结合实例论城市立交桥设计

韩 颖 彭 林

（1、东莞市城建规划设计院，广东 东莞523110；2、东莞生态园管委会规划建设科，广东 东莞523668）

城市立交桥已成为现代化城市的重要标志。为保证交通互不干扰，而在道路、铁路交叉处建造的桥梁。广泛应用于高速公路和城市道路中的交通繁忙地段。从此，城市交通开始从平地走向立体。

1 主要技术参数与水文地质条件

某立交桥位于市区，为五线三层互通式立交桥。底层为地面道路，二层为中环线直行车道。

1.1 主要技术参数

设计荷载：汽车-20级，挂车-100验算；地震烈度：按7度地震基本烈度设防；设计车速：V主桥=100km/h，V匝道=50km/h；平面线：R匝道≥65m；桥梁横断面宽度：两条车道匝道桥梁总宽度10.5m；匝道交汇段三车道匝道总宽度14.0m；立交渐变段桥梁总宽度为14.0~30.5m；桥梁最大纵坡<5%，最大横坡<6%；排水标准：重现期：1a；集水时间：10min，径流系数：1.0；延缓系数：2.0。

1.2 水文地质条件

根据桥址处40个钻孔(18个取土孔，22个静力触探孔)资料，地质结构按其成因共分七层，除第一层为人工填土外，其余六层多为粉土或粉质粘土，其中第五层为细砂至中砂，厚15.2~17.9m。

根据各土层剪切波速的实测值，平均值为228m/s，判定场地土为Ⅲ类土。

地下水一般为SO4-Na或Cl-Na型水，对砼有一定的侵蚀性。

2 城市立交桥设计规划与设计原则

在立交桥的设计规划中应重点考虑出入交通量、交通组成、设计车速、城市景观、用地范已建工程、拆迁可能性、将来的远景发展等相关因素。本文立交桥设计重点考虑了以下因素：(1)立交范围内地面道路应相互连通，构成网络，疏解沿线地方单位进出交通，组织公共交通；(2)应向空间发展，以节约用地，减少拆迁；(3)满足交叉口交通功能需要，与立交等级、性质、任务和交通量相适应;立交主要道路与次要道主要交通流向与次要交通流向相结合；(4)立交造型美观，与立交所处的地形、地物及环境相适应。

3 桥梁上部结构设计

3.1 结构选型

设计立交桥具有交通量大，无断交条件，曲线桥和异型段桥约占全桥面积70%以上等特点，并要求工期短。经过多次优化比选，主跨25m以上的曲线桥和异型段桥采用现浇预应力砼连续箱梁；主跨在25m以下(含25m)的曲线桥和异型段桥，采用现浇普通钢筋砼连续箱梁；直线段桥则采用预制预应力砼大空心简支板梁，然后设以桥面连接板。

3.2 结构计算

箱梁内力按平面杆系有限元程序计算，并采用三维有限元分析程序作验算。通过计算与合理的选择优化使得配置的预应力束与受力特征更趋合理，并减少钢绞线40%以上。

预应力砼构件，基本上按全预应力构件考虑。部分截面按A类受弯构件考虑，恒载时不允许出现拉应力，营运阶段的最大拉应力控制在砼的极限拉应力以内。预应力束与孔道壁的阻系数(u)用0.20，束位置偏差系数(K)用0.002。

在计算过程中，考虑了支座对箱体的约束效应，内支点负弯矩时，采用0.95的折减系数。

3.2.1 钢筋混凝土箱形连续梁

该类箱梁包括曲线梁及异形梁，梁体分别采用单箱单室、单箱双室及单箱三室截面。跨度18~30m，梁高1.2~1.6m，一般取4孔为一联。最小平面半径R＝45m。箱梁顶、底板纵向布置Φ25及Φ32钢筋。

异形梁采用单箱多室处理，外观整洁。对于分离式基础则在顶板上设构造缝以减小横向刚度。防止因基础下沉不均匀引起的箱梁横向相对变位而造成的内力过大、混凝土开裂等不利现象。箱梁结构均采用2m的悬臂翼缘。箱梁的结构分析采用PKPM连续梁计算程序。按施工、运营阶段进行内力及抗裂性能计算并配置普通钢筋；考虑到桥墩台不均匀下沉对梁体产生的不利影响，荷载组合取偏安全的组合，且按相邻墩台相对位移2cm计算。箱梁横向计算时需采用框架结构分析计算方法。

3.2.2 预应力混凝土槽梁及空心板梁

槽形梁及板梁跨度为18~30m，简支梁结构。主筋采用冷拉双控Ⅳ级粗钢筋，标准强度为750Mpa，工厂预制，现场架设施工。简支梁结构具有架设速度快且预制质量好等优点，但在匝道平面曲线复杂的情况下并采用斜梁时，相应墩台坐标计算复杂。在架设时应采用变化铰接缝宽度的方法以形成平面变宽度的匝道线形。

3.3 结构措施

根据计算知，在荷载作用下，小半径曲线桥的扭矩比直线桥的扭矩要大，且内外弧支点反力相差也大。为了使内力分布规律更加合理，我们对A匝道桥采取了以下措施：

(1)箍筋间距加密至l0cm；(2)将中墩单支点向外弧侧预调8~11cm的偏心距；(3)每联端支点采用强劲的抗扭双支座，且将其间距加大到3.6m，并将端横隔梁加长到与桥同宽。

4 桥梁下部结构设计

4.1 盖梁

预应力砼大空心板，采用倒T形盖梁，跨径10.0~12.8m，悬跨比0.34~0.37，部分为独柱悬臂长8.1m，盖梁高2.31~2.61m，宽2.5~2.6m，牛腿最小高度l.lm。对于相邻孔主梁跨径不等的盖梁，用支座偏位法来抵衡不平衡弯矩。为了适应弯桥空心板的布置需要。盖梁宽度采用大小头的扇形状。除长度大于17.5m的独柱双悬臂盖梁采用预应力硷结构外，其余均用普通钢筋硅结构。主筋：预应力混凝土结构用Φ15.24mm高强度低松弛钢绞线，普通钢筋混凝土用Ⅱ级钢。盖梁混凝土：预应力混凝土C50，普通钢筋混凝土C30。

4.2 墩柱

设计桥最高柱身为14.923m，一般柱高为3~11m。柱身采用倒棱的矩形截面。其尺寸：柱高大于11m(含11m)用140×200cm；柱高小于11m采用110×150cm，角棱15×15cm。柱子主筋采用Ⅱ级钢，配筋率控制在1%以内，柱身混凝土采用C30普通混凝土。

4.3 桩基础

基础采用40×40cm的钢筋混凝土打入桩，钢板焊接接头。桩中心最小横向间距1.0，最小纵向间距1.2m。钢筋混凝土承台厚1.5m，根据具体需要在顶、底部铺设受力钢筋网。简支梁结构桩长24m，连续梁考虑不均匀沉降的不利影响，采用桩长30m。

为了确保地下各种管道的安全，根据地形条件还采用了直径0.7~1.5m的钻孔桩，桩长最大40m。上述桩底均已进入了暗绿色粉质粘土持力层或草黄色粉质粘土。在墩台计算中，一联上部结构的活载水平制动力及温度力按墩身刚度分配到各墩台，刚度系数考虑橡胶支座剪切变形的影响；墩台还进行了七度地震力的检算。

5 桥面结构

桥面铺装层设8cm厚的C30混凝土垫层(预应力连续梁设C30防水混凝土垫层)，并设Φ8钢筋网，间距15cm。垫层之上在负弯矩处涂以防水涂料，上铺设5cm厚沥青混凝土，桥面采用橡胶板式伸缩缝。全桥采用矩形、圆形板式橡胶支座及四氟板式橡胶支座。机动车道两侧均设钢筋混凝土墙上加连续润管的复合式防撞墙，非机动车道桥面两侧设人行栏杆。

6 结语

城市大型跨线桥立交工程应首先做好总体规划设计工作，在前期工作阶段就应认真做好方案的比选，这对工程的顺利实施和缓和对周边环境的影响起到至关重要的作用。在做好方案比选后，就应按照桥梁上部结构、下部结构、桥面结构的设计顺序进行整体桥梁的设计。

[1]GB50220-1995，城市道路交通规划设计规范[S].

[2]CJJ11-1993，城市桥梁设计准则[S].