涪陵江东滨江路西桥头立交A匝道桥方案设计
来源:用户上传
作者:杨洋
【摘 要】随着城市建设的快速发展，城市道路建设中涌现出越来越多的立交工程。这些立交工程的建设条件极为复杂，路线设计、地形地物、周边既有建筑等都会对立交桥设计方案产生很大的限制。桥梁工程师针对各个限制控制因素，有针对定性地提出多个可行的解决方案，并做综合比选，最终选出最合理的桥梁总体方案。
【关键词】建设条件;地形地物;既有建筑;桥梁总体方案
【中图分类号】U491 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）06-0130-03
随着城市建设的快速发展，既有道路交叉口往往不能满足目前的交通需求，升级改造道路平面交叉口为立交系统刻不容缓。在升级改造设计过程中，因为周边既有的建筑物或者公用设施，项目实施会遇到大量的限制条件。在确定总的桥梁结构形式后，设计单位将针对各个限制因素逐一研究解决，并细化桥梁的总体方案。
通常针对某大桥方案或者某个立交总体方案比选的研究较多，而对立交方案下某些关键桥梁方案设计的研究很少。本文以涪陵江东滨江路西桥头立交工程为例，针对其控制性工程――A匝道桥，分析该匝道桥主要设计限制条件和方案比选设计过程。
1 工程概况
西桥头立交工程包括2条主线和4条匝道，2条主线分别为滨江路及兴华东路，4条匝道分别为A、B、C、D匝道，含4座匝道桥及2处地下通道。兴华东路、滨江路平面设计保持现状平面位置基本不变，仅在局部立交匝道分合流点处有所微调，不影响现状滨江路的桥梁结构。A匝道：小里程侧在下层平交连接滨江路，大里程侧在上层平交连接兴华东路。纵断面最大纵坡为4.5%，标准路段路幅宽度为16.8 m，双向2车道。B匝道：小里程与A匝道桥连接，大里程由地下通道接入兴华东路。起点以3.9%的上坡顺接A匝道，标准路段路幅宽度为7.0 m，单向1车道。C匝道：小里程端连接兴华东路，右转至滨江路去往武隆方向车辆，利用现状匝道改造。D匝道：为解决兴华东路左转上滨江路，实现主城下滨江路去往丰都方向交通转换，设置匝道上跨滨江路。
该立交工程施工方案设计占地面积小，布置紧凑，两条主要道路之间交通联系便捷，无交织段，识别性较好。但是，A匝道包含地通和桥梁且为双层螺旋形匝道，受限条件很多，是整个立交工程设计的关键工点。
2 建设条件
如图1所示，A匝道是一个螺旋形匝道，在下层与滨江路平交，然后左转螺旋爬升，进入第二层高度后，切线上跨滨江路，之后继续左转，并与下层A匝道形成双层路，最后与兴华东路平交连接。
2.1 地形地物
西桥头立交工程位于乌江河谷西岸，乌江段岸坡地形陡峭，地形坡度一般为30°～55°，河谷横断面呈陡峭的“V”形谷，河床呈深槽，岸坡上基岩大多裸露。所以，A匝道桥半径外侧是陡坡，临近乌江。
该地形条件造成以下影响：A匝道在靠山一侧，原地面标高较高，需要做成地下通道，而在乌江侧，原地面标高低且随着匝道纵坡的爬升，高度进一步加大，必须设计成桥梁。
2.2 既有建筑物
A匝道螺旋环绕已建成的观音阁变电站，电站外侧为条石重力式挡墙，挡墙高一般在3～7 m，局部超过10 m。观音阁变电站中有一座35 kV高压铁塔，电缆直接横跨乌江。考虑到现状观音阁变电站对新旧城区供电的重要性，迁建变电站及其附近的高压铁塔将造成整个高压输电走廊的改造，工程费用巨大，故本次西桥头立交匝道布线必须考虑变电站现状控制因素。
既有的滨江路为半路半桥紧邻乌江，其路幅位于A匝道平面位置下方，两者是投影上相切位置关系，如何把A匝道布置于滨江路之上，成为设计中的一个要点。
2.3 限制控制因素梳理
平面控制因素：①观音阁变电站为既有建筑，不可拆迁，新建建筑不可侵入其红线。②乌江在路线的右侧，新建建筑物应尽量与乌江岸坡和航道保持距离，减少其影响。③既有滨江路与A匝道在平面上近似于相切关系，商趼废呤羌小交角跨越关系。④上层A匝道经过平交口上方后，会与下层A匝道形成双层路关系。⑤A匝道桥末端必须考虑下层通道的占位问题，其桥台在通道宽度范围内不得设置桩基础。
高程控制因素：①兴华东路与滨江路高差较大，A匝道部分纵坡坡度为4.5%，设计中应注意高程的爬升。②观音阁变电站有输电线横跨滨江路和乌江，应保证行车道与输电线的竖向净空。③A匝道桥与滨江路存在上跨关系，应保证滨江路行车的净空高度。
由此可见，A匝道是一个两端与其他路线平交，中段含有通道和桥梁的双层螺旋形匝道，限制因素众多，空间关系极为复杂。
3 桥梁方案设计
考虑到梁桥是立交桥的常用桥型，其适应周边干扰因素能力较强，所以采用梁桥作为A匝道桥的基本设计桥型。切线上跨滨江路段，交角过小，墩台基础只能设置在两路线的投影切点位置，较长距离无法布设桥墩基础，造成其跨径较大[1]，因此该段采用钢箱梁的结构形式;通过下层滨江路平交口后，上下层匝道几乎完全重叠，只能把墩台布置在路线横断面之外，采用门式墩设计，合理调整布孔跨径，并采用预应力混凝土现浇箱梁。
3.1 桥梁布跨方案
按照前述思路布跨后，有两种可行的布跨方案。方案一：（2×61）m钢箱梁+（3×34）m预应力混凝土现浇箱梁，桥梁全长230.0 m。方案二：（2×61）m钢箱梁+（23.2+24+24）m预应力混凝土现浇箱梁+（18+18）m预应力混凝土现浇箱梁，桥梁全长236.2 m。
两个方案在钢箱梁段的布跨一致，因为该处的路线控制条件一致，要上跨滨江路，只能在路线平面切点处设置桥墩基础，所以采用相同的（2×61）m的连续钢箱梁。但在预应力混凝土现浇箱梁段的布跨设计中，有两种方案：第一种方案认为该路段是上下层关系，应该适当做大跨径，减少基础的设置，减少对下层路的影响。第二种方案认为该路段的半径仅50 m，如果设置过大的跨径，则桥梁外侧的挠度和弯曲应力均会大于内侧且会在梁内形成明显的弯扭耦合效应[2]，所以认为适当做小跨径更合理。两个方案的综合比较结果见表1。
nlc202210181648
从表1的比较来看，方案二在箱梁的受力、B匝道桥的衔接、墩柱荷载、施工难度方面均有明显的优势，在对下层道路的影响、弯桥抗倾覆性能方面也能满足使用要求，只是在景观效果方面有一些不足。方案一在箱梁的受力、B匝道桥的衔接、墩柱荷载、施工难度方面都有劣势。两个方案在建安费和工期方面没有明显区别，所以选择方案二作为推荐方案更合适，A匝道桥的跨径布置为（2×61）m钢箱梁+（23.2+24+24）m预应力混凝土现浇箱梁+（18+18）m预应力混凝土现浇箱梁。
A匝道路线走出地下通道出口后，设置A0桥台，从既有滨江路上方通过（下设P1墩），再通过A匝道与滨江路平交口上方（下设P2墩），之后与下层A匝道形成双层路面。在P5墩处，右方连接B匝道，P6墩处上跨地下通道入口，并在A7桥台落地，之后接入兴华东路。
3.2 P1墩设计方案
P1墩的设计难点在于左侧观音阁变电站不可侵入其红线;而右侧乌江航道也对设立基础有不利的影响。P1墩下部结构设计有两种方案：方案一采用门式墩，横跨既有滨江路，在乌江的岸坡和变电站挡墙外各设置一个支墩;方案二是直接在滨江路半路半桥边界上设置盖梁独柱墩。
门式墩是最常见的双层路墩柱形式，而盖梁独柱墩在场地受限的情况下，也是较好的选择。以上两种方案均是可以实施的，但为了选取相对更优的方案，对两个方案进行综合比较，结果见表2。
表2 P1墩下部结构方案综合比较
比较项目 方案一：门式墩 方案二：盖梁独柱墩
抗倾覆能力 结构形式稳定，倾覆可能小 加大墩柱尺寸，增加盖梁，倾覆可能小
盖梁受力 盖梁计算跨径超过27 m，盖梁弯矩较大，需要配置大量的预应力束 盖梁悬臂跨径小于7 m，仅需配置少量预应力束
墩柱受力 墩柱与盖梁固结，承受弯矩较大，且两侧墩的高差较大，受力差异很大 盖梁有22 cm的偏心，墩柱有小偏心受压
对下层路影响 影响较小 需设防撞护栏，并调整中分带宽度
施工的难度 盖梁和岸坡基础施工难度大 需要拆除既有挡墙，并新做挡墙
建安费 较高 较低
从表2来看，盖梁独柱墩可以满足抗倾覆的要求，造价低，同时在盖梁、墩柱的受力上也有更好的效果，但需要拆除既有路基的挡墙，完成P1墩施工后，在其内侧恢复路基挡墙，对下层既有路的影响大;而门式墩由于规模过大，受力方面缺点明显且造价高，所以方案二设计更合理，选取盖梁独柱墩为推荐方案。
3.3 双层路段门式墩的设计处理
A匝道通过滨江路路口后，A匝道道路将会形成双层路，墩柱惯常采用门式墩的形式。在实际设计中发现，由于路幅宽度过大，门式墩墩柱中心距离达22 m，盖梁会产生较大的弯矩，盖梁弯矩会传递到两侧的墩身上。两侧墩柱的尺寸仅能做到2 m，而高度超过17 m，其长细比较大，承受较大的墩身弯矩是不利的，且该弯矩会传递到桩基上。
经过研究同类型立交项目的下部结构设计，如果要断开盖梁与墩柱的固结，必须使桥墩盖梁与箱梁横梁作为一个整体设计，所以隐盖梁是一种更合理的设计形式。隐盖梁与两侧墩柱之间设置支座，可以释放墩柱上的弯矩，有利于下部结构和基础的受力。
这种现浇预应力混凝土箱梁的隐盖梁设计，除可以释放墩身弯矩外，还具有以下优点[3]：①降低盖梁和横梁的总高度，提高了桥下净空。②盖梁与横梁一体化设计，材料用量减少，降低了造价。③由于支座横向距离加大，提高了箱梁的总体抗扭刚度。④使用横向预应力，有效增强了上部结构的整体性。这种门式墩与隐盖梁相结合的处理，对双勇贩是一种既经济又实用的设计。
4 结语
本文介绍了涪陵江东滨江路西桥头立交A匝道桥的建设条件和设计限制因素，并从桥梁设计的角度论述了各个限制因素的解决思路和具体设计方法。在该立交工程设计中，对小半径预应力现浇箱梁、盖梁独柱墩、隐盖梁门式墩的设计应用，为其他同类立交桥梁项目的设计提供了新的设计思路，具有一定的借鉴意义。
参 考 文 献
[1]CJJ11―2011，城市桥梁设计规范（2019版）[S].
[2]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2003：10-12.
[3]郝晨琦.现浇连续箱梁中预应力隐形盖梁的受力分析[J]. 城市道桥与防洪，2014（7）：137-138.
nlc202210181648
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15441221.htm
