二环线高架桥关键技术研究

舒勇 刘从新

摘要 武汉市二环线汉口段（江汉二桥～建设大道）是二环线的组成部分，采用主路高架、辅路地面的布置方式，交叉口采用部分互通结合地面平交形式，其他次要路口均采用主路分离结合辅路平交形式，沿线设置上下桥匝道、人行过街设施和公交车停靠站点。高架桥为双向6车道，地面道路双向4～6车道，道路路口处局部拓宽。文章重点介绍了高架桥的桥型总体设计、设计计算以及桥梁基础、地铁范围内桥墩基础处理等关键部分的设计，可供类似工程参考。

关键词 高架桥;桥梁设计;桥墩基础;设计计算

中图分类号 U443.3文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）05-0141-03

0 引言

随着我国社会经济发展水平的提高，道路交通事业也迎来了迅猛发展的时期。随着各地城镇化率逐步提高，城市道路改造项目不断增多，城市高架桥在其中的地位和比重越来越高。该文以武汉市二环线汉口段高架桥建设为例，研究在既有复杂管线条件下的桥梁基础设计、地铁车站范围内桥墩基础处理等关键措施，通过合理的技术措施，使桥梁结构受力处于合理状态，供类似工程参考。

1 工程概述

二环线汉口段高架位于武汉市发展大道上，全长3.6 km，是二环线的组成部分。桥梁采用30 m标准跨径连续预应力混凝土箱梁，路口采用29～55 m连续钢箱梁。

2 主要技术标准

道路等级：城市快速路;计算行车速度：二环线主线60 km/h，地面辅道40 km/h，立交匝道30～40 km/h;桥面标准宽度：26 m;双向6车道;荷载等级：公路-Ⅰ级;温度荷载：体系升降温±20°;梯度温度T1=15.2°，T2=5.74°;抗震要求：设计地震烈度6度，地震动峰值加速度为0.05 g，7度设防;风荷载：设计基本风速V10=25.6 m/s;坡度：双向1.5%横坡;高程系统：1985国家高程基准系统;坐标系统：1954北京坐标系统;环境类别：Ⅰ类;设计基准期：100年。

3 桥梁总体设计

3.1 建设条件

工程范围内道路沿线现状地下管线较多，有给水、排水、电力、电信、燃气、有线电视、路灯及交通信号等管线。

拟建场地地层自上而下主要由7个单元层组成：

（1）人工填土层（Qml）。

（2）第四系全新统新近沉积形成的淤泥质土层（Q4al）。

（3）第四系全新统冲积形成的一般粘性土层（Q4al）。

（4）第四系全新统冲积形成的淤泥质土层及一般粘性土层（Q4al）。

（5）第四系全新统冲积形成的粉砂夹粉土、粉质粘土过渡层（Q4al）。

（6）第四系全新统冲积形成的粉砂层（Q4al）。

（7）白垩—下第三系泥质粉砂岩层及砾岩层（K-E）。

3.2 桥型设计

根据建设条件，可选桥型主要为预制空心板梁桥、预制小箱梁桥和连续箱梁桥[1-2]。

从施工方法、结构力学性能、适应跨越路口的能力、对桥面变宽的适应性、施工期间对交通的影响、景观效果、工程造价等多方面进行比较，标准段选择现浇预应力混凝土连续箱梁;非标准段选择连续钢箱梁。主线高架桥孔跨布置如下：

（3×30）+（36.1+50+35+29）+（2×30+28+30）+（4×30）+（2×30）+（30+40+30）+（2×30+33+27+30）+（5×30）+（5×30）+（30+35+30+24）=1 207.1 m。

（29+30+30+30+28）+（5×30）+（30+40+2×32+30）+（31+50+54+50）+（41+55+55+35）+（20+4×27）+2×（3×30）+2×（5×31.9）+3×（4×30）+（29+30+30+28）+（30+40+2×32+30）+ 2×（5×30）=2 400 m。

4 桥梁主体结构设计

4.1 上部结构

标准桥梁上部结构采用箱型断面预应力混凝土结构，设单箱三室，梁高2.0 m;箱梁顶宽26.0 m，顶板厚25 cm，两侧悬臂长4 m，悬臂厚度22～55 cm;箱梁底宽8.5 m，底板厚22 cm;横向设4道腹板，中腹板为直腹板，边腹板采用斜腹板，腹板标准厚度60 cm，支点附近加厚至80～100 cm。

桥梁按A类预应力结构设计，纵、横向均配置预应力钢绞线。纵向预应力钢束配置如下：腹板采用19-φs15.2钢绞线，顶板采用9-φs15.2钢绞线，底板采用7-φs15.2钢绞线，均采用圆波纹管成孔。为节省管道布置空间，减薄顶板厚度，横向预应力采用扁形波纹管体系，钢束型号3-φs15.2。上部结构混凝土强度等级C50。

为减小施工期间对既有交通的影响，部分跨路口位置的上部结构采用四箱室的焊接钢箱梁。梁高与混凝土梁一致，考虑钢箱梁铺装多一层8 cm现浇层，梁高采用1.92 m。箱梁顶宽26 m，两侧各设3.827 6 m的悬臂，悬臂为横向受力，焊接工字形断面。钢箱梁采用正交异性桥面系，顶板标准厚度14 mm，支点两侧局部加厚，桥面采用U型加劲肋或T型加劲肋，悬臂外侧梁高较矮的地方局部设板肋;每隔2.5 m设一道厚度14 mm的横隔板;箱梁底板标准厚度为14 mm，支點两侧局部加厚，底板设纵向加劲肋。钢箱梁钢材材质采用Q345qC。

4.2 下部结构

现状道路下埋设给水、排水、通信、燃气等管线，现有排水管道基本采用箱涵。在保护既有排水管道的前提下，桥墩基础采用骑跨式方式跨越箱涵。

下部结构均采用双柱式花瓶墩墩身、单个墩柱1.7 m

×1.7 m，中间以系梁连接。系梁尺寸1.7 m×1.2 m。墩身采用C40混凝土。桥墩立面见图1。70FFAFDB-0C2A-4FBA-BACB-665AD7332E44

桥墩基础采用4根Φ1.5 m或6根Φ1.2 m群桩基础。

4.3 桥梁总体计算

结构计算采用通用软件Midas/Civil建立整体模型，主梁共分47个单元，48节点。

4.3.1 设计荷载

（1）一期恒载容重：r=26.5 kN/m3

（2）二期恒载重：

桥面铺装：23.5×0.09×24=50.7 kN/m;防撞护栏：17+11.7×2=40.4 kN/m;种植土：5.8 kN/m;隔声屏：1.5×2+1=4kN/m;总重：40.4+50.7+5.8+4=100.9 kN/m。

（3）活载：

汽车荷载类别：城—A;车道数：6;横向分配系数：6×0.55×1.15=3.795;冲击系数：1+20/（80+30）=1.182。

（4）温度：

系统温度：升降温±20℃;梯度温度：正温差T1=15.2℃，T2=5.74℃;反温差：正温差×（-0.5）。

（5）支点不均匀沉降：按0.5 cm计算。

4.3.2 计算结果

主梁截面应力验算结果见表1。

结构经验算满足规范[3]要求。

5 关键技术处理

5.1 桥墩基础设计

二环线桥墩位于发展大道上，市政管线复杂，道路中央布置8 m宽花坛（桥墩布置其中），花壇下存在既有排水箱涵。桥梁桩基及承台均须避开箱涵。由于箱涵线位、大小、埋置深度不一，因此基础形式多样。考虑施工的方便，归类三类承台形式：

A类承台为整体式承台，φ1.5 m钻孔桩基础。承台尺寸6.0 m×2.5 m×2.5  m，中间以2 m×2.9 m×1.5 m的系梁相连，C30混凝土。钻孔桩采用C25混凝土。

B类承台为整体式承台，φ1.2 m钻孔桩基础。承台尺寸7.2 m×2.2 m×2.6  m，中间以4.6 m×3.5 m×1.2 m的系梁相连，C30混凝土。承台超过8 m宽花坛部分切角，避免露出地面。钻孔桩采用C25混凝土。

C类承台为整体式承台，φ1.2 m钻孔桩基础。承台尺寸7.2 m×3 m×1.8 m，中间以（2～3.4）m×5 m×1.8 m的系梁相连，由于承台下排水箱涵的影响，承台较薄，抗剪要求需要采用C50混凝土。钻孔桩采用C25混凝土。

桥墩基础的布置，基本避免了大排水箱涵的迁改，减少了后期施工配合工作量，节省了工程造价，缩短了施工工期。

承台布置图见图2。

5.2 地铁范围桥墩设计

二环线桥墩桩基础在地铁车站范围内的处理。为确保桥梁桩基安全，唐家墩、竹叶山地铁车站开挖时，站内二环线高架桥墩桩基应做及时稳固的防护;同时将已做的桥桩在车站底板处再做一道承台，形成双承台桥桩基础，在后期与车站底板一起现浇。

（1）桩基沿道路里程增大方向通过桩间构造连成整体。要求每开挖3 m深度后，立即对桩身表面凿毛，及时进行桩间连接施工。

（2）地铁车站挖到底层后，浇筑第二道承台。

通过以上处理措施，合理地解决了桥梁基础与地铁车站的空间冲突。

5.3 软弱地基桥梁引道设计

常规匝道桥梁引道为路堤形式。因S6匝道路段管线迁改困难，同时为解决引道局部开挖后地基承载力不满足设计要求的问题，对S6匝道引道段进行了特殊设计处理。

（1）对S6K0+040～S6K0+083.678路段进行单独设计，其中S6K0+040～S6K0+063.678路段采用U型槽+C15毛石混凝土，S6K0+063.678～S6K0+083.678路段采用框架结构。

（2）S6K0+040～S6K0+083.678路段采用9 cm铺装层（同桥面铺装层），结构底设30 cm碎石垫层。

（3）匝道引道悬臂式挡土墙的埋深增加50 cm（即墙趾底高程降低50 cm，墙高H增加50 cm），选用相应墙高的挡土墙并进行结构受力分析及配筋验算[4]。

6 结语

武汉市二环线汉口段（江汉二桥～建设大道）是二环线的组成部分，为市政综合项目，综合管线、地铁车站等协调复杂。高架桥采用斜腹板、大悬臂箱梁，综合了斜腹板箱梁与弧线形箱梁截面的优点，不但结构受力合理、工程造价较低，同时梁体造型温和又富有动感，既减轻桥下路人的压抑感，又容易融入桥梁沿线周边的建筑及环境景观;其下部结构因地制宜，采用骑跨式承台，避免排水箱涵的大面积拆迁;地铁车站内桥墩与地铁车站立柱完美结合使用;软弱地基桥梁引道采用框架结构，减小地基承载力的要求。

在桥梁设计建造过程中，通过合理设计，采用合适的设计方案，达到了较好的实施效果，该项目已建成通车。

参考文献

[1]任才. 中心城区新建高架桥上部结构选型研究[J]. 城市道桥与防洪， 2020（1）： 43-46.

[2]张飒. 城市高架桥梁常见结构形式比选[J]. 城市建筑， 2019（16）： 107.

[3]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范： JTG3362—2018[S]. 北京：人民交通出版社， 2018.

[4]建筑地基基础设计规范： GB50007—2011[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2011.70FFAFDB-0C2A-4FBA-BACB-665AD7332E44