浅谈我国高速公路跨线桥设计

浅谈我国高速公路跨线桥设计

低线桥的设计是高线桥的重要组成部分。这座技术先进、经济舒适、功能齐全、解决方案、桥型美观、景观协调的临桥在构建山川中发挥着重要作用。笔者集多年高等级公路跨线桥设计的体会,并结合西三封闭工程跨线桥的设计,提出个人的认识,请同行们指正。1跨线桥结构布置高等级公路不但给使用者提供了一条快速干道,而且是一道风景线。跨线桥由于上跨高等级公路,在这道风景线中起着重要的作用,设计中必须重视美学设计。(1)跨线桥的设计应与周围环境、景观协调一致,互相配合,融为一体。要做到这一点,必须在桥梁选型上下功夫,通过构思设计出与环境相协调的跨线桥形式。(2)桥梁本身各部构造的形象宜简洁纤细,流畅明快,使高速运动着的人们在瞬间的最初一瞥中得到“明确”的印象。如果构造形式复杂繁琐,在快速运动的人们视觉感受上,将是一团模糊、一团迷雾、令人眼花缭乱,难以分辨。跨线桥各构件的尺寸和比例应协调一致,重点在于如何尽可能地减薄和从视觉上减薄上部结构的建筑高度。设计上要尽可能的减薄主梁的高度,应采用建筑高度较小的板式或箱式桥跨结构。从视觉上,减薄上部结构的建筑高度从以下3个方面采取措施:一是增加翼板悬臂部分的长度和采用倒梯形横截面(箱梁),空心板增加悬臂翼板;二是安全带或人行道尽量外挑;三是栏杆要避免采用实体式栏板,栏杆柱和纵向构件要布置得稀疏。通过以上措施使桥下通行者从心理上消除那种由于桥身厚实而引起沉重负荷的压抑感。在使上部梁式体系与下部墩台之间的和谐统一、浑然一体方面,着眼点在于使墩台选型简洁,并与上部构造相协调。桥墩应尽可能做得轻巧,尽量多透空,保证行车有较好的通视条件,而不应把跨线桥下面的空间占满。(3)桥孔的合理布置。跨线桥孔径的大小和孔数布置多少,一般应结合地形和高等级公路横断面的形式确定。对开阔地区跨线桥孔数的确定,经历了一个过程。中国最早的高等级公路有中央分隔带时,跨线桥布置为两孔,一孔跨上行线,一孔跨下行线;无中央分隔带时,一孔跨过上、下行线。从桥孔下驱车穿过,由于通透视野很差,会令人产生从狭窄的孔洞中挤身穿行的不舒展感和压抑感。随着高等级公路的发展和人们认识水平的提高以及国民经济的发展,逐渐改变了这种情况。比较合理的桥孔布置应该是当有中央分隔带时,宜布置为4孔,中间2孔跨高等级公路的上、下行,两边孔供农民耕作之用;无中央分隔带时,宜布置为3孔,中间大孔跨越高等级公路的上、下行,两边孔同样可供农民耕作之用。由于加了两边孔,使桥下两侧视野比较通透、开阔,使通行者轻松自然地通过。(4)桥面应合理设置竖曲线并适当考虑装修。跨线桥的竖曲线线型是顶部轮廓线,开阔地区跨线桥配合桥头引道纵坡设计成凸形竖曲线,除有利于行车外,又使桥梁顶部呈现曲线美、连续美,且有利于桥面排水,因此应充分重视和优化竖曲线的设计。通过对西三封闭工程跨线桥桥头引道纵坡设计为3.0%、3.5%、4.0%,并从桥上竖曲线的设置情况分析,从美观角度考虑,桥头引线纵坡为4%,竖曲线切线长为1/2桥长效果最佳。跨线桥应适当进行装修。如不进行装修,则跨线桥全身灰朦,并布满污迹,影响高等级公路的形象。跨线桥的装饰应以水刷石、贴面、喷涂、普通室外涂料为主。桥跨结构和桥墩可涂成同一种颜色,以强调结构的一致性;亦可用对比的色彩把桥跨结构和桥墩区别开来。通常深色的桥墩配以浅色的桥跨结构可以强调出桥墩的轻巧和纤细。2在连接桥系统的合理桥梁类型中2.1空心板和装配式板简支板在跨线桥中应用最广,为静定结构,相邻各孔单独受力。其主要特点是构造简单、施工方便,建筑高度较小。为减轻自重,一般用空心板,既可以有整体式结构,也可以有装配式结构。当为整体式结构时,芯模可用纸筒等一次性模扳。无论是整体式板或装配式板,宜做成带翼缘且桥面连续。板厚与跨径之比一般为1/15~1/25(西三封闭工程为1/23)。2.2装配式连续板、连梁板的制作连续板(梁)桥不但具有良好的行车条件,同时利用支座上的卸载弯矩来减少跨中弯矩,使桥跨内力分配更趋合理,板(梁)的高度更低,连续板(梁)桥既可采用钢筋混凝士,也可采用预应力混凝土。整体式连续板可作成变截面,其支点截面厚度约为跨中截面厚度的1.2~1.5倍,跨中截面高度可达到距径的1/20~1/35。装配式板的构造与整体式板相似,只是根据起吊能力在横向将板划分为板条,在纵向也分成若干段,预制时预留接头钢筋,安装就位后联接接头钢筋。连续梁横截面形式可做成矮T形截面、矮工字形组合截面和箱形截面。等截面连续梁的梁高约为跨径的1/16~1/26,西三封闭工程跨线桥为1/26。变截面连续梁的边中孔之比可为(0.3~0.8)∶1.0,跨中梁高与跨径之比约为1/25~1/35,梁底一般采用曲线。2.3门式刚架桥下拱梁由于桥跨结构和墩台刚性连接,将在主梁端部产生负弯矩,并传给墩台,因而跨中截面高度比简支板(梁)、连续梁更小,因此外形尺寸小、纤细、桥下净空大,视野开阔,很适宜于跨线桥。适合于跨线桥的刚架体系有带悬臂的门式直腿刚架(多用于开阔地区的人行桥)、斜腿刚架(多用于挖方路段),连续刚架等。主梁截面同前述,可做成板、矮T梁、矮组合梁、箱梁等。主梁在纵向可做成等截面,等高变宽和变高度3种。变高度主梁的底缘形状可以是曲线型、折线型、曲线加直线等。带悬臂的门式刚架桥,跨中厚度与跨径之比一般可取1/20~1/35,支点厚度为跨中的1~2倍,悬臂长为中孔跨径的0.2~0.5倍;斜腿刚架桥的边跨通常为中跨的0.5倍左右。三跨或多跨连续刚架桥,边孔一般为中孔的0.5~0.7倍左右,跨中梁高为跨径的1/30~1/40;采用变截面时,支点梁高为跨中的1.2~2.5倍。跨线桥的墩、台位置和形状要尽量多透空,保证行车有较好的通视条件,并与上部构造相配套。桥墩多用柱式墩、Y形墩、刚架墩和无盖梁的梯形墩等。桥台多用无台前溜坡的U型台、组合式桥台、墙式台、锚杆式桥台等。3主桥结构方案比选西安至三原一级公路是中国修建较早的高等级公路之一。它是省会西安通往革命圣地延安、人文始祖黄帝陵的唯一通道,是省门第一路。因此跨线桥的设计在考虑适用、经济、安全的前提下,尽可能根据美学要求,选用轻巧、合理、协调的外形尺寸,使跨线桥具有优美的外形,并与周围的环境相协调,这在陕西省乃至全国都是较为突出的。(1)渭河以南跨线桥根据西三公路无中央分隔带的特点,上部结构全部采用刚架体系。互通式立交上部结构采用中跨32m,边跨22m的三跨钢筋混凝土变截面连续刚架形式。中跨中间部分和边跨靠桥台部分用空心板;T构根部采用空心梁,跨中板高为跨径的1/32,支点梁高为跨中梁高的1.8倍。下部选用双柱墩、肋板式桥台。分离式立交、农耕桥上部结构采用中跨26m、边跨14m的三跨变截面钢筋混凝土连续刚架。中跨中间部分和边跨靠桥台部分选用空心板。跨中板高为跨径的1/33;T构根部空心梁为跨中高度的1.75倍。桥墩选用直径1.2m的圆形独柱墩,桥台为板式锚杆桥台或锚杆组合式桥台。渭河南互通立交、分离式立交、农耕桥采用的曲线梁、独柱墩、竖曲线和纤小的尺寸构成了跨线桥的外形美。渭河以南人行桥选用跨径26m带悬臂的门式刚架,横断面为箱形等截面,梁高为跨径的1/32。悬臂部分既满足了搭设桥梯的需要,桥梯又通过悬臂端部对结构起到了减载的作用,降低了梁高和结构的配筋量。(2)渭河以北跨线桥根据西三公路有中央分隔带可以设墩的特点进行设计。互通式和分离式立交上部结构分别采用4孔16m和4孔14m钢筋混凝土空心板和预应力混凝土空心板,下部采用双柱墩,组合式桥台和板式桥台。农耕桥选用13.5+2×14+13.5m的四跨先简支后连续钢筋混凝土连续刚构,主梁采用空心宽腹矮T型断面,全断面只有两片主梁;桥墩采用双柱式,柱径只有65cm,不设盖梁,预制主梁直接搁置于柱顶上,每根柱承受一片主梁,通过现浇梁端混凝土接头使主梁连续化,并将墩梁连成整体。轻巧、纤细的上、下部结构尺寸和桥上设置的竖曲线构成了桥梁的外表美。渭河以北人行桥选用两跨13m带悬臂的简支变连续的连续梁,横向为带翼缘的空心板,具有优美的外形。(3)西三封闭工程跨线桥充分考虑了既要施工,又要保证车辆通行的特点进行设计,其设计特点为:①渭河南农耕桥、人行桥、分离式立交、互通式立交中间部分梁采用预制吊装,临时墩支撑,两侧T构墩位利用西三公路硬路肩搭设少量支