城市高架桥梁单点上跨桥梁方案设计与选型研究

柴加兵

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

近些年，我国城市化发展迅速，各地中心城市发展更加蓬勃，交通拥堵等城市病成为各个特大城市共有问题，国家及地方政府为了解决城市交通拥堵，缓解交通情况采取了一系列措施:优先发展城市公共交通、城市轨道交通、快速发展城市快速路等，极大地缓解了蓬勃发展的交通带来的部分问题。城市快速路采用全线高架情况下，造价过高，部分地方无法承受，部分地面线、部分高架的形式被广泛采用，既实现了城市道路的快速化改造，缓解了交通问题，也极大地节约了资金。

单点上跨桥梁方案成为城市快速路方案中的重要节点方案。桥梁结构形式、桥梁断面形式、桥墩形式、桥梁跨径的选择以及施工方案对现行交通影响的要求等是单点桥梁方案设计研究中的重点研究内容。

1 工程概况

本项目为某市快速路改造提升工程，主路建设规模为双向6车道，设计速度60km/h，地面辅路规模为双向4车道，设计速度40km/h，两侧设置人行道和非机动车道，主路与辅路之间设置1.5m宽度设施带，红线宽度为55m。主路在重要节点采用主线上跨形式，两侧辅路采用地面线方式通过。全线设置有8座单点上跨桥梁。

图1 标准断面布置图

2 桥梁上部结构选型

桥梁上部结构的造价占工程总造价比较大，因此主线标准段结构的合理选型是本阶段设计的重点。一般城市高架结构型式可选择预应力混凝土T梁、预应力混凝土小箱梁、等截面连续箱梁、变截面连续箱梁和钢箱梁、组合梁等。

根据桥梁结构设计原则，结合实用性、经济性、美观性及施工可行性，以及总体方案的布置，对预制后张法预应力T梁、预制后张法预应力小箱梁、预应力混凝土连续箱梁、钢混组合梁、钢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和分析。方案比选见表1，结构型式见图2～图6。

表1 桥梁上部结构方案比选

图2 混凝土T梁

图3 小箱梁

图4 混凝土飞燕式连续箱梁

图5 连续钢混组合梁

图6 连续钢箱梁

通过以上比较，钢混组合梁相对于混凝土桥梁具有施工期间保通效果好、施工速度快、绿色环保等明显优势，造价较混凝土结构略高，相对钢箱梁在造价方面具有明显优势，故本次一般路段高架桥上部结构设计方案推荐采用“钢-混凝土组合箱梁”。

3 桥梁上部结构断面形式选型

城市桥梁的特点要求在追求实用性和功能性的同时，需要兼顾城市景观效果。要实现桥梁结构相得益彰的融入城市整体环境，就需要在桥梁设计总体布局及细节之处追求至善至美，处处体现以人为本、处处追求与周围环境的和谐统一。在高架桥梁设计中选择合理的跨径布置、造型美观的桥梁上部结构和墩柱形式显得尤为重要，高架桥梁结构的选择在满足道路线形要求，遵循适用、安全、经济及施工快捷的前提下，尽可能采用造型美观独特的桥梁上部结构和墩柱形式。

主梁的长细比最能体现梁桥的形态，但梁实际的长细比常常由于技术或者经济上的原因受到限制，此时可通过改进主梁断面形式，使桥梁形态达到比实际更纤细轻巧的感官效果。

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本项目标准断面为:0.5m(防撞护栏)+12m(机动车道)+0.5(防撞护栏)+12m(机动车道)+0.5m(防撞护栏)=25.5m。结合国内外已建或在建城市高架桥梁，该宽度箱梁横断面可采用单箱多室。为使主梁看上去更美观轻巧，可考虑如下几种断面形式：

断面一：斜腹板(图7)，结构上受力明确，施工便捷；外形轮廓鲜明、典雅大方、刚柔并济；对于变宽段及主线、匝道的外形过渡有良好的适应性，造价适中。

断面二：飞燕形(图8)，外形上线条柔美、平滑顺畅。缺点是侧面斜腹板受力欠明确，施工较困难，特别是在主线与匝道相接处外形较难过渡。

断面三：垂直腹板形，结构上受力明确，施工便捷，造价较低；缺点是外形轮廓与周围景观协调性较差。

本项目从高架桥间的断面衔接过渡、结构受力、景观性方面综合考虑，选用介于直腹板形断面与飞燕式断面之间的“斜腹板形断面”为推荐方案。

图7 斜腹板

图8 飞燕形

图9 标准断面布置图

4 桥梁下部结构选型

为了适应地面辅道较窄的中分带，并消除高架桥桥下视觉压抑感，高架桥下部结构一般采用顶部外扩的花瓶式桥墩。墩柱在承担自身结构作用的同时，往往作为一种特有的载体，承担着彰显桥梁结构文化底蕴和人文气息的作用。

经对该工程所在地区历史文化的调研及多方研究比较，以下墩型可用来比选：

墩型一(图10)：弧形开花双柱式方墩，直立双柱加向外张开的弧形开花扩大头，使得墩型刚柔并济，在柔美的外形中蕴含着蓬勃的张力，整体结构简洁明快，富有现代气息。

墩型二(图11)：双柱式墩花瓶墩，外形轮廓上宽下窄呈Y形，墩柱外侧的棱边作较大尺度的椭圆形倒角，使墩柱外形更有画面感，当上部结构融入了“圆”的元素时，上、下部造型更加协调。外形上宽下窄有利于增加桥下车道宽度。

图10 墩型一

图11 墩型二

墩型三：框架式桥墩，在弧形开花式的基础上强化系梁，使墩柱与系梁更趋一体化，但是立面造型缺乏层次感。

结合跨线主桥的上部箱梁结构形式配合Y形花瓶墩有较好的协调性和景观效果，Y形墩上宽下窄，有利于增加桥下车道宽度，故本次选择实用性强、简洁明快、富有现代气息、画面感较强的墩型二为推荐方案。

5 桥梁基础结构选型

一般桩基可采用PHC桩、灌注桩和预制方桩。

预制方桩为打入桩，可现场制作，一般入土深度较浅，对土有挤压效应，造价较低。但预制方桩因强度和施工原因，单桩容许承载力较小，桩数很多，承台较大；且施工噪音大，对周边构造物或管线安全影响较大。

PHC桩为工厂制作，桩身采用C80高强混凝土，桩身内有预应力，对土有挤压效应，且难以进入岩层。PHC桩抗弯能力一般，且施工噪音大，对周边构造物或管线安全影响较大。

灌注桩为经典工艺，桩身抗弯能力强，对土无挤压作用，施工工艺简单，无需专门设备，桩长可以达到80～90m；其噪音小，泥浆可以外运，对周边建筑物或管线影响不大。

本项目从市区穿过，结合现场周围实际情况，为减少对周围环境的影响，推荐采用钻孔灌注桩。

根据本地区的地质情况，本工程钻孔灌注桩为典型的摩擦桩。钻孔桩桩径选用对工程造价、施工进度有较大影响，就主线标准段典型基础布置形式进行了比较。

在市政高架桥梁的建设中，最常见的基础形式就是钻孔灌注桩群桩基础，本次分别选取不同桩径、不同基桩根数的三种基础方案进行比较分析，详见表2。

表2 桥梁下部基础结构方案比选

表2对下部基础从承台施工、基桩施工、造价及施工进度、结构受力情况、抗震效果等方面进行综合比较，方案一施工桩长较短，结合本项目地质条件，桩长较长发生桩基缩颈、塌孔、断桩等安全质量问题的机会加大，为确保桩基施工安全，最终选取方案一为推荐方案。

6 跨径选定

标准跨的跨径选择与工程造价、景观要求、施工进度有着很大的关系。从城市景观和道路交通功能、高架结构受力特性和地区实际地质条件等因素考虑，选用合适的桥梁基本跨径，既满足城市交通技术和经济要求，又能给人以通透、舒适感。根据全国众多高架道路的建设经验，本工程标准跨径40m较为合适。

结合本工程道路总体方案布局来看，具体表现在以下几个方面：

(1)本项目主线和平行匝道采用钢混组合梁，考虑到上下部协调性、景观性及总造价，主要跨径采用40m较为合适。

(2)主线高架桥在跨越路口处，根据路口宽度不同，跨径主要采用50m及60m跨径钢混凝土组合梁。

(3)立交曲线半径最小60m，原则上采用钢混凝土组合梁，跨径布置适当减小，一般跨径选用20m较为合适。

7 结论

影响桥梁方案选择的内容较多，选择好单点上跨桥梁的方案，对于快速路整体方案的设计有着十分重要的作用。