[科普中国]-跨线桥

跨线桥设计概述

高等级公路跨线桥设计是高等级公路设计中的重要组成部分,一个技术先进、经济节约、功能齐全、布局合理、桥型优美、景观协调的跨线桥在高等级公路中起着画龙点睛的作用。 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 跨线桥梁式体系的合理桥型1. 1 简支板桥

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)。

1. 2 连续板(梁)桥

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。

1. 3 刚架体系

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。

2 西三封闭工程跨线桥设计特点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 32 m,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 26 m、边跨 14 m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. 2 m 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 26 m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。悬部分既满足了搭设桥梯的需要,桥梯又通过悬臂对结构起到了减载的作用,降低了梁高和结构 的方案。的配筋量。

2)渭河以北跨线桥根据西三公路有中央分隔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 16 m和 4孔 14 m 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. 5 m 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 65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 13 m 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: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架现浇的方案。人行桥为了尽可能加大预制段长度 ,减少现浇段长度 ,又能使吊装就位 ,采用预制吊装槽形梁 ,吊装就位后再变成箱形梁的方案。1

跨线桥转体施工1 工程概况昆山市陆家至正仪一级公路(G312 改线段)在正仪镇南上跨沪宁高速公路。桥位与高速公路斜交5°。跨路主桥上部结构为(40 +70 +40)m 的三跨预应力连续箱梁,单箱三室变高箱形断面, 顶面全宽 25 .5m ,底板宽 18 .3 m 。桥梁下部为钻孔灌注桩基础,主墩承台分上下两层 ,墩身为三柱式 。沪宁高速公路是苏南地区东西向交通主骨架 ,特别是上海至无锡段交通繁忙 , 日交通流量超过50 000辆。为减少桥梁施工对高速公路交通的影响,主桥采用平面转体施工工艺 。即在高速公路两侧,与高速公路平行搭设支架 ,分段现浇箱梁 ,形成两个“T” ,然后转体 85°。在完成边跨现浇段及体系转换后 ,挂模现浇中合龙段 ,完成桥梁跨路施工 。转体部分悬臂长 33 .5 m ,中合龙段长 3 m , 每个“T”的转体重量为 5 400 t 。

2 主要施工工艺流程(1)主墩 、边墩钻孔灌注桩施工;

(2)承台及转体体系结构施工 ;

(3)墩身、边墩盖梁施工;

(4)箱梁现浇施工;

(5)转体;

(6)合龙段施工 。

3 转体体系构造与施工本桥转体体系设计为中心支承与环道支承相结,以中心支承为主的平转体系 。中心支承采用混凝土球缺面铰, 承受转动体系主要重量 ,四周的环道控制转动的稳定。顶推工具为普通千斤顶, 顶推反力座设在下承台上。

3 .1 磨心施工

位于下承台上的混凝土球缺面铰形象称之为磨心,本桥磨心直径为 2 .5m ,曲面半径为793 .8cm , 球面矢高为 10 cm 。球面的制作精度是转体施工的关键。磨心与下承台是一次浇筑完成的 。浇筑前 ,按照磨心的半径和边高度, 用钢板制作环形侧模 。钢模顶面各个点的高差不大于±2 mm 。将钢模定位在承台钢筋上 , 同时准确预埋轴心钢柱 。混凝土浇满后, 用按照磨心球面曲线制作的母线器反复沿轴心旋转, 使球面成型, 然后人工收光养生。磨心混凝土达到一定的强度后,在球面作等高线 ,等高线的间距为10 cm , 并在等高线画点,点的间隔也为10 cm 。用精密水准仪反复测量等高线上各点的标高, 同一等高线上的各点的标高若不相等 ,人工用砂轮机打磨高的点, 以达到各点的高差不超过 0 .5mm 。

3 .2 磨盖施工

磨盖是上承台与磨心接触的部分。为了减少起吊重量 ,方便施工,磨盖的尺寸定为3 m ×3 m ×1 m , 其重量为22 .5 t 。磨盖以磨心为底模进行浇筑 。磨心完成后,在其顶面涂 1 层黄油作为隔离层 ,安装钢筋,浇筑混凝土。混凝土强度达到设计强度 80 % 后 ,用葫芦吊起。用洗涤剂将磨心和磨盖的接触面清洗干净,放下磨盖,进行磨合。

3 .3 磨心、磨盖的磨合

磨心和磨盖采用 C60 混凝土 ,其轴心抗压强度为 32 .5MPa 。以全部转体重量由磨心支承计算 ,磨心的平均应力 σ=N/ A =11 MPa 。由于材料的塑性及徐变影响,磨心应力只有在加载的初期分布不均匀,1 周后 ,趋于平均应力。磨心和磨盖虽经磨合但不可能完全密合 ,实际施工中接触面一般控制达到 70 %为度(此时平均应力为15 .7MPa