论：

(1)交通岔口跨线桥改造的交通需求、梁高限制要求比较高，在结构选型时需要重点考虑。其次，要兼顾施工期间桥下的交通需求。

(2)变高钢箱梁桥线型流畅美观、优美，景观效果较好，而且整体吊杆速度快，对于该类改造工程具有很好的应用价值。

(3)桥型方案选择需要结合结构特点、施工方案进行初步确定，并进一步考虑景观、造价等因素。

(4)本文所选变高连续钢箱梁桥桥型合理，变形、强度及稳定性均满足结构计算要求。