[科普中國]-跨線橋

跨線橋設(shè)計概述

高等級公路跨線橋設(shè)計是高等級公路設(shè)計中的重要組成部分,一個技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟節(jié)約、功能齊全、布局合理、橋型優(yōu)美、景觀協(xié)調(diào)的跨線橋在高等級公路中起著畫龍點睛的作用。 筆者集多年高等級公路跨線橋設(shè)計的體會,并結(jié)合西三封閉工程跨線橋的設(shè)計,提出個人的認(rèn)識,請同行們指正。

1 跨線橋梁式體系的合理橋型1. 1 簡支板橋

簡支板在跨線橋中應(yīng)用最廣,為靜定結(jié)構(gòu),相鄰各孔單獨受力。其主要特點是構(gòu)造簡單、施工方便, 建筑高度較小。為減輕自重,一般用空心板,既可以有整體式結(jié)構(gòu),也可以有裝配式結(jié)構(gòu)。當(dāng)為整體式結(jié)構(gòu)時,芯模可用紙筒等一次性模扳。無論是整體式板或裝配式板,宜做成帶翼緣且橋面連續(xù)。板厚與跨徑之比一般為1 /15～1 /25(西三封閉工程為1 /23)。

1. 2 連續(xù)板(梁)橋

連續(xù)板(梁)橋不但具有良好的行車條件,同時利用支座上的卸載彎矩來減少跨中彎矩,使橋跨內(nèi)力分配更趨合理,板(梁)的高度更低,連續(xù)板(梁)橋既可采用鋼筋混凝士,也可采用預(yù)應(yīng)力混凝土。整體式連續(xù)板可作成變截面,其支點截面厚度約為跨中截面厚度的1. 2～1. 5倍,跨中截面高度可達(dá)到距徑的1 /20～1 /35。裝配式板的構(gòu)造與整體式板相似,只是根據(jù)起吊能力在橫向?qū)鍎澐譃榘鍡l, 在縱向也分成若干段,預(yù)制時預(yù)留接頭鋼筋,安裝就位后聯(lián)接接頭鋼筋。連續(xù)梁橫截面形式可做成矮T 形截面、矮工字形組合截面和箱形截面。 等截面連續(xù)梁的梁高約為跨徑的1 /16～1 /26,西三封閉工程跨線橋為1 /26。變截面連續(xù)梁的邊中孔之比可為( 0. 3～0. 8)∶1. 0, 跨中梁高與跨徑之比約為1 /25～1 /35,梁底一般采用曲線。

1. 3 剛架體系

由于橋跨結(jié)構(gòu)和墩臺剛性連接,將在主梁端部產(chǎn)生負(fù)彎矩,并傳給墩臺,因而跨中截面高度比簡支板(梁)、連續(xù)梁更小,因此外形尺寸小、纖細(xì)、橋下凈空大,視野開闊,很適宜于跨線橋。適合于跨線橋的剛架體系有帶懸臂的門式直腿剛架(多用于開闊地區(qū)的人行橋)、斜腿剛架(多用于挖方路段) ,連續(xù)剛架等。主梁截面同前述,可做成板、矮T 梁、矮組合梁、箱梁等。主梁在縱向可做成等截面,等高變寬和變高度3種。變高度主梁的底緣形狀可以是曲線型、折線型、曲線加直線等。帶懸臂的門式剛架橋,跨中厚度與跨徑之比一般可取1 /20～1 /35,支點厚度為跨中的1～2倍,懸臂長為中孔跨徑的0. 2～0. 5倍;斜腿剛架橋的邊跨通常為中跨的0. 5倍左右。三跨或多跨連續(xù)剛架橋,邊孔一般為中孔的0. 5～0. 7倍左右, 跨中梁高為跨徑的1 /30～1 /40; 采用變截面時,支點梁高為跨中的1. 2～2. 5倍?？缇€橋的墩、臺位置和形狀要盡量多透空,保證行車有較好的通視條件,并與上部構(gòu)造相配套。橋墩多用柱式墩、Y 形墩、剛架墩和無蓋梁的梯形墩等。橋臺多用無臺前溜坡的U 型臺、組合式橋臺、墻式臺、錨桿式橋臺等。

2 西三封閉工程跨線橋設(shè)計特點西安至三原一級公路是中國修建較早的高等級公路之一。它是省會西安通往革命圣地延安、人文始祖黃帝陵的通道,是省門第一路。因此跨線橋的設(shè)計在考慮適用、經(jīng)濟、安全的前提下,盡可能根據(jù)美學(xué)要求,選用輕巧、合理、協(xié)調(diào)的外形尺寸,使跨線橋具有優(yōu)美的外形,并與周圍的環(huán)境相協(xié)調(diào),這在陜西省乃至全國都是較為突出的。

(1)渭河以南跨線橋根據(jù)西三公路無中央分隔帶的特點 ,上部結(jié)構(gòu)全部采用剛架體系。互通式立交上部結(jié)構(gòu)采用中跨 32 m,邊跨 22m 的三跨鋼筋混凝土變截面連續(xù)剛架形式。 中跨中間部分和邊跨靠橋臺部分用空心板; T 構(gòu)根部采用空心梁 ,跨中板高為跨徑的 1 /32,支點梁高為跨中梁高的 1. 8倍。下部選用雙柱墩、肋板式橋臺。分離式立交、農(nóng)耕橋上部結(jié)構(gòu)采用中跨 26 m、邊跨 14 m的三跨變截面鋼筋混凝土連續(xù)剛架。 中跨中間部分和邊跨靠橋臺部分選用空心板。 跨中板高為跨徑的1 /33; T構(gòu)根部空心梁為跨中高度的 1. 75倍。 橋墩選用直徑 1. 2 m 的圓形獨柱墩 ,橋臺為板式錨桿橋臺或錨桿組合式橋臺。渭河南互通立交、分離式立交、農(nóng)耕橋采用的曲線梁、獨柱墩、豎曲線和纖小的尺寸構(gòu)成了跨線橋的外形美。

渭河以南人行橋選用跨徑 26 m帶懸臂的門式剛架,橫斷面為箱形等截面,梁高為跨徑的1 /32。懸部分既滿足了搭設(shè)橋梯的需要,橋梯又通過懸臂對結(jié)構(gòu)起到了減載的作用,降低了梁高和結(jié)構(gòu) 的方案。的配筋量。

2)渭河以北跨線橋根據(jù)西三公路有中央分隔以設(shè)墩的特點進(jìn)行設(shè)計。 互通式和分離式立交上部結(jié)構(gòu)分別采用 4孔 16 m和 4孔 14 m 鋼筋混凝土空心板和預(yù)應(yīng)力混凝土空心板 ,下部采用雙柱墩 ,組合式橋臺和板式橋臺。 農(nóng)耕橋選用 13. 5+ 2× 14+ 13. 5 m 的四跨先簡支后連續(xù)鋼筋混凝土連續(xù)剛構(gòu) ,主梁采用空心寬腹矮 T 型斷面 ,全斷面只有兩片主梁; 橋墩采用雙柱式 ,柱徑只有 65梁 ,預(yù)制主梁直接擱置于柱頂上 ,每根柱承受一片主梁 ,通過現(xiàn)澆梁端混凝土接頭使主梁連續(xù)化 ,并將墩梁連成整體。 輕巧、纖細(xì)的上、下部結(jié)構(gòu)尺寸和橋上設(shè)置的豎曲線構(gòu)成了橋梁的外表美。 渭河以北人行橋選用兩跨 13 m 帶懸臂的簡支變連續(xù)的連續(xù)梁 ,橫向為帶翼緣的空心板 ,具有優(yōu)美的外形。

( 3)西三封閉工程跨線橋充分考慮了既要施工 ,又要保證車輛通行的特點進(jìn)行設(shè)計 ,其設(shè)計特點為:渭河南農(nóng)耕橋、人行橋、分離式立交、互通式立交中間部分梁采用預(yù)制吊裝 ,臨時墩支撐 ,兩側(cè) T構(gòu)墩位利用西三公路硬路肩搭設(shè)少量支架現(xiàn)澆的方案。人行橋為了盡可能加大預(yù)制段長度 ,減少現(xiàn)澆段長度 ,又能使吊裝就位 ,采用預(yù)制吊裝槽形梁 ,吊裝就位后再變成箱形梁的方案。1

跨線橋轉(zhuǎn)體施工1 工程概況昆山市陸家至正儀一級公路(G312 改線段)在正儀鎮(zhèn)南上跨滬寧高速公路。橋位與高速公路斜交5°?？缏分鳂蛏喜拷Y(jié)構(gòu)為(40 +70 +40)m 的三跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁,單箱三室變高箱形斷面, 頂面全寬 25 .5m ,底板寬 18 .3 m 。橋梁下部為鉆孔灌注樁基礎(chǔ),主墩承臺分上下兩層 ,墩身為三柱式 。滬寧高速公路是蘇南地區(qū)東西向交通主骨架 ,特別是上海至無錫段交通繁忙 , 日交通流量超過50 000輛。為減少橋梁施工對高速公路交通的影響,主橋采用平面轉(zhuǎn)體施工工藝 。即在高速公路兩側(cè),與高速公路平行搭設(shè)支架 ,分段現(xiàn)澆箱梁 ,形成兩個“T” ,然后轉(zhuǎn)體 85°。在完成邊跨現(xiàn)澆段及體系轉(zhuǎn)換后 ,掛?，F(xiàn)澆中合龍段 ,完成橋梁跨路施工 。轉(zhuǎn)體部分懸臂長 33 .5 m ,中合龍段長 3 m , 每個“T”的轉(zhuǎn)體重量為 5 400 t 。

2 主要施工工藝流程(1)主墩 、邊墩鉆孔灌注樁施工;

(2)承臺及轉(zhuǎn)體體系結(jié)構(gòu)施工 ;

(3)墩身、邊墩蓋梁施工;

(4)箱梁現(xiàn)澆施工;

(5)轉(zhuǎn)體;

(6)合龍段施工 。

3 轉(zhuǎn)體體系構(gòu)造與施工本橋轉(zhuǎn)體體系設(shè)計為中心支承與環(huán)道支承相結(jié),以中心支承為主的平轉(zhuǎn)體系 。中心支承采用混凝土球缺面鉸, 承受轉(zhuǎn)動體系主要重量 ,四周的環(huán)道控制轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定。頂推工具為普通千斤頂, 頂推反力座設(shè)在下承臺上。

3 .1 磨心施工

位于下承臺上的混凝土球缺面鉸形象稱之為磨心,本橋磨心直徑為 2 .5m ,曲面半徑為793 .8cm , 球面矢高為 10 cm 。球面的制作精度是轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵。磨心與下承臺是一次澆筑完成的 。澆筑前 ,按照磨心的半徑和邊高度, 用鋼板制作環(huán)形側(cè)模 。鋼模頂面各個點的高差不大于±2 mm 。將鋼模定位在承臺鋼筋上 , 同時準(zhǔn)確預(yù)埋軸心鋼柱 ?；炷翝矟M后, 用按照磨心球面曲線制作的母線器反復(fù)沿軸心旋轉(zhuǎn), 使球面成型, 然后人工收光養(yǎng)生。磨心混凝土達(dá)到一定的強度后,在球面作等高線 ,等高線的間距為10 cm , 并在等高線畫點,點的間隔也為10 cm 。用精密水準(zhǔn)儀反復(fù)測量等高線上各點的標(biāo)高, 同一等高線上的各點的標(biāo)高若不相等 ,人工用砂輪機打磨高的點, 以達(dá)到各點的高差不超過 0 .5mm 。

3 .2 磨蓋施工

磨蓋是上承臺與磨心接觸的部分。為了減少起吊重量 ,方便施工,磨蓋的尺寸定為3 m ×3 m ×1 m , 其重量為22 .5 t 。磨蓋以磨心為底模進(jìn)行澆筑 。磨心完成后,在其頂面涂 1 層黃油作為隔離層 ,安裝鋼筋,澆筑混凝土。混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度 80 % 后 ,用葫蘆吊起。用洗滌劑將磨心和磨蓋的接觸面清洗干凈,放下磨蓋,進(jìn)行磨合。

3 .3 磨心、磨蓋的磨合

磨心和磨蓋采用 C60 混凝土 ,其軸心抗壓強度為 32 .5MPa 。以全部轉(zhuǎn)體重量由磨心支承計算 ,磨心的平均應(yīng)力 σ=N/ A =11 MPa 。由于材料的塑性及徐變影響,磨心應(yīng)力只有在加載的初期分布不均勻,1 周后 ,趨于平均應(yīng)力。磨心和磨蓋雖經(jīng)磨合但不可能完全密合 ,實際施工中接觸面一般控制達(dá)到 70 %為度(此時平均應(yīng)力為15 .7MPa