津汉高速联络线工程桥梁关键技术问题研究

李连强　冯克岩　项敬辉（天津市市政工程设计研究院滨海分院，天津　300457）



津汉高速联络线工程桥梁关键技术问题研究

李连强冯克岩项敬辉
（天津市市政工程设计研究院滨海分院，天津300457）

摘要：以津汉高速联络线工程为例，介绍了桥梁结构形式的选择及设计方式，从辅道节点处理、强震区抗震设计、强腐蚀区耐久性设计等方面，分析了该工程施工中应注意的技术问题，并提出了相应的处理措施，为今后路网工程的建设施工积累了经验。

关键词：桥梁结构，抗震设计，耐久性，联络线

1　项目概况

为解决现状海滨高速过境交通、集疏港交通和区域交通相互干扰，天津滨海新区实施了津汉高速与海滨高速联络线工程，将过境交通从海滨高速分流至新建疏解线，减小了集疏港交通的压力。工程已于2015年3月开工，预计2016年6月竣工。

工程北起津汉高速汉沽收费站以西约1.1 km处，跨越津汉地面辅道，上跨汉蔡路后，沿汉蔡路向南，占用汉蔡路与中心渔港间中心渔港范围内的绿化带，采用全线高架桥穿越中心渔港范围，终点接海滨高速，全线采用高架桥形式，桥梁长度4.858 km。工程起点、终点设置汉蔡路互通立交、海滨高速立交，中间设置主线高架桥，桥梁面积约11.3万m2。

工程沿线构筑物众多，跨越多条高速公路、城市主干道，地上存在多条高压线，地下埋深多条燃气、输水管线，同时穿越强震区、盐池。工期紧、任务重，设计及施工存在众多难点，需予以重视。

2　桥梁结构设计

桥型选择及桥孔布置综合考虑路线接线、桥台位置、道路跨越要求、施工条件等因素确定。对于平面位于直线、跨径小于40 m的上部结构，采用预制简支变连续小箱梁。对于平面位于曲线、跨径小于50 m的上部结构，采用等截面现浇预应力混凝土连续梁。对于跨径大于50 m的上部结构，采用变截面现浇预应力混凝土连续梁。

根据上部结构的不同，采用不同的下部结构形式。上部为预制小箱梁，下部采用双柱接明盖梁。上部为现浇箱梁，下部采用花瓶墩，横向支点间距4.0 m～4.5 m，半圆与矩形相结合截面，见图1，图2。

图1　小箱梁断面图（单位：cm）

图2　现浇梁断面图（单位：cm）

3　关键技术问题研究

3.1跨越津汉高速辅道节点的处理

联络线在上跨津汉地面辅道处，主线线位与地面辅道线位夹角22°。由于工程土地已经征用，且地面辅道南侧存在一条现状高压线，线位已无调整可能。通过调整桥梁跨径及结构形式，提出两种方案：1）一跨跨越地面辅道，跨径90 m～120 m；2）通过暗盖梁横向加宽，在中央分隔带设置门架，跨径布置30 m～48 m。

方案一通过加大跨径形式跨越，行车视野开阔，但梁高大，桥长增加，桥梁规模较大。方案二通过加宽暗横梁，在中央分隔带内设置墩柱，减小了跨径，梁高小，桥梁规模较小，但桥梁结构复杂，门架跨度12 m～17 m之间，需配置预应力。

通过比较，在满足行车视距的前提下，选取方案二设置暗盖梁门架方案，见图3。

图3　门架布置平面图（单位：m）

以右幅桥（40 +48 +37.062 4）m预应力混凝土箱梁，门架跨径17.4 m为例，全联采用梁格法进行空间建模，箱梁及门架按照部分预应力A类构件进行计算。通过验算，门架配置2排9Φs15.2 和1排12Φs15.2共22束预应力钢束，满足规范要求，见图4，图5。

图4　门架断面图（单位：cm）

图5　门架预应力钢束立面图（单位：cm）

3.2强震区桥梁抗震设计

工程全线位于天津汉沽境内，沿线宁河、清河农场—汉沽一带地震活动剧烈，以往都有大量的小及中强震发生，属于唐山地震活动块体。场地土类型为软弱土，场地类别为Ⅳ类，地质条件差，桥梁抗震设计显得尤为重要，见图6，图7。

图6　落梁

图7　墩身破坏

桥梁按照两水准设防，两阶段设计。在E1地震作用下，进行弹性设计。在E2地震作用下，根据结构形式的不同，进行延性设计，或者减隔震设计。同时采取相应的抗震措施。

跨径30 m小箱梁结构，采用水平力分散型橡胶支座。E1水准采用弹性设计，根据计算确定基础形式、桩长。E2水准采用延性设计，墩柱作为延性构件。通过截面弯曲—曲率（M—φ）分析，求解屈服弯矩，分析墩柱是否进入塑性。如果进入塑性，考虑塑性铰，验算墩顶位移、塑性铰抗剪，见图8。

图8　截面弯曲—曲率（M—φ）分析

跨径小于40 m的现浇箱梁，采用铅芯橡胶支座。E1水准采用弹性设计，将铅芯橡胶支座的弹性刚度输入，根据计算确定基础形式、桩长。E2水准采用减震设计，将铅芯橡胶支座的屈服刚度输入，验算基础及位移，见图9。跨径大于40 m的现浇箱梁，采用速度锁定型变曲率摩擦摆式支座。E1水准采用弹性设计，各墩联合抗推，共同抗震（速度器锁定），根据计算确定基础形式、桩长。E2水准作用下各墩位支座共同摆动工作，联合减震（支座抗震销剪断），验算基础及位移，见图10。

图9　铅芯橡胶支座

图10　速度锁定型变曲率摩擦摆式支座

桥梁的主要抗震措施：1）桥梁结构宜跨度相同，每联连续跨内下部墩身刚度相近。2）通过调节每联内墩柱的截面尺寸，潜在塑性铰区域内箍筋的布置、配箍率，纵向钢筋的配筋率，进而调节墩身刚度，提高墩柱的延性能力。3）适当的加宽墩台及盖梁顶宽度，防止落梁。盖梁加强横向两侧抗震挡设计，花瓶柱设置抗震槽钢，伸缩缝、桥台设置橡胶垫。4）每片预制梁顶面增设预埋钢筋，在保证桥面混凝土铺装与主梁结合良好的同时，加强各片梁之间的横向连接。5）保证板式支座的抗滑稳定性，选用水平力分散型橡胶支座。6）伸缩缝设置，宜考虑地震作用下梁的相向运动，对于桥台位置，墩柱刚度、上部结构型式变化的位置，宜适当加大伸缩缝的尺寸。

3.3强腐蚀地区桥梁耐久性设计

本工程穿越汉沽盐场，盐池表层水土中的含盐量很多，都达到饱和或过饱和，超出海水含盐量的10倍以上，在此类环境下进行桥梁建设，耐久性设计显得尤为重要，见图11，图12。

图11　盐池现场图

图12　海水腐蚀图

桥梁耐久性设计要点如下：

1）桥梁桩基、桥台（承台）及系梁、防撞护栏的混凝土强度等级统一提高到C35，墩柱提高到C40，并适当加大主筋净保护层厚度。2）处于盐池的墩柱外侧设置一层厚20 cm同标号混凝土保护层（柱靴）。3）桩基外侧设置永久性钢护桶，壁厚10 mm，长4 m，涂刷防腐涂料，见表1。4）承台、墩柱、桥台混凝土抗冻等级采用F300。5）位于土中的承台、系梁、墩柱涂刷防腐涂料，墩柱涂刷至高于地面50 cm处。桥台承台施工前，应在下垫层顶面涂刷防腐涂料，承台施工完成后，在承台外壁及顶面涂刷防腐涂料；桥台各部位表面均需涂刷防腐涂料，见表2。6）混凝土严格执行规范中关于混凝土保护层厚度的规定，控制水泥中氯离子含量、最大水胶比和胶凝材料用量，应对混凝土用骨料进行碱活性实验。7）构件的防排水设计。桥面铺装层与桥面之间，按照相关规范要求，设置可靠的防水层，并按照排水设计要求设置桥梁泄水孔，泄水管不得以钢质或铸铁替代PVC管，不得随意减短泄水管长度。8）需要进行的定期维修与检测项目。对于有水位变动区域或潮湿区域的混凝土结构，应观察混凝土表面涂层有无表层起皮，并发展到剥落、集料裸露的状况发生。

表1　钢护筒表面涂层最小平均厚度

表2　混凝土表面涂层最小平均厚度

由于结构的个别部位的使用年限不一定能达到与主体的设计基准期相同，如桥梁支座、伸缩缝、泄水孔、桥面铺装、混凝土表面涂层等，应对这些部位进行定期检查，如遇损坏应及时维修。

对于复合曲率摩擦摆支座，按照厂家提供的产品使用要求进行维护。根据不同场合，在突发事件等情况下还应做如下维护管理：安装1年后做初期检查，然后每3年～5年定期检查一次，发生强烈地震等情况应及时检查。

4　结语

在设计阶段，结合该工程的特点，较为系统地提出包括结构选型、抗震设计、防腐设计等一系列标准，并成功应用于项目之中。工程目前主体部分已经施工完毕，施工质量良好，为以后建设的路网工程提供了宝贵的设计经验。

参考文献：

［1］顾赛辉.天津滨海新区西外环盐池段桥梁耐久性设计［J］.中国市政工程，2013（2）：20-27.

Research on bridge key technology problems of Jin-Han high-speed connecting line engineering

Li Lianqiang Feng Keyan Xiang Jinghui
（Tianjin Municipal Engineering Design Institute Binhai Branch，Tianjin 300457，China）

Abstract：Taking the Jin-Han high-speed connecting line engineering as an example，this paper introduced the selection and design ways of bridge structure form，from the auxiliary road joints treatment，strong earthquake seismic design，strong corrosion area durability design and other aspects，analyzed the technical problems that should be paid attention to in the engineering design，and put forward the corresponding measures，accumulated experience for future road network engineering construction.

Key words：bridge structure，seismic design，durability，connecting line

中图分类号：U443

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0158-03

收稿日期：2015-12-10

作者简介：李连强（1980-），男，高级工程师