浅析整幅桥在超高段的横坡设置

黄 龙

成都西南交通大学设计研究院湖南分院

1 工程简介

本工程为湖南省某市新建的一条设计时速为120km∕h的高速公路，公路沿线途径一条运营铁路，与铁路相交位置的右交角度为123.3°，根据《国铁集团工电部关于加强穿（跨）越铁路营业线和邻近营业线工程方案等审查和施工安全管理的通知》（工电桥房函〔2020〕48号）的相关要求，上跨开行客车的普速铁路的路基、桥涵地段，桥梁施工应优先采用转体施工方案。

基于以上考虑，本桥在跨铁路联拟采用转体施工，转体角度为顺时针旋转57°，本公路线位与铁路斜交角度较大，根据铁路部门要求，需考虑远期增建复线预留净空，结合以上要求，本桥跨铁路孔单孔跨径跨需达到75m，考虑本项目为公路项目，景观要求不高，T型刚构桥是最为经济的方案，其具有整体性好、刚度大、变形小、行车舒适等优点，其成桥后的养护工作量也小。

图1 桥位平面图

图2 桥梁立面图

本高速公路路幅总宽26.5m，其中桥梁段分左右两幅布置，桥梁标准横断面布置为26.5m=0.5m防撞护栏+净12.0m行车道+0.5m防撞护栏+0.5m中央镂空带+0.5m防撞护栏+净12.0m行车道+0.5m防撞护栏。

图3 高速公路桥梁段标准横断面图

经过前面的论述，为响应铁路部门的要求，减少桥梁施工期间对运营铁路的影响，跨铁路联需采用转体施工。根据项目经验，转体墩造价高昂，出于经济性考虑，该跨铁路联桥梁选择采用整幅布置，即可实现仅设置一座转体墩，整幅布置的桥梁断面为26.5m=0.5m防撞护栏+净12.0m行车道+1.5m中分带（含中央防撞栏）+净12.0m行车道+0.5m防撞护栏。

桥梁平面线型位于曲线上，曲线半径1800m，超高4%，转体T构跨径布置为（2×75）m。主墩位于铁路北侧，上部结构采用变高的单箱三室箱梁，中支点梁高7.0m，端部梁高为2.5m，梁底线形按1.8次抛物线变化。

桥面铺装分两层：上层为10cm厚沥青混凝土，下层为在梁体顶面设置的8cm厚的C50防水混凝土整平层。整平层的混凝土的抗渗等级不小于W6，调平层内设置直径8mm间距10cm×10cm的冷轧带肋钢筋网。

2 箱梁横坡设计

图4 箱梁横断面布置图（预设横坡前）

按常规设计思路，本桥的箱梁横断面设计如下所示，为保证左右幅设计标高一致，在中护栏两侧间设一水平段过渡，其中左侧设计线位置整平层厚18cm，右侧设计线位置整平层厚8cm。如此布置箱梁，箱梁中心线左侧整平层的混凝土方量为：2.35方∕米，对箱梁中心力矩为

右侧整平层的混凝土方量为：1.09方∕米，对箱梁中心力矩为：

两侧铺装对箱梁中心力矩差竟相差1倍多，主梁横向受力极不对称，恒载情况下偏心大，横坡设置不合理，需进行调整。

图5 箱梁横断面布置图（预设横坡后）

为此，本桥的箱梁横断面拟进行调整，设计在箱梁顶横坡预设为3.4%，然后调整整平层实现桥面横坡4.0%，整平层厚从左往右分别为8.05cm、15.25cm、6.75cm、13.95cm。据此重新计算，箱梁中心线左侧整平层的混凝土方量为1.56方∕m，对箱梁中心力矩为6.004（为铺装层质心到箱梁中线距离，可由CAD简图中直接查询，后同）×1.56×25=234.2kN·m；右侧整平层的混凝土方量为1.35方∕m，对箱梁中心力矩为：

两侧铺装荷载对箱梁中心力矩差不超过5.5%，主梁横向受力可按对称考虑，箱梁横坡设置合理。

3 预设横坡的取值

关于箱梁预设横坡i2的取值，如果按照逐一取值再画简图计算将会非常繁琐，这里建议可采用下面的经验公式来估算主梁横坡取值：

式中：

i1——桥面设计横坡；

i2——主梁预设横坡；

B——桥梁箱梁顶宽；

b——桥面设计标高线到箱梁中心线距离；

η——考虑质心偏差的影响系数，取1.05。

本公式经推导得出，推导原则是使左右桥面铺装对主梁中心的左右力矩相对平衡，并考虑了左右侧铺装层质心偏心的影响。为验算本公式的准确性，用本公式验算前面案例，桥面设计横坡为4.0%，桥宽B=26.5m，b=1.25m，主梁预设横坡取值：

与主梁横坡取用3.4%一致，说明本公式计算准确。

再任取一个整幅桥的断面进行验证，假设桥梁超高为3.0%，桥宽B=20m，b=0.5m，取用公式试算主梁横坡取值：

画简图如图6所示。

图6 20m宽箱梁横断面布置图

整平层厚从左往右分别为8cm、9.9cm、7.1cm、9cm。据此计算，箱梁中心线左侧整平层的混凝土方量为0.896方∕m，对箱梁中心力矩为：

右侧整平层的混凝土方量为0.804方∕m，对箱梁中心力矩为：

两侧铺装荷载对箱梁中心力矩差不超过4%，主梁横向受力基本对称，箱梁横坡设置合理，达到了预设横坡的预期效果，也验证了本公式的准确性。

4 结束语

经过上述两个案例的验算结果可知，在实际工程中，如遇到整幅桥在路线的超高设置范围时，可按本经验公式进行计算取得主梁预设横坡值，再调整桥面铺装以实现桥面设计横坡，从而可以显著地减少因桥面铺装而导致主梁横向受力不均的影响。

在采用本公式计算的预设主梁横坡后，桥梁横向受力将会达到对称，桥梁横向设计合理，如此以来，一方面可以确保桥梁主梁采用单梁模型计算更加准确，简化了计算工作量。另一方面可以确保结构在长期运营的工况条件下更加安全，不会因为恒载偏心过大导致主梁过早产生病害。