沙贝立交扩建工程F匝道桥方案比选和工程管理

李 颖

(广州北环高速公路有限公司，广东 广州 510507)

1 工程概况

为改善广州北环高速沙贝立交通行能力，缓解交通拥堵，对沙贝立交F匝道桥进行扩建。广州北环高速沙贝立交F匝道既有桥梁跨度为10 m，桥下净空为4.0 m，现状交叉口路面标高往扩建F匝道方向逐渐增高，交叉路口道路宽度逐渐增大，交叉口现状道路设置有限高架，限高3.5 m。图1为沙贝立交F匝道既有桥梁现状图。

图1 沙贝立交F匝道既有桥梁现状图

2 桥型方案控制因素

2.1 桥梁跨径选择

因沙贝立交道路交通量大， F匝道扩建很难进行封闭施工，为避免桥梁扩建施工对既有交通造成较大影响，扩建桥梁跨径需在既有桥梁跨径基础上进一步加大，考虑到扩建桥位置路面宽度和桥梁承台施工对既有道路通行的影响，最终确定扩建桥梁跨径为16 m，扩建桥承台最不利点距离现状道路边线为1.75 m，可满足既有道路通行安全。图2为沙贝立交F匝道扩建桥梁平面图。

图2 沙贝立交F匝道扩建桥梁平面图

2.2 桥下净空

既有桥梁桥下净空4.0 m，通行限高3.5 m，为保证通行要求，扩建桥梁桥下净空不宜小于3.95 m，设计需严格控制桥梁主梁建筑高度不宜过高。

3 比选原则

1)遵循“适用、安全、经济、美观”的设计原则。

2)根据建设条件要求，遵循技术可行、经济合理、造型美观的原则进行综合比选。

3)减少桥梁施工对被交道路影响。

4)充分考虑技术先进的结构形式，力求造型新颖，受力合理。

5)充分考虑工程方案的施工可操作性。

6)满足桥下净空要求。

4 桥型方案比选

4.1 超高性能混凝土工字梁

超高性能混凝土(UHPC)工字梁结构，工字梁高度0.62 m，整体化层厚度0.15 m，铺装层采用2 cm超薄磨耗层，建筑总高度0.79 m。桥下净空可达到3.977 m，超高性能混凝土工字梁标准断面如图3所示。

图3 16 m跨超高性能混凝土梁标准横断面

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete)， 简称UHPC，系指抗压强度在150 MPa以上，具有超高韧性、超长耐久性的水泥基复合材料的统称。其中，最具代表性的超高性能混凝土材料为活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)。其主要由硅灰、水泥、细骨料及钢纤维等材料组成，依照最大密实度原理构建，从而使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝) 减至最少。采用预制UHPC I字型梁+预制UHPC底板，结构受力、耐久性完全满足工程要求，同时大大加快施工进度。

4.2 预应力混凝土空心板

16 m空心板结构高度为0.85 m，整体化层厚度为0.15 m，桥面铺装采用2 cm超薄磨耗层，建筑总高度为1.02 m，桥下净空为3.747 m，预应力混凝土空心板标准断面如图4所示。

图4 16 m跨预应力混凝土空心板标准横断面

配合路线纵断面调整，将原3.5%路线纵坡调整为3.9%，桥面标高可抬高17 cm，调整后桥下净空可达3.917 m，但纵坡加大以接近规范限值，超过设计采用的常规值，同时调整纵断面后竖曲线长度不满足规范要求，将给行车造成一定安全隐患，由于该路段交通流量非常大，出于安全考虑，建设单位不同意采用调整纵断面的方案。

4.3 钢箱梁桥

16 m跨钢箱梁梁高取1/25的跨径，梁高取值0.65 m，整体化层厚度0.12 m，桥面铺装采用2 cm超薄磨耗层，建筑总高度为0.79 m，桥下净空可达到3.977 m。钢箱梁标准断面如图5所示。

图5 16 m跨钢箱梁标准横断面

钢箱梁方案虽然能够满足净空，但由于钢箱梁梁高较小，经咨询多家钢结构制造厂家可知，该梁高的钢箱梁制造存在一定问题，隔板与顶板无法进行熔透焊接，该种结构一般只在疲劳问题不明显的人行天桥采用，在车流量较大的公路桥梁里一般不予采用，同时该方案造价较高。

4.4 桥型方案技术经济对比

对超高性能混凝土桥梁、预应力混凝土空心板、钢箱梁三种桥型方案在主梁建筑高度、路线纵断面、结构受力、结构耐久性、施工难易程度、工程造价等经济技术方面进行综合比较，如表1所示。

表1 桥型方案技术经济对比表

5 工程管理措施

5.1 试验研究

由于目前国内超高性能混凝土应用于桥梁主体结构中的案例较少，为确保结构安全，本项目施工前进行了大量试验研究。

1)材料试块试验。开展立方体试块试验，以确定超高性能混凝土(UHPC)材料的抗压强度、轴心抗拉强度、抗折强度和弹性模量等基本力学参数。

2)足尺寸I字型预制梁抗弯试验。预制一片原尺寸I型梁，进行抗弯试验，验证评估梁体抗弯承载能力。图6为足尺寸I字型预制梁抗弯试验。

图6 足尺寸I字型预制梁抗弯试验

3)足尺寸I字型预制梁抗剪试验。预制一片原尺寸I型梁，进行抗剪试验，验证评估梁体抗剪承载能力。图7为足尺寸I字型预制梁抗剪试验。

5.2 成桥荷载试验

为进一步掌握实桥受力和工作状态，本桥在竣工后进行了动静载试验，通过测量桥梁结构在静力荷载作用下的变形和内力，以确定桥梁结构的实际工作状态与设计是否相符，检验桥梁结构的强度和刚度是否满足试验要求，通过测量桥

梁结构在动载作用下的位移、加速度，检验桥梁结构的行车舒适性，试验数据表明，结构受力状态良好。

图7 足尺寸I字型预制梁抗剪试验

图8 沙贝立交F匝道扩建桥梁成桥静载试验

5.3 桥梁运营状态监测

为能够实时动态监测桥梁运营状态和工作性能，本桥建立了监测系统，分别对主梁挠度和应力进行实时监测，定期对结构的运营状态进行评估，及时有效的为桥梁管养提供数据支持，目前桥梁已运营，桥梁整体运营状态良好。

6 结 语

结合本项目建设条件，对三种桥型方案进行了比选，经过主梁建筑高度、路线纵断面、结构受力、结构耐久性、施工难易程度、工程造价等经济技术方面的综合比较，最终推荐超高性能混凝土(UHPC)作为推荐方案。本项目制定了材料试验、结构试验、成桥试验、运营监测等完备的工程管理措施，确保结构安全可靠，同时为超高性能混凝土在桥梁工程中的应用推广奠定了基础。广州北环高速沙贝立交F匝道扩建桥梁已建成通车，桥梁整体运营状态良好。

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