李连强,冯克岩,项敬辉

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300457）

津汉高速与海滨高速联络线工程桥梁结构设计及关键技术问题研究

李连强,冯克岩,项敬辉

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300457）

介绍了津汉高速与海滨高速联络线的工程背景、桥梁工程设计及技术标准，及若干关键技术问题。

联络线；结构设计；门架；抗震；耐久性

1　概述

为解决现状海滨高速过境交通、集疏港交通和区域交通相互干扰，天津滨海新区实施了津汉高速与海滨高速联络线工程，将过境交通从海滨高速分流至新建疏解线，减小了集疏港交通的压力。工程已于2015年3月开工，预计2016年6月竣工。

工程北起津汉高速汉沽收费站以西约1.1km处，跨越津汉地面辅道，上跨汉蔡路后，沿汉蔡路向南，占用汉蔡路与中心渔港间中心渔港范围内的绿化带，采用全线高架桥穿越中心渔港范围，终点接海滨高速，全线采用高架桥形式，桥梁长度4.858km。工程起点、终点设置汉蔡路互通立交、海滨高速立交，中间设置主线高架桥，桥梁面积约11.3万m2。工程地理位置和联络线平面布置如图1和图2所示。

工程沿线构筑物众多，跨越多条高速公路、城市主干道，地上存在多条高压线，地下埋深多条燃气、输水管线，同时穿越强震区、盐池。工期紧，任务重，设计及施工存在众多难点，需予以重视。

图1　工程地理位置图

图2　联络线平面布置图

2　工程背景

随着天津滨海新区经济的快速发展，海滨高速交通流量激增，海滨高速开放段交通量已经趋于饱和，并且以大型货车居多，过境交通流量对新区核心区交通形成很大干扰。本工程将在建的津港高速、西外环高速、津汉高速与海滨高速相连接，共同组成海滨高速核心区疏解线，引导过境交通避开滨海核心区，形成沿海高速过境通道，避免穿越滨海核心区，减少了滨海核心区的交通压力。

按照新一轮国家高速公路网规划，已将该工程纳入到国高网规划，与河北、山东沿海高速共同组成环渤海高速公路。

3　桥梁设计技术标准

设计基准期：100年。

设计安全等级：一级。

荷载标准：公路-Ⅰ级。

设计行车速度：V＝80km/h。

桥梁横断面：双向四车道高速公路标准，桥梁按双幅桥设置，0.5m（防撞栏杆）+12.0m（车行道）+0.5m（防撞栏杆）+0.5m（桥梁净距）+0.5m（防撞栏杆）+12.0m（车行道）+0.5m（防撞栏杆），单幅桥宽13.0m，断面全宽26.5m。

地震烈度：设防烈度8度。

设计地震动峰值加速度系数：0.2。

抗震设防B类桥梁，措施等级9度。

4　桥梁工程设计

本工程分为汉蔡路互通立交、海滨高速立交及主线高架桥，桥梁具体结构形式分述如下。

4.1汉蔡路互通立交

立交为一般服务型互通式立交，为近远期结合的立交方案。近期采用主线桥梁跨越汉蔡路的菱形立交，设置地面辅道与汉蔡路沟通，并预留远期地面辅道与汉蔡路苜蓿叶立交的实施条件；远期视道路建设与土地开发计划或交通量较大时再实施苜蓿叶立交。立交由左幅桥、右幅桥组成。桥型选择及桥孔布置综合考虑路线接线、桥台位置、道路跨越要求、施工条件等因素，跨径25～72.6m。对于50m跨径以下的上部结构，采用等截面现浇预应力混凝土连续梁；对于50m跨径以上的上部结构，采用变截面现浇预应力混凝土连续梁。下部采用花瓶墩，横向支点间距4.0～4.5m，半圆与矩形相结合截面。基础采用钻孔灌注桩，矩形承台。现浇梁断面图如图3所示。

图3　现浇梁断面图（单位：cm）

4.2海滨高速立交

立交为丁字交叉，跨越现状海滨高速，相交角度约为50°。立交由主线、A线、B线组成。桥型选择及桥孔布置综合考虑路线接线、桥台位置、道路跨越要求、施工条件等因素，跨径21～62m。对于50m跨径以下的上部结构，采用等截面现浇预应力混凝土连续梁；对于50m跨径以上的上部结构，采用变截面现浇预应力混凝土连续梁。对于跨越海滨高速位置，采用1×62m简支钢箱梁。

现浇梁下部采用花瓶墩，横向支点间距4.0～4.5m，半圆与矩形相结合截面。上部为钢箱梁，下部采用双柱接明盖梁。基础采用钻孔灌注桩，矩形承台。钢箱梁断面图如图4所示。

图4　钢箱梁断面图（单位：cm）

4.3主线高架桥

主线高架桥全线位于汉蔡路北侧绿化带内，由左幅桥、右幅桥组成，分别为Z线、Y线、主线。桥型选择及桥孔布置综合考虑道路跨越要求、施工条件等因素，跨径30～56m。对于跨径小于40m，且平曲线半径大于800m的上部结构，采用预制简支变连续小箱梁；对于跨径小于50m，且平曲线半径小于800m的上部结构，采用等截面现浇预应力混凝土连续梁；对于50m跨径以上的上部结构，采用变截面现浇预应力混凝土连续梁。

根据上部结构的不同，采用不同的下部结构形式。上部为预制小箱梁，下部采用双柱接明盖梁；上部为现浇箱梁，下部采用花瓶墩，横向支点间距4.0～4.5m，半圆与矩形相结合截面。小箱梁断面图如图5所示。

图5　小箱梁断面图（单位：cm）

5　关键技术问题研究

5.1跨越津汉高速辅道节点的处理

联络线在上跨津汉地面辅道处，主线线位与地面辅道线位夹角22°。由于工程土地已经征用，且地面辅道南侧存在一条现状高压线，线位已无调整可能。通过调整桥梁跨径及结构形式，提出两种方案：

（1）一跨跨越地面辅道，跨径90～120m。

（2）通过暗盖梁横向加宽，在中央分隔带设置门架，跨径布置30～48m。

方案一通过加大跨径形式跨越，行车视野开阔，但梁高大，桥长增加，桥梁规模较大。方案二通过加宽暗横梁，在中央分隔带内设置墩柱，减小了跨径，梁高小，桥梁规模较小，但桥梁结构复杂，门架跨度12～17m，需配置预应力。

通过比较，在满足行车视距的前提下，选取方案二设置暗盖梁门架方案。相关示意图如图6～图9所示。

图6　平面位置示意图

图7　门架布置平面图（单位：m）

图8　门架断面图（单位：cm）

图9　门架预应力钢束立面图（单位：cm）

以右幅桥40m+48m+37.0624m预应力混凝土箱梁，门架跨径17.4m为例，全联采用梁格法进行空间建模，箱梁及门架按照部分预应力A类构件进行计算。通过验算，门架配置2排9s15.2和1排12s15.2共22束预应力钢束，满足规范要求。

5.2强震区桥梁抗震设计

工程全线位于天津汉沽境内，沿线宁河、清河农场至汉沽一带地震活动剧烈，以往都有大量的小及中强震发生，属于唐山地震活动块体。场地土类型为软弱土，场地类别为Ⅳ类，地质条件差，桥梁抗震设计显得尤为重要。地震导致桥梁结构受损如图10、图11所示。

图10　落梁

桥梁按照两水准设防，两阶段设计。在E1地震作用下，进行弹性设计。在E2地震作用下，根据结构形式的不同，进行延性设计，或者减隔震设计。同时采取相应的抗震措施。

图11　墩身破坏

跨径30m小箱梁结构，采用水平力分散型橡胶支座。E1水准采用弹性设计，根据计算确定基础型式、桩长。E2水准采用延性设计，墩柱作为延性构件。通过截面弯曲-曲率(M-Φ)分析，求解屈服弯矩，分析墩柱是否进入塑性。如果进入塑性，考虑塑性铰，验算墩定位移、塑性铰抗剪，如图12所示。

图12　截面弯曲-曲率(M-Φ)分析

跨径小于40m的现浇箱梁，采用铅芯橡胶支座。E1水准采用弹性设计，将铅芯橡胶支座的弹性刚度输入，根据计算确定基础型式、桩长。E2水准采用减震设计，将铅芯橡胶支座的屈服刚度输入，验算基础及位移，如图13、图14所示。

图13　铅芯橡胶支座

图14　铅芯橡胶支座刚度输入

跨径大于40m的现浇箱梁，采用速度锁定型变曲率摩擦摆式支座。E1水准采用弹性设计，各墩联合抗推，共同抗震（速度器锁定），根据计算确定基础型式、桩长。E2水准作用下各墩位支座共同摆动工作，联合减震（支座抗震销剪断），验算基础及位移，如图15、图16所示。

图15　速度锁定型变曲率摩擦摆式支座

主要抗震措施：

（1）桥梁结构宜跨度相同，每联连续跨内下部墩身刚度相近。

（2）通过调节每联内墩柱的截面尺寸，潜在塑性铰区域内箍筋的布置、配箍率，纵向钢筋的配筋率，进而调节墩身刚度，提高墩柱的延性能力。

图16　速度锁定型变曲率摩擦摆式支座刚度输入

（3）适当的加宽墩台及盖梁顶宽度，防止落梁。盖梁加强横向两侧抗震挡设计，花瓶柱设置抗震槽钢，伸缩缝、桥台设置橡胶垫。

（4）每片预制梁顶面增设预埋钢筋，在保证桥面混凝土铺装与主梁结合良好的同时，加强各片梁之间的横向连接。

（5）保证板式支座的抗滑稳定性，选用水平力分散型橡胶支座。

（6）伸缩缝设置，宜考虑地震作用下梁的相向运动，对于桥台位置，墩柱刚度、上部结构型式变化的位置，宜适当加大伸缩缝的尺寸。

5.3强腐蚀地区桥梁耐久性设计

本工程穿越汉沽盐场，盐池表层水土中的含盐量很多，都达到饱和或过饱和，超出海水含盐量的10倍以上，在此类环境下进行桥梁建设，耐久性设计显得尤为重要。盐池现场照片和海水腐蚀照片如图17、图18所示。

图17　盐池现场照片

图18　海水腐蚀照片

耐久性设计：

（1）桥梁桩基、桥台（承台）及系梁、防撞护栏的混凝土强度等级统一提高到C35，墩柱提高到C40，并适当加大主筋净保护层厚度。

（2）处于盐池的墩柱外侧设置一层厚20cm同标号混凝土保护层（柱靴）。

（3）桩基外侧设置永久性钢护桶，壁厚10mm，长4m，涂刷防腐涂料。

（4）承台、墩柱、桥台混凝土抗冻等级采用F300。

（5）位于土中的承台、系梁、墩柱涂刷防腐涂料，墩柱涂刷至高于地面50cm处。桥台承台施工前，应在下垫层顶面涂刷防腐涂料，承台施工完成后，在承台外壁及顶面涂刷防腐涂料；桥台各部位表面均需涂刷防腐涂料。混凝土表面涂层最小平均厚度见表1。钢护筒表面涂层最小平均厚度见表2。

表1　混凝土表面涂层最小平均厚度

表2　钢护筒表面涂层最小平均厚度

（6）混凝土耐久性要求。

a.水泥中氯离子含量应尽可能低，混凝土拌和料中因各种原材料（水泥、矿物掺和料、集料、外加剂和拌和水等）引入的水溶氯离子总量：对于钢筋混凝土构件，应不超过胶凝材料重的0.1%；对于预应力混凝土，应不超过胶凝材料重的0.06%。混凝土中的总含碱量一般不宜超过3kg/m3。

b.要求水泥中C3A含量不应超过8%，水泥细度（比表面积）不宜超过350m2/kg，游离氧化钙不宜超过1.5%。宜采用C2S（硅酸二钙）含量较高而水化热较低的硅酸盐类水泥品种。

c.混凝土抗冻耐久性指数DF，承台和墩柱部分DF值取80%，其余DF值取60%。

d.混凝土28d龄期的氯离子扩散系数DRCM值应小于4×10-12m2/s。

e.对于有抗冻要求部位的混凝土，应在混凝土拌和时掺加引气剂。

（7）构件的防排水设计。桥面铺装层与桥面之间，按照相关规范要求，设置可靠的防水层，并按照排水设计要求设置桥梁泄水孔，泄水管不得以钢质或铸铁替代PVC管，不得随意减短泄水管长度。

（8）需要进行的定期维修与检测项目。对于有水位变动区域或潮湿区域的混凝土结构，应观察混凝土表面涂层有无表层起皮，并发展到剥落、集料裸露的状况发生。

由于结构的个别部位的使用年限不一定能达到与主体的设计基准期相同，如桥梁支座、伸缩缝、泄水孔、桥面铺装、混凝土表面涂层等，应对这些部位进行定期检查，如遇损坏应及时维修。

对于复合曲率摩擦摆支座，按照厂家提供的产品使用要求进行维护。应根据不同场合、突发事件等情况下还应做如下维护管理：安装1年后做初期检查，然后每3～5年定期检查一次，发生强烈地震等情况应及时检查。

6　结　语

该工程为天津滨海新区环线高速的重要组成部分，工程建成后，将与海滨高速、西外环高速、津港高速二期、津汉高速共同构成新区外围环线高速路网，对于疏解集疏港通行压力、实现新区交通客货分离具有重要意义。

工程目前主体部分已经施工完毕，施工质量良好，为以后建设的路网工程提供了宝贵的设计经验。

[1]顾赛辉.天津滨海新区西外环盐池段桥梁耐久性设计[J].中国市政工程，2013（2）：20-21，27，104-105.

U442.5

B

1009-7716（2016）11-0065-06

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.019

2016-07-05

李连强（1970-），男，天津人，教授级高级工程师，从事桥梁结构工程设计工作。