某高速公路长益段上跨天桥设计构思及工程特点
2010-06-02
一、前言
随着社会经济的发展，作为国家现代化水平标志之一的高速公路建设，近年来发展极为迅速。基于高速公路行车交通控制全封闭的特点，各种上跨、下穿立交桥在高速公路建设中被大量采用，此类桥载重不大(一般为H-10、H-15)，桥面不宽，但其数量较多，特别是处于丘陵区的湖南，各类上跨机耕道、乡道及人行天桥数量较多。仅长益路71.51公里地段此种上跨天桥就有43座，为能使天桥与地势巧妙的结合，美观得体、造价低、方便施工，业主与设计单位密切配合，针对每座桥所处位置进行多种方案的研究探讨，最终选定最佳方案。本文就天桥方案的选取及其工程特点作一简介。
二、天桥方案选取原则
根据高速公路上跨天桥的特点，并结合长常高速公路长益段的应用情况，可归纳出上跨天桥方案的选取主要应考虑的几项原则如下：
1. 因地制宜充分考虑地形。
长益公路地处丘陵区，天桥绝大部分设在切方地段。天桥的建筑高度选取除保证必要的桥下净空外，还需结合地形以减少桥头接线切方或填方量，最终达到经济实用的目的。如桥两端地势较低，主要采用梁式桥；略高则主要采用中承式拱肋桥；更高则宜采用斜腿刚构、双向坡拱、拱等型式。
2. 合理选取桥跨后续施工配合。
目前，高速公路路面施工多采用大型摊铺机，而路面施工一般后于天桥施工，以往为减小跨径、降低截面高度采用加中墩的桥梁，使摊铺机的通行受阻，直接影响路面施工进度。也对通车运营阶段安全行车伏有隐患。故在方案选取时，尽量少用设中墩桥梁，即使设置，其中墩尺寸也宜取较小值。
3. 在结构合理、施工方便的前提下，尽量使桥型美观大方，桥型多样化，体现时代气息，并在主体工程验收后进行适当的淡色装饰。
高速公路因线型较好、路面宽阔平顺，而致行车单调乏味，司乘人员易于疲劳。而司机视野内的空间感觉对行车安全、舒适起很大作用。为能创造较舒适的行车环境，除适量的绿化点缀外，各种天桥的美观得体、桥型的差异、色彩的变换，与环境的协调搭配更能对高速行车中的司乘人员以美的享受。因此，在结构合理，施工方便的前提下，应尽量使桥型美观大方，多样化，以体现时代气息，并在主体工程验收后进行适当的淡色装饰，可大大提高行车安全及舒适感以提高高速公路的社会效益和经济效益。
4. 实用经济、造价合理。
在桥型的选择时，一方面从“轻型”着手，以减少圬工体积；一方面不攀高用料。因此，长益路上跨天桥主要采用钢筋砼结构，全线43座天桥中仅在两个服务区中行人天桥的上部结构采用了钢结构。
三、上跨天桥的应用
根据以上选用方案的基本原则，我们在全线43 座上跨天桥的设计中采用了8 种以上的拱梁式钢筋砼上部结构及两种钢结构上部构造型式，其设计特点与建成后的整体效果分别概述如下：
1. 钢筋砼斜腿刚构桥
上部构造整体受力，多次超静定结构，整体现浇施工。上部全长48m，中跨25.8m，两斜腿支承点，间距33.8m，主梁呈变高Ⅱ形，桥面至桥下路面顶高差6.89m。构件的简单，断面的变化及与地形的充分结合，使人感到整体的美观和谐，同时，该桥开口断面施工方便，模板支撑容易，可重复使用，且造价也较其它桥型低，因此该桥型采用的座数为上跨天桥之冠。但由于开口断面，下缘承拉较弱，为使受力更加合理及桥型更加轻巧美观，今后的设计中在充分考虑施工难易程度的前提下，可考虑采用整体箱型截面。
2. 带拱上板式立柱、拱上实心连续板及主拱为实心板式的钢筋砼拱桥。
本桥为传统式拱桥类型，但由于拱上采用薄壁板式结构，且主拱川增加侧向悬臂线条，使之外形轻巧、美观，大方、得体。又因其建筑较高(桥下路面以至桥面高7.98m)，故高切方处设置此种桥型较易。但拱式结构的特点是两个桥台体积较大，造价较高，因此在日后的设计中，如地基情况允许，设置分离式基础，可适当降低造价。本桥型施工方面较易，模板简单，操作容易。该桥型也是采用较多的一种桥型，全线共有8座。
3. 普通钢筋砼板拱桥带拱上预应力空心板桥
本桥型拱上全长47.76m，主拱净跨38.00m，建筑高度7.88m，拱度1/8，为使桥型轻巧，减少主拱川宽度，采用了使拱上侧悬臂增加正面线条，同时拱上16.41m长度内不设拱上立柱，而设置纵向预应力钢筋的方案，但又为避免在空心板中施加的预应力对主拱川产生附加应力，故将空习板与主拱圈接头处断开，使空心板部份成为简单的简支梁式结构。由于减少了拱上立柱，使人视野更加开阔，从而更利于行车安全。但此种桥型与其他桥型相比，造价较高且施工工艺要求略高，故全线仅设一座。
4. 普通钢筋砼板拱带拱上空心板坡拱桥
此桥属第三种桥型的改进，为结合路侧地形，避免接线填方，特将两侧拱上建筑设计呈坡形，跨中建筑高度为7.53m，而主桥台部份可减小至5.67m，从而减少了第三种桥型拱上预应力，简化了施工，降低了造价，也使拱上空腹部份空心板长度减至11.135m，且桥型同样轻巧，更能突出与地形的充分结合，造价也较第三种桥型节省约29%，故本路段此桥型共设置8 座，属采用较多的一种。
5. 普通钢筋混凝土T型刚构桥
本桥型上部全长48m，跨中设置薄壁中墩，为节省造价，主梁为空心变截面。建筑高度为各桥型最低(路面至桥面为7.07m)，适合较少切方地段。墩台圬工体积小，因之造价较低，但空心梁的内部模板难以回收利用。此桥型外观轻盈，是一种较理想的桥型，所以本路上使用也较多(共5 座)，其造价与第一种桥型相当。
6. 预应力钢筋砼三跨连续梁桥
三跨预应力钢筋砼梁桥在路线共设置了二座，主梁呈箱型断面，梁高1.48m，桥面宽7.00m，设计荷截H-10，桥面距上跨路面高差6.7m，桥总长58.00m，中间跨320m，由于两端接线较低，采用此种桥型为宜。中墩直径1.20m，均位于所跨主线边沟外测。为避免跨中产生较大弯矩，则边跨较长。此桥箱梁断面较高，显得笨重，但箱内约有1.20m 高空间，故施工较容易，模板可重复使用。
7. 预应力钢筋砼两跨连续梁
本桥用于互通匝道上，桥总宽19m，桥台不分离，桥墩及上部分离，分别宽7.75m、11.25m，上部构造梁长2×28.10m，中墩采用薄壁钢筋混凝土中墩。为便于桥下路面施工摊铺机行走，墩厚仅0.70m。桥面至所跨路面高差7.07m，梁取用了较低的断面，从而减少了匝道的土方量，降低了造价。桥型布置合理，总体美观协调。
8. 普通钢筋混凝土三跨连续梁桥
此桥地处互通立交中，上跨主线及匝道，桥长27.0+24.0+27.0=78.0m，宽3.0m桥跨的布置一方面考虑中国古建筑特色中的均衡对称，一方面又考虑了对所跨主行车道及不对称的加减行车道无影响，进行了多个不同方案比较，最终选取中跨跨小而两边跨对称加大的方案，从效果看是合适的。此桥的第二个特点是断面型式的取用：基于本桥较窄(全宽3.0m)，如采用箱型截面施工难度大，故采用T 型截面，同时采用变高，使全桥立面线条较多，显得活泼、轻盈、虽然其中一个边跨有加长，但此桥正处互通始端，使视野更为辽阔，整个互通尽收眼底。此种桥型全线有两座，另一座系设在进入收费站之后的匝道上，跨径略小，中跨大，两个边跨主要跨切方边坡，并起平衡作用。
9. 中承式钢筋混凝土肋拱桥
本桥地处长沙市郊，长益路与老路相交主线下穿，为保证桥下净空，减少接线土方量，桥面至主线路面高差仅6.40m，故采用中承拱结构。本桥桥长50.0m，桥面宽12.0m，两条肋对称设置，肋宽0.80m，截面呈I型，系杆间距4.0m，采用精制螺纹钢外套不锈钢套管，柔性板式装配桥面。此桥外型美观、线条突出，主体完工后又进行了适当的涂料装饰，远观如一道绚丽的彩虹悬于天际，使人心旷神怡，倍感轻松愉快，更显示了将要进入都市之繁华景象，为进入长沙市的第一景。
