城市快速路高架桥的结构设计研究

徐聪

（华设设计集团股份有限公司，南京210000）

1 引言

为减少交通指示灯，达到保障城市快速路通行连续性的目的，会在城市道路路口修建立交桥，甚至全线采用桥梁，以易于封闭管理，并且能够节省用地，避免线路交织干扰。高架桥主要由高支撑柱作为桥梁支承结构。高架桥包括多种结构形式，如槽形梁、板梁、箱梁等，不同结构各具优势。其中，对于城市快速路箱梁高架桥，非常有利于进行桥梁建筑净空的控制，还能减少工程量，本身有着良好的适用性，既可作为区间标准路段，也可用于曲线、变宽、出入口路段[1]。这种高架桥梁结构的整体受力性好，外观线形流畅、美观，且相应的施工技术也比较成熟，得到了广泛的应用。

2 案例概况

现有某城市机场快速路高架桥工程，二期工程全长1 286.99 m，涉及的二期高架桥梁仅391.8 m，该桥梁结构共4联，主线桥宽度：0.55 m（护栏）+12.0 m（行车道）+0.6 m（中央分隔带）+12.0 m（行车道）+0.55 m（护栏）=25.7 m，桥面设双向横坡，坡度为1.5%。考虑城乡接合区域的交通类型复杂，运营期间管控难度大，故桥梁设计荷载按公路-I级计算，按城-A级复核。地震动峰值加速度0.05g，地震基本烈度6度。桥梁抗震设防类别为乙类，按7度进行抗震措施设计。桥梁设计基准期100 a。桥梁结构设计安全等级为一级。耐久性设计环境类别为I类。

3 案例结构设计要点

3.1 上部结构计算原则

1）永久作用。钢材重度为78.5 kN/m3，钢筋混凝土或预应力混凝土重度为26.25 kN/m3，沥青混凝土重度为25 kN/m3；基础变位作用计算时，按隔墩沉降1 cm考虑；在计算混凝土的收缩及徐变作用、预加力时，按照JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的规定进行计算。孔道摩阻系数μ和偏差系数k分别取值0.17、0.001 5。

2）可变作用。汽车荷载为公路-I级，并按城-A进行复核，并按实际车道考虑车道折减的影响；针对汽车制动力、冲击力及温度作用，按照JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》的规定进行计算。

3）作用效应组合。基本组合一为“永久作用＋汽车荷载”，基本组合二为“永久作用＋汽车荷载＋温度作用＋汽车制动力”。对于上述两种基本组合，在实际计算时，分别按承载能力极限状态、正常使用极限状态、持久状况和短暂状况构件的应力计算方式来完成对结构的验算。其中，A类预应力构件正常使用极限状态按作用短期效应组合（频遇组合）和作用长期效应组合（准永久组合）分别做抗裂验算。

4）预应力类型。箱梁纵向及箱梁横梁按照A类预应力构件进行设计；箱梁腹板、底板及顶板按照钢筋混凝土构件进行设计。

3.2 上部结构设计

主线桥上部结构预应力混凝土连续箱梁，均采用了斜腹板式等宽等高箱梁，跨径3×35 m+3×30.3 m。箱梁采用单箱四室断面，梁高2.2 m，顶宽25.5 m，底宽16.78 m；顶板厚25 cm，底板厚25～55 cm，腹板厚45～65 cm，边腹板斜率设计为1.235∶1。两侧悬臂长度取3 m，悬臂端部厚度20 cm，悬臂根部厚度50 cm。箱梁横坡设计1.5%，通过顶板倾斜而成，箱梁底板与顶板平行。边腹板外侧面与悬臂根部、底板下边缘，采用了圆倒角处理方式。端横梁、中横梁厚度分别为1.5 m、2.5 m。梁底设置横向抗震挡块。

箱梁内布置纵向预应力钢束，横梁内布置横向预应力钢束。主梁纵向预应力钢束采用15-φs15.2、12-φs15.2及9-φs15.2三类钢绞线，钢绞线的抗拉强度fpk=1 860 MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa，锚下张拉控制应力为σcon=1 339 MPa。所有预应力钢绞线均采用高密度聚乙烯塑料波纹管成孔。腹板束采用15-φs15.2钢绞线，锚固于梁端箱梁顶面；顶板束采用12-φs15.2、9-φs15.2钢绞线，锚固于梁端；顶板负弯矩束采用12-φs15.2钢绞线，锚固在顶板梗肋锯齿块上；底板束采用12-φs15.2钢绞线，锚固在底板梗肋锯齿块上。墩顶横梁采用预应力结构，预应力采用15-φs15.2钢绞线。

3.3 支座布置

梁底采用球形钢支座。支座距道路中心线横向距离为4 m，箱梁底部设置支座预埋钢板。从防腐角度考虑，预埋钢板采用耐候钢板。为了以后支座维护更换方便，所有支座与梁体采用套筒螺栓连接。有关球形支座技术标准、试验方法、检验规则等，应满足现行GB/T 17955—2009《桥梁球形支座》的相关要求。

3.4 下部结构设计

主线高架桥下部结构设计中，桥墩采用双柱花瓶形墩[2]，桥台采用直壁式桥台。桥墩单个立柱柱底尺寸1.8 m×2.2 m，墩顶尺寸为2.4 m×2.2 m，过渡墩顺桥向增大。在柱间设置一道横系梁，主要目的是增加桥墩的横向稳定性。在桥墩下方设置矩形承台，承台尺寸为10.0 m×6.25 m，高3.0 m。桥墩基础采用6根直径为150 cm的钻孔灌注桩。桥台承台高度2.0m。桥台基础采用9根直径为120 cm的钻孔灌注桩，采用梅花形布置。在桥台后，设置侧墙与钢筋混凝土搭板。

3.5 附属结构设计

（1）防撞护栏与中央分隔墩：两外侧各设置1道SS级防撞墙，中央设置SSm级中央分墩，均高于桥面铺装面以上1.1 m。（2）桥面铺装：采用4 cmAC-13细粒式沥青混凝土（SBS改性）+6 cmAC-20C中粒式沥青混凝土（SBS改性）＋防水层＋8 cmC50钢筋混凝土。（3）伸缩缝：各联之间采用D160型梳齿板伸缩缝；在箱梁端部与桥台背墙处，采用D80型。（4）桥面排水：采用集中排水方式，每孔梁的泄水孔设置在桥面较低端桥墩处，横向两侧各设置一套泄水孔，匝道仅单侧设置一套；雨水通过纵坡及横坡收集于桥墩处的集水井内，再通过箱梁翼缘内预埋的泄水管及梁底、桥墩泄水管排至城市雨水系统。（5）搭板：桥台后设置长度8 m的钢筋混凝土搭板，减轻桥头跳车。

4 思路归纳分享

由上述案例可以看出，城市快速路高架桥设计涉及各方面细节的考量、比选，但大致可以归为上部结构、下部结构、附属结构三大块。对工程项目的各部位设计方案和具体取值，必须严格遵循相关现行国家规范的规定。在结构形式的选择方面，应积累足够的项目经验，多总结归纳不同地区、不同跨径、不同结构类型的材料指标、力学指标，方能利用更短的时间，拟定更加合理的结构方案。此外，根据多个项目的实践情况，总结如下思路心得和基本注意事项：

1）城市快速路与高架桥设计首先应以《市政公用工程设计文件编制深度要求》（2013年版）和CJJ 11—2011《城市桥梁设计规范》（2019年版）为准则，有条理地开展推进。

2）城市快速路高架桥项目，路、桥专业间的沟通更为重要、更加频繁，必须互相对接、反复调整，而非单纯的桥梁专业服从道路专业。例如，道路专业初定了匝道口、变宽段的位置后，将总体平面图、纵断面设计图发送给桥梁专业，桥梁再根据结构是否可行、布跨能否合理等因素，反馈给道路专业进行调整。同理，道路交通安全设施、项目给排水等专业对道路、桥梁的方案也会有所制约，需要加强沟通、对接。

3）高架桥的桥下净空高度和宽度不应仅满足规范最低标准，还应结合各种实际情况。例如，高架桥下交通状况，高架桥下交通量类型，工程项目当地的工程惯例和人文习惯，比如，人行横道和调头车道是设置在主跨范围下方还是边跨范围下方，高架桥主梁的正下方是否有上下并行路段等因素。以桥上和桥下的交通安全性、舒适性为原则进行反复斟酌、比选，必要时适当增加桥梁跨径和净空高度，以免高架桥下的交叉口车辆视野受限。同时，避免并行路段的高架桥下方存在明显的压抑感。值得注意的是，高架桥下的交叉口净空高度控制位置应当根据通过交叉口的转弯车辆行驶弯道轨迹确定。

4）高架桥的桥头路桥分界高度，与绿化带是否回填至辅道同高度有关，与辅道路基的状况也有关。

5）根据城市快速路辅道和主线的交通组织设计需要，地面的车道可能会呈现出蜿蜒变化的形态，地面辅道的分隔带位置和宽度也将随之变化多样，布设高架桥梁方案时，需要核查下部结构是否侵占了地面的行车道，宜尽量利用地面辅道的中央分隔带、侧分带来设置高架桥的桥墩。较为常见的布置形式有中央分隔带设置主墩+侧分带设置辅墩的，也有两侧分隔带联合设置门式墩的，比选时的原则就是应当与交通组织设计相匹配。当上方高架桥梁桥面较宽，或高架桥下空间受限、分隔带内无法设置高架桥墩时，可考虑加长高架桥上部结构横梁，延伸至地面辅道宽度范围以外，从而将高架桥墩设置在辅路边线以外，但这样将一定程度上影响项目整体景观效果。

6）在城市快速路与高架桥项目中，前期搜集物探资料尤为重要。应仔细核对物探资料，与相关设计专业、甲方相关部门、现有埋置构筑物所涉及的管养单位沟通，逐一明确所有现状管线、构筑物是否迁改。涉及的常见构筑物一般有各级别的区域供电线路、燃气管道、供水管道、雨水系统、污水系统、市政设施供电线路、通信光缆、军用光缆等。若存在无法迁改的，高架桥梁方案拟定时应设法避让，满足安全距离。桥梁结构与上述管线、构筑物的安全距离应以相关管线、构筑物所归属的行业规范为准，同时符合其管养单位出台的条例规定。

7）各项因素都影响着桥跨布设，而联跨的布置方案又决定着结构如何选型、选材。目前，江苏地区最常见的、最简单的高架桥梁结构形式，是以变高度预应力混凝土悬浇连续箱梁、或简支钢箱梁、或连续钢箱梁跨越交叉口，以等高度预应力混凝土现浇连续箱梁、装配式预应力混凝土组合箱梁作为标准段。

8）桥跨布设时，应当优先关注关键节点，如交叉口、匝道口、变宽段。关键点的方案确定以后，其他区段的跨径分配服从关键点，按此原则调整联跨布置和选择结构形式、材料。与此同时，还应当归并类型，尽量减少结构种类。

9）高架桥的承台埋深与中央分隔带、侧分带的宽度有关，也与现状地下管线、规划地下管线的走向、埋深有关。分隔带以内的，埋深大于0.5 m即可；超出分隔带、侵入行车道的，为保证地面辅道的路基质量，承台需增加埋深至1.5 m以下；承台上有管线的，应根据管线的覆土要求，适当增大埋深。

10）应当充分了解和尊重当地工程惯例、人文习惯等社会因素。

11）在项目开展前期，要搜集齐全各项设计依据。例如，航道等级批复函、航道影响性评价报告、防洪影响性评价报告、环境影响性评价报告，都应在高架桥梁（尤其涉水桥梁）方案拟定前进行充分考虑，并与建设单位、航道部门、水利部门、咨询单位等尽早沟通。

12）高架桥方案拟定前，项目负责人应熟悉项目的总体情况，罗列出所有关键信息和注意事项，明确技术标准，找准项目定位和设计思路。在对各类桥型结构的力学特性和数量指标有足够积累的前提下，确定成熟可行的方案，最后再组织开展结构的细部计算和绘图。

5 结语

由此可见，城市快速路高架桥设计是一项较为系统的、复杂的工作。平时需要加强对大量工程案例的分析。在项目实际开展过程中从多方面把控，使结构设计更加科学合理，真正提高城市交通的运行效率，使得世界更通达，城市更宜居。