合肥市蒙城北路快速化改造工程高架桥总体设计研究.pdf

147工程设计工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月摘要：合肥市蒙城北路快速化改造工程采用高架桥及地面快速路相结合的改造方案，高架主线全长 4.19 km，标准段桥梁总宽 25.6 m，采用大悬臂流线型箱梁截面，曲线双柱式花瓶墩。文章介绍了高架桥的总体设计思路，详细分析了高架桥的结构选型、箱梁截面造型、涉轨段构造措施等，相关设计思路和构造措施可供相关设计人员参考。关键词：快速化改造；高架桥；流线型箱梁；预应力混凝土梁；涉轨Abstract:Mengcheng North Road rapid reconstruction engineering in Hefei adopts the reconstruction scheme combining the viaduct and ground expressway.The total length of the viaducts main line is 4.19 km and the total width of the bridge in standard section is 25.6 m,adopting large cantilever streamlined box girder section and curved double-column vase pier.This paper introduces the overall design idea of the viaduct,and analyzes in detail the structure selection,box girder section modeling and track-related section construction measures of the viaduct.The relevant design ideas and construction measures can be used for reference by relevant designers.Key Words:rapid reconstruction;viaduct;streamlined box girder;prestressed concrete beam;track-related分类号：TU984.1131 工程概况合肥市蒙城北路快速化改造工程南起阜阳北路高合肥市蒙城北路快速化改造工程高架桥总体设计研究董 鹏上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230001Research on the Overall Design of the Viaduct in Mengcheng North Road Rapid Reconstruction Engineering in HefeiDONG PengHefei Branch of Shanghai Municipal Engineering Design Institute(Group)Co.,Ltd.,Hefei 230001,Anhui,China048.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.架落地点，北至五湖大道，全长约 7.5 km，按城市快速路标准建设。濛河路至筱斋路、汤都路至五湖大道段采用地面快速路，筱斋路至五湖大道段采用高架桥。高架桥主线全长 4.19 km，双向六车道，标准段桥梁总宽 25.6 m，桥梁总面积约 12 hm2，上部结构标准段采用预应力混凝土现浇大箱梁结构，为减轻对轨道盾构及站房的影响，与轨道交会处采用钢箱梁，下部结构采用曲线双柱式花瓶墩形式。2 主要技术标准（1）道路等级：主线为城市快速路；地面辅路为城市主干路。（2）设计速度：主线设计速度为 80 km/h；地面辅路设计速度为 50 km/h；上下匝道设计速度为 40 km/h。（3）设计荷载标准：汽车荷载，城-A 级。（4）净空高度：机动车道净高 4.5 m；非机动车道、人行道净高 2.5 m。（5）桥梁设计安全等级：一级，重要性系数为 1.1。（6）桥梁设计基准期：100 a。（7）桥梁设计使用年限：100 a。（8）耐久性设计环境类别：类。3 高架桥总体构思3.1 跨径布置桥梁结构的造价占工程总造价的比重很大，标准段跨径和工程造价有很大关系，其合理选择也是此次设计的一个重点1。为此，对 25 45 m 跨径的预应力混凝土连续梁进行受力分析和经济比较，30 m 跨径作者简介：董鹏，男，硕士，高级工程师，研究方向为桥梁工程设计。148工程设计 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究较经济；从景观效果和交通组织上看，20 30 m 桥宽的高架桥跨径不宜过小，30 m 跨径外形较为简洁、流畅，桥下空间通透、整齐，且经济，可基本满足大多数情况下的布墩要求。3.2 上部结构选型高架桥的结构选型对工程造价、美观性及施工进度有较大的影响2。结合美观、经济且满足建设需求的原则，选取适合该工程的预制小箱梁、预应力混凝土现浇大箱梁、钢箱梁、钢混组合梁等结构方案，进行技术经济比较。小箱梁虽然造价较低，施工速度快，但结构整体性及耐久性稍差，吊装运输不便，后期维修养护难。预应力混凝土现浇大箱梁结构性能好，造价不高，施工工艺成熟，箱梁断面外形丰富，造型简洁、轻盈，线条流畅，桥下视觉较开阔通透，美观舒适，对道路平面线形适应性强，适合长距离高架桥选用，是市政桥梁常用结构形式。钢箱梁自重轻，跨越能力强，施工工艺成熟，工厂制造、现场吊装，施工速度快，对现状交通及地面已有构筑物影响小，但钢箱梁造价高，不宜全线使用，可用于跨越繁忙交口处。钢混组合梁兼具混凝土梁和钢箱梁的优点，同混凝土梁相比，可节省支架和模板，缩短工期；同钢箱梁相比，可以减少造价，增大刚度，提高耐久性，但组合梁在负弯矩区易出现桥面板开裂等病害，目前主要用于大跨简支梁体系，不宜全线使用3。经综合比选，该工程高架主线桥采用现浇大箱梁结构，涉轨节点处采用钢箱梁结构。3.3 下部结构选型桥墩是城市高架桥的重要景观元素，桥墩造型宜稳重、大方、挺拔、通透，与上部结构协调，并与周围环境融洽4。主线高架桥墩设置在地面道路中央分隔带内，紧邻地面道路，墩柱体量不宜太大，墩柱高度不宜太低，以免对地面行车造成压迫感。高架主线桥最小曲线半径为 350 m，考虑抗倾覆稳定性，支座横向间距不宜太小，墩柱的间距应结合支座间距综合考虑，以使上部结构横桥向受力合理，而常规的直柱与大悬臂流线型箱梁外形并不匹配。经综合比选，下部结构采用曲线双柱式花瓶墩，与上部结构浑然一体，突出了该结构的特性，既婀娜多姿，又不失结构的安全性。4 高架桥结构设计4.1 上部结构4.1.1 箱梁形式选择预应力混凝土现浇大箱梁截面形式多样，通常有直腹板式、斜腹板式及大悬臂流线型。市政桥梁多考虑桥梁的景观效果，较少采用直腹板式，斜腹板式简洁大方，应用较广泛，大悬臂流线型箱梁抗扭抗弯性能好，曲线圆润饱满，抗风性能也较好，桥下可利用空间大，能较好地满足桥下道路布置功能需求，景观效果更好5。综上比较，推荐采用景观效果更好的大悬臂流线型预应力混凝土现浇连续大箱梁。箱梁截面形式如图 1 所示。（a）斜腹板式截面（b）流线型截面图 1 混凝土箱梁截面形式4.1.2 标准段上部结构设计高架主线桥采用流线型现浇大箱梁结构，标准跨径（330）m，标准段桥梁总宽 25.6 m，现浇大箱梁顶板净宽 25.3 m，底板净宽 13.1 m，梁高 2.2 m，此梁高最大可用于 40 m 跨径连续梁，适用性广。箱梁顶板厚 0.25 m，底板及腹板为变厚度，跨中截面，平底板厚 0.22 m，斜底板厚 0.24 m，腹板厚 0.4 m；桥墩截面处平底板厚 0.4 m，斜底板厚 0.3 m，腹板厚 0.6 m。经抗倾覆验算，支座间距采用 6 m，抗倾覆安全系数为6.97，最不利支座反力约 1 000 kN，满足相关规范要求。箱梁悬臂、斜底板及平底板 S 形顺接，形成一体。主线箱梁构造断面如图 2 所示。图 2 高架主线桥 箱梁标准断面（单位：m）25.313.13.93.92%0.40.42%0.250.222.20.250.240.243.93.43.43.43.4149工程设计工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月4.2 下部结构主线桥墩采用曲线双柱式花瓶墩，单个立柱尺寸为 1.5 m1.8 m（横桥向 顺桥向），立柱净距 3.7 m，直线向上至墩顶，墩顶外缘总宽 8.0 m。承台尺寸为 7.7 m6.3 m2.5 m（横桥向 顺桥向 高），桩基采用 1.5 m 钻孔灌注桩，共布置 4 根。桥墩构造如图 3 所示。2.02.04.06.01.01.01.81.51.53.71.51.51.51.50.151.251.251.251.253.86.35.27.72.852.5LHHL2.5H-3图 3 高架主线桥桥墩构造图（单位：m）5 涉轨节点设计轨道 8 号线泉河路站位于阜阳北路与泉河路交叉口，车站设置 4 个出入口通道，2 组风亭，采用钢筋混凝土框架结构，为地下二层标准岛式车站，车站两端为盾构区间。泉河路站及北侧盾构区间与主线高架平面交叉。高架桥的结构形式及桩基布置应充分考虑对站房、盾构的影响，确保施工期间地面交通顺畅。钢箱梁自重轻、施工周期短，架设时临时墩少且布置自由，临时墩传至地下结构的附加应力较小，且对地面交通影响小，经综合比选，交叉段主线采用钢箱梁结构。涉轨节点处跨径布置为（245）m 钢箱梁+（40+60+40）m 变高连续钢箱梁+（341）m 钢箱梁。跨越站房处采用（40+60+40）m 变高钢箱梁，中支点梁高 3.5 m，边支点梁高 2.2 m，截面与标准段统一。涉轨节点处平面如图 4 所示。钢箱梁采用横梁外挑方式与桥墩立柱相接，桥墩立柱断面尺寸为 1.8 m1.5 m（顺桥向 横桥向），桥墩承台分两类，位于盾构区间外侧的承台尺寸为 5.2 m 5.2 m2.0 m，桩基为 4 根 1.5 m 钻孔灌注桩；位于盾构左右线中间的承台尺寸为 2.9 m6.5 m3.0 m，桩基为 2 根 1.8 m 钻孔灌注桩。部分桩基距盾构结构净距较小，需要加强临近桥墩桩基设计。为减少桩基施工对轨道的影响，施工期间采用下列工程措施：（1）减少卸土方量，承台开挖采用钢板桩支护；（2）桩基采取泥浆护壁防止塌孔措施；（3）桩基持力层进入中风化砂岩；（4）桩基施工时先施工离轨道近的桩，后施工离轨道远的桩。6 结束语城市桥梁对景观要求高，高架桥常用的斜腹板箱梁已难以满足日益增长的景观需求。采用大悬臂流线型箱梁既能增大桥下空间，又能减小梁高带来的压迫感，轮廓 S 形曲线还能降低风阻，线条柔美。文章结合蒙城北路快速化改造工程设计实践，针对高架桥的结构选型、箱梁截面造型、涉轨段构造措施等进行了深入介绍，旨在为今后的类似工程提供有益参考。参考文献1 罗干生.城市快速路高架结构方案设计探讨J.交通与运输,2022,38(5):49-52.2 杨鹏宇.标准化跨径桥梁设计要点探讨J.青海交通科技,2019(2):103-105.3 谢涛,王天翔.与地铁盾构(车站)相关的城市桥梁方案设计J.城市道桥与防洪,2022(5):104-107.4 郭力,李太杰.城市桥梁桩基施工对既有盾构隧道的影响研究J.公路工程,2019,44(5):118-122,187.5 徐云福,王立峰.近邻桩基施工对城市地铁隧道的影响分析J.岩土力学,2015,36(S2):577-582.图 4 涉轨节点平面图