快速化改造工程高架桥总体设计研究

沙爱敏 王晓东

作者简介：沙爱敏（1981—），副教授，研究方向：道路交通工程与施工。

摘要：文章以某国道仪征段快速化改造工程为例，对其工农北路至万年大道高架桥总体设计方案进行研究，主要从高架桥标准跨径、下部结构和上部结构形式的选型等方面进行分析，对跨工农北路主桥提出了两个设计方案。經综合比选，选择外形美观、工程投资低、工艺成熟、运营期间维护少，各方面综合性能较均衡的预应力混凝土变截面连续箱梁方案。

关键词：改造工程;高架桥;总体设计

中国分类号：U448.28A281045

0 引言

快速路高架桥作为重要的基础设施工程，是路网系统中的重要节点，其设计的合理性直接影响到工程投资规模和施工的难易及服务功能的体现，对于整个快速化改造项目具有至关重要的作用。目前对于快速路高架桥总体设计方案研究较少，鉴于此，本文以某国道仪征段快速化改造工程为例，对其工农北路至万年大道高架桥标准跨径、下部结构和上部结构形式的选型等方面进行研究，以期完善其功能从而促进城市和社会经济的发展。

1 项目概况

某国道仪征段改扩建工程项目起于仪征市与扬州市交界处，向西沿现有该国道扩建，穿越仪征市城区，途经新集镇、新城镇、真州镇、铜山办、青山镇，止于南京六合交界处，线路全长30.295 km，均为老路改扩建工程。设计采用一级公路兼顾城市道路的标准进行改扩建，设计速度为100 km/h。

工农北路至万年大道高架桥跨越的道路为工农北路、大庆北路、西园北路、万年大道，跨越河道为沿山河。工农北路现状为双向四车道城市主干路，道路全宽为37 m;大庆北路规划为双向四车道，道路全宽为35 m;西园北路现状为双向二车道，道路全宽为20 m;万年大道现状为双向六车道，道路全宽为51 m。

该段位于仪征市核心城区，长约1.1 km，道路南侧为成熟的居民区，基本已开发成熟，道路沿线规划为商住用地，南北向沟通道路较多。该区域共有纵向联系道路5条，平均间距仅220 m。考虑尽可能节约工程造价，同时万年大道与浦东路之间距离约为1.2 km，高架存在落地条件，工农北路、大庆北路、西园北路、万年大道之间距离分别为334 m、457 m、329 m，由于被交路距离过近，分开设置单个跨路桥无法落地，而且区域内还有大庆北路、西园北路需要南北向人非沟通，因此，主线在工农北路至万年大道采用长高架，浦东路采用节点短高架，跨线桥之间设置地面主辅断面。本方案在工农北路设置1对上下匝道和1对进出匝道，在浦东路设置两对进出匝道（见图1）。

2 设计原则

该高架桥在选型时根据本地区的自然条件、材料供应和地质条件，以安全、适用、经济、美观和有利环保为原则，结合施工要求和功能需要等因素进行了综合考虑，做到安全可靠、适用耐久、技术先进、经济合理，并尽量做到标准化、装配化和施工机械化。通过在适当位置设置预制场，以便集中预制，在保证工程质量的前提下，加快工程建设进度，降低造价[1-2]。

对于高架桥，桥跨布置在满足道路交通组织要求的前提下，应与道路远期规划相结合。高架桥横向墩柱较少，人行横道宜在保证交叉口通视及行车视距的前提下，为适当减小主桥规模，宜设置在主墩之后[3-4]。

对常规桥型、跨径的经济性进行比较，原则上采用经济跨径，具体还应综合考虑桥位处的自然状况、施工条件、跨径组合的协调性等因素。

3 高架桥总体构思

3.1 高架标准跨径的选择

本设计中根据施工条件、工期、经济性、景观、工程地质情况及类似项目经验等，对25 m、30 m和35 m跨径进行比较。经综合比较，三种跨径的造价相差不大，25 m跨径桥跨的跨越能力较30 m跨径差，下部结构墩柱数量较多，施工工期较长;35 m跨径相对30 m跨径而言，上部结构增加工程量较大，下部减小数量并不明显，综合单价较高;30 m跨径上部结构及下部结构的工程量较均衡，且跨越能力较理想，综合单价适中。最终推荐采用30 m跨径作为本项目高架桥的经济跨径，过渡跨采用25～35 m。

3.2 高架桥标准横断面

高架桥横断面宽26.5 m，具体布置如下：0.5 m（护栏）+0.5 m（路缘带）+3×3.75 m（行车道）+0.75 m（路缘带）+0.5 m（隔离墩）+0.75 m（路缘带）+3×3.75 m（行车道）+0.5 m（路缘带）+0.5 m（护栏）=26.5 m（见图2）。

4 高架桥主体结构

4.1 高架桥基础形式

根据工程地质勘查报告所显示的地质情况，本工程桥梁下部结构宜采用钻孔灌注桩基础，主线高架桥的标准段桥墩基础推荐采用群桩基础。对于高架桥群桩基础在设计过程中进行了比选，标准段拟采用8根1.2 m群桩基础与6根1.5 m群桩基础进行比较。通过验算，两种群桩基础形式的计算桩长基本相同（且桩长适中），但8根1.2 m群桩基础的承台混凝土、桩基混凝土用量明显较低（桩基混凝土低14%）。因此，本项目高架桥墩群桩基础拟采用1.2 m桩基。承台尺寸均为8.4 m（横桥向）×8.2 m（顺桥向），厚2.5 m。桥台采用1.2 m群桩基础，“Z”字形布设。

4.2 下部结构类型

城市高架桥下部结构的选型对桥梁的形体美影响很大，设计时不仅应与上部结构相互协调，还应综合考虑跨径的大小、上部结构的形式、主梁的高度以及桥下净空的高低等因素。

为了消除高架桥桥下视觉压抑感以及适应地面辅道较窄的中分带，高架桥下部结构一般采用紧凑型桥墩。这些紧凑型桥墩形式不仅与上部结构梁式体系相呼应且增大桥下的通透度，而且使整体桥梁外形协调美观。常见的紧凑型桥墩主要有花瓶墩、门式墩、V形墩、Y形墩等（见图3）。

花瓶墩：弧形开花双柱式墩，直立式双柱向上、向外开花，使得墩柱外形刚毅中带有柔和，整体简洁明快，适合与斜腹板箱梁配合使用，桥下视线通透，结构与外形结合得较为完美，景观效果较好，施工难度适中，在快速路项目中较多选择。

门式墩：直线倒角双柱式方墩，棱角分明，适合与直腹板箱梁配合使用，施工简单，但整体效果过于平庸，景观效果欠佳。

V形墩：景观效果较好，且与弧形大悬臂箱梁配合使用。缺点是下部结构为异形墩，略显凌乱，需特殊设计，施工较复杂。

Y形墩：与鱼腹形箱梁配合使用，整体效果简洁、优美。缺点是下部结构为异形墩，需特殊设计，施工较复杂。

根据总体设计方案，26.5 m宽主线高架段地面中分带宽度为9 m，标准段桥墩两墩柱外缘距离采用7.1 m。通过对四种下部墩型进行综合比选，从技术性、经济型和美观性考虑，最终采用顶部扩大的“花瓶”形桥墩，并且为了改善上部结构横向受力，在顶部可以采用圆弧外倾的方式，加大支座横向间距。

4.3 跨工农北路主桥上部结构形式的选择

根据本项目总体方案，在工农北路节点设置三层菱形互通，工农北路下穿平交层处设置一座下穿主线箱形框架结构，主桥需一跨跨越下穿主线箱型框架结构并满足道路展宽及交叉口渠化要求，此处工农北路道路全宽55.5 m。经过交通渠化校核，主桥跨径采用50 m可满足要求。

由于桥位处的建设条件较为复杂，主桥箱梁的施工需待下穿主线箱型框架结构施工完成后方可进行。工农北路为仪征城区一条重要的南北向主干路，车流量大，对节点施工工期及施工期间的保通有较高要求。结合以上条件，初拟两个方案进行比选。

4.3.1 方案一：预应力混凝土变截面连续箱梁

采用（30+50+30）m預应力混凝土变截面连续箱梁，一跨跨越汉金大道。箱梁中支点梁高3 m，跨中及边支点梁高2 m。主桥箱梁采用满堂支架一次落架施工（见图4、图5）。

4.3.2 方案二：连续钢箱梁

采用（30+50+30）m等截面连续钢箱梁，箱梁梁高为2.3 m，一跨跨越汉金大道。钢箱梁采用工厂分段预制，现场拼装施工（见图6）。

4.3.3 综合比选

经综合比选，方案一外形美观，经济性好（节省2 186.2万元），工艺成熟，运营期间维护少，各方面综合性能较好且均衡，因此，推荐方案一（见表1）。

5 结语

随着社会经济的发展，为缓解交通压力，提升经济活力，服务沿线出行，对干线公路进行快速化改造起着至关重要的作用[5-6]。本项目的建设能够促进宁仪扬交通一体化，缩短时空距离，实现宁仪扬同城化发展，同时能够促进沿线各节点融合发展，推进联动发展、集聚发展。本文通过对工农北路至万年大道高架桥总体设计的研究，对跨工农北路主桥提出两个设计方案，经技术、经济等综合比选，主桥结构选择外形美观、工程投资低、工艺成熟、运营期间维护少、各方面综合性能较好均衡的预应力混凝土变截面连续箱梁方案，以期为其他干线公路快速化工程中高架桥总体设计提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]王东阳，李 涛，胡 磊.济南市二环西路南延高架桥总体设计[J].北方交通，2020（3）：29-32.

[2]杨鹏飞，朱根平.合肥市裕溪路高架桥东延工程总体设计[J].工程与建设，2016（6）：756-758.

[3]宋庆华.苏州市北环快速路西延工程高架桥梁总体设计[J].城市道桥与防洪，2015（8）：50-52.

[4]JTG D20-2017，公路路线设计规范[S].

[5]郭逸轩，胡 淼.西安市西太路快速化改造方案设计[J].城市道桥与防洪，2019（3）：37-40.

[6]张 航，刘振涛.干线公路快速化改造立体交叉方案研讨[J].工程与建设，2019，33（6）：904-906.

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