关于高速公路天桥设计的几点建议

2013-08-15杨菲张巍

山西建筑 2013年28期

杨菲张巍

(1.太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原 030024;2.山西省交通科学研究院，山西太原 030006)

0 引言

随着我国高等级公路建设的跨越式发展，通车里程日益增多，为当地的经济发展和人民生活带来了便捷的交通。但是全封闭的高速公路将沿线地域一分为二，造成跨线周边的群众生活通行不便。为了解决这个问题，在高速公路建设的同时，适当的修建了一系列的天桥通道，来满足行人和车辆横跨高速公路的需求。天桥作为跨线桥的一个重要组成部分，不但可以提升高速公路的美观性，也可以提高司机行车的注意力和减轻视觉疲劳。天桥的数量和通行能力直接关系着地方经济和城市的发展。因此高速公路天桥的合理设计是非常重要的，设计人员应该调研准确、考虑周全、精细设计。

1 天桥总体布置设计的要点

1)在进行天桥总体布置设计时，首先应考虑结构的美学设计，梁体结构要舒展流畅，结构造型与各部位尺寸比例应相互协调，设计时不仅要考虑结构自身强度，还应注重桥梁造型艺术。2)严格执行国家法律法规和行业标准，保证天桥桥下净空、跨径等各项指标符合要求。3)天桥的数量和等级应根据公路沿线居民的通行条件以及发展前景综合拟定，应对沿线各村、镇拟建天桥进行调查，并应结合主线沿线结构物，如通道、小桥等进行合并，相应增加必要的引线工程，降低工程费用。4)考虑到农用车及其他车辆的爬坡能力，天桥的纵坡一般不大于3%［1］。同时为了满足通行要求，天桥下净空一般在5 m以上。所以结合以上两点天桥设计时接线坡长一般较长，但为了减少天桥引线对现有道路的破坏，两端接线应尽量采用以不超过原路最大纵坡为原则，短距离顺接。5)在平面设计时，综合考虑多种因素，应使设计的路线更加合理，车辆行驶方便。6)天桥的结构设计，要根据高速公路的宽度以及天桥与主线的夹角，确定合适的孔数与跨径。天桥上的交通车辆载荷量小，不需要设置大跨径桥梁，跨径越大，造价就越高。路面宽度应根据被交路的交通量大小、原路宽度及远景规划来确定。7)简支板(梁)一般在天桥的上部结构中不采用，因为同样跨径的简支体系比连续体系上部结构的建筑高度高，跨中产生的正弯矩大，钢筋用量多，相应造价也高。同时简支体系需在桥墩处设置盖梁，且墩盖梁相比梁高来说显得较大，影响了天桥的整体美观性。8)在同一标段，结构形式尽量采用统一的预制安装结构形式，便于机械化、工厂化及标准化生产，力求做到方便施工，缩短工期，降低造价［2］。

2 天桥的类型

天桥的选型在设计中十分重要，既要符合经济适用的原则，考虑实施的可行性，又要考虑建筑造型艺术，满足美学要求。下面主要介绍混凝土连续梁桥、箱形拱桥和刚构桥这三大类天桥。

2.1 混凝土连续梁桥

此类天桥一般选择2孔～4孔跨越高速公路，上部结构选用预应力混凝土连续箱梁，箱梁又可分为预制箱梁和现浇箱梁。当桥梁多跨时，尽量要选用连续结构，这样的结构建筑高度小，不需要设盖梁，整个主梁范围不设伸缩缝，桥的外形轮廓清晰、流畅，这样显的整个结构轻盈、美观。

桥墩的形式一般为圆柱或薄壁墩，桥台一般采用柱式台或肋板台。横桥向上的桥墩可根据天桥的宽度，设成独柱、双柱或薄壁墩形式。墩柱设计成这样的结构，不仅在外观上更显纤细、轻盈，在结构上又能满足受力需要。

结合地质资料选择合适的基础形式，即当地基的承载能力小于2.5 MPa时，大多采用桩式基础;当地基的承载能力大于2.5 MPa时，大多采用扩大基础的形式。

2.2 箱形拱桥

箱形拱桥上部主拱圈横截面挖空率大，全截面的空心率达到50%～80%，与其他拱桥相比，大大减少了圬工体积和结构自重。由于箱梁截面是空心闭合的，其抗弯和抗扭能力强，拱圈整体结构性能好，应力均匀分布。施工时，单条箱肋刚度大，易吊装，便于单箱肋成拱，有利于施工装配。箱形拱桥的施工工艺一般有预制拱箱无支架缆索吊装和支架现场浇筑等方法。

由于箱形拱桥桥台会受到水平分力作用，故多采用重力式桥台，相应的地基承载力要求高，对于软弱地基应采取加固措施提高地基承载能力，减少基础沉降变形。常用的地基处理方法有:基地土换填灰土分层夯实、基地改用砂垫层加固、石灰土桩、粉喷桩加固等。

2.3 刚构桥

刚构桥是比较美观的一种桥型，它不但视野开阔，而且不需要在高速公路中间设置墩柱，可直接跨越高速公路。这种桥型两侧的边跨与主跨比例协调，跨中的正弯矩得到了有效转移，减少了跨中截面尺寸，从而使桥梁结构更加合理。

刚构桥分为斜腿刚构和直腿刚构两种，其中斜腿刚构受力状态近似于拱桥，两根斜腿对桥墩基础产生了巨大的水平推力。因此，斜腿刚构桥的基础设计要求比较高。基础不但要有很高的地基承载力，而且要有很高的抗滑稳定性。设计和施工中尽量考虑减少或避免桥梁发生水平位移和不均匀沉降的因素。这类天桥适用于地质条件好的路堑段，尤其适用于山区挖方量较大的路段。

3 天桥设计中需要重视的技术、经济、美学因素

1)天桥设计应因地制宜充分考虑地形。天桥基本上设置在路堑路段，所以应考虑建筑高度必须满足桥下净空，还需结合桥头接线地形尽量避免大挖方或大填方，达到经济实用的目的。如桥台两端地形较低，应尽量采用梁式桥;较高则可以采用中承式拱肋桥、斜腿刚构等;更高则采用箱形拱桥等形式。2)天桥设计要考虑合理选取桥跨适应施工要求。高速公路路面施工大多采用大型摊铺机，而一般路面施工都在天桥修筑之后。为减小大型路面机械施工对天桥梁体、墩柱的影响，以及消除由于后续施工对天桥结构的安全隐患，故在方案选取时，尽量避免在中央分隔带设置桥墩和独墩桥型，即使设置，采取相应的防护措施加以保护。3)天桥在结构合理、施工方便的前提下，尽量采用美观大方的桥型，桥型多样化，并且应体现当地风土人情。当驾驶员在高速行驶的汽车里看到直面而来的跨线桥，其视觉效果直接影响到驾驶员的审美感觉［3］。由于高速公路线型指标高、路面宽广平顺，可能导致行驶单调乏味，驾驶员易于疲劳。好的天桥建筑，不但提高了司乘人员视野内的空间感觉，而且对行车的安全性、舒适性起到了较大作用。为能创造较舒适的行车环境，除高速的绿化点缀外，各类天桥的美观、桥型的差异、色彩的改变，与环境的协调搭配，都能增强司乘人员视觉享受。因此，在保证桥型结构合理，方便快捷施工的前提下，应尽可能地采用多样化的桥型图式、造型力求美观新颖，能够体现当地风土人情，从而大大提高行车安全及舒适感。4)天桥的选择与地质条件密不可分。天桥桥型的选择必须结合桥位处地质情况，这样可以避免由于基础不稳定造成工程费用的浪费。在高速公路建设中经常遇到地质情况与设计不符，由于天桥的不同形式对应不同的基础，往往由于较大的地质变化，带来桥梁形式的变化。5)实用经济、造价合理。在桥型的选择时，一方面从结构入手，以减少圬工体积，在保证结构安全的基础上，尽量节省材料，或者使用新型材料;另一方面尽量使桥高降低，减少上、下部及基础的不必要消耗。