颜心园, 王 琳, 施文杰

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司；公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心,安徽 合肥 230088)

1 工程背景

合肥绕城高速集贤路互通立交工程是合肥绕城高速新增的互通立交，位于绕城高速公路与集贤路(城市快速路)交叉处。项目的建设，不仅能够缓解相邻两座互通立交的交通压力、提高高速公路运行效率；而且能够改善互通周边城市道路的快速出行。

作为衔接高速公路与城市快速路的互通立交，集贤路互通路交面临如下制约因素：绕城高速上跨合九铁路立交桥、互通周边厂房建筑群、集贤路快速化规划、城市支路网等(图1)。

图1 绕城高速区域鸟瞰图

2 总体设计

2.1 互通立交方案

针对现状区域局促的建设条件和控制因素，借鉴其他绕城高速类似条件互通立交成功经验，最终采用变形双喇叭全互通立交方案[1-3]。本方案充分利用高速公路两侧绿廊有限的空间，进出口收费广场分别设置在高速公路两侧，巧妙地实现无拆迁条件下紧凑区域的紧凑布线。

2.2 互通桥梁总体方案

互通立交范围内，主线双向八车道高速公路长约1.533 km，新建匝道全长约6.518 km，其中C、D匝道下穿高速公路，F匝道上跨集贤路，G匝道上跨绕城高速和集贤路，A、B匝道依次上跨C、D匝道和香樟大道。

本项目共新建：主线桥梁80 m，1座；匝道桥1 573.7 m，5座；主线老桥利用拼宽桥梁16 m，1座；涵洞15道。限于篇幅，论文仅以G匝道桥梁为例(图2)。综合考虑现场自然条件、施工难易、造价及整体景观等制约因素，确定合理的桥梁设计方案[4-6]。G匝道桥梁跨径布置为：2×(4×25)+57.3+(20+22+18.2+16.1+17)+(30+2×25) m，全长430.6 m。跨绕城高速主桥上部结构为钢桁架梁桥，其余为预应力混凝土现浇箱梁[7]。

图2 G匝道桥总体布置图

3 细部结构设计

3.1 跨绕城高速桥梁设计要点

根据G匝道纵坡及上跨绕城高速净空高度要求，上跨绕城高速桥梁主梁高度不能大于1.8 m；同时原绕城高速合九铁路分离立交桥中央分隔带中间缝宽1.0 m，且主梁外侧设置了通讯箱，不能设置桥墩，使得必须一跨跨越绕城高速合九铁路分离立交桥，桥梁跨径约为56 m。考虑到以上限制因素，综合分析比较了钢箱梁桥、拱桥、钢桁架桥等方案，主跨最终采用1孔57 m低高度钢桁架梁桥[8-10]。

上跨原绕城高速铁路桥的钢桁架桥，位于R=130 m平曲线上，采用弯桥直做，即钢桁梁防撞护栏按道路平曲线布置。

主桁采用无竖杆华伦式体系，节间长度3.4 m，主桁高度7.2 m(含主梁)。两片主桁横向距离为15.2 m，桥面行车道宽度10.5 m。

上弦杆采用φ800单圆钢管混凝土，壁厚18 mm；下弦杆为等截面矩形钢箱，跨中段尺寸为1.2 m(宽)×2.0 m(高)，端部弦杆尺寸为1.2 m(宽)×2.5 m(高)。端斜杆采用壁厚20 mm的φ600钢管混凝土结构；中间斜腹杆采用φ600钢管，壁厚分20 mm、14 mm和12 mm三种。

主桥桥面系为正交异性桥面板，荷载经横梁传递至下弦杆；端横梁为箱型横梁，中横梁为倒T型横梁，中横梁标准间距为3.4 m，腹杆与下弦杆结合处与下弦杆节点板焊接，节点板与箱型下弦内部两个横隔板连接，通过横隔板将荷载传递到桁架下弦的腹板上(图3、图4)。

图3 桁架桥立面布置图(单位：cm)

图4 桁架桥横断面布置图(单位：cm)

3.2 跨城市快速路桥梁设计要点

现状集贤路为城市主干道，下穿合九铁路绕城高速上跨桥。依据合肥市规划，集贤路远期改造为城市快速路。为保障集贤路无障碍快速通行需要，G匝道第四、五联桥梁设计时充分考虑了集贤路主、辅道及H匝道的净空要求。两联跨径不同，考虑到市政桥梁景观要素，两联桥梁主梁采用统一的梁高，高1.8 m。现浇箱梁顶板宽10.5 m，底板宽6.5 m。为提高曲线段匝道桥的抗倾覆性能，桥梁下部结构每一联均设置一个固接墩，其余桥墩为双柱墩。

3.3 全封闭式隔音棚桥梁设计要点

依据环评报告要求，绕城高速采用声屏障+封闭式隔声棚、隔声窗、降噪林等环境保护措施降低噪声污染。G匝道第四联尾跨和第五联桥梁设置全封闭式隔音棚(图5)，以减少项目建设运营对沿线环境的负面影响。

图5 全封闭隔音棚完成后桥梁实景图

封闭式隔音棚侧面及顶部透明板采用15 mm加筋亚克力板,周边采用铝合金型材边框；金属吸隔声板外壳采用铝合金板，厚度1.5 mm，表面钝化后喷塑；内部填充高性能吸音材料。桥上封闭式隔音棚设置在现浇箱梁防撞护栏上，宽度10 m，高度6.33 m，桥梁上部投影高度共计9.43 m。桥梁设计时除了要考虑桥梁自身的恒载和活载外，尚需计入曲线匝道桥偏心及偏载、全封闭式隔音棚传递荷载与作用。常规构造尺寸已不能满足设计要求，为此对第四联和第五联箱梁进行了特殊设计(图6)：

图6 墩顶处箱梁断面图(单位：cm)

(1)为提高结构整体刚度和承载力，现浇箱梁梁高加至1.8 m；同时箱梁悬臂翼缘根部加高至70 cm。

(2)为提高风荷载和曲线段偏载下桥梁抗倾覆性能和抗扭性能，第五联箱梁设置一处固接墩，桥台处采用双支座，同时另外两个横梁加宽至与主梁等宽，支座横向距离加大至8.7 m。

(3)下部结构也相应优化设计，由常规双柱墩优化为矩形双柱接盖梁，墩柱接承台桩基础。双柱桥墩采用1.8 m×1.8 m矩形截面，固接墩根部尺寸为1.2 m×1.8 m。桥墩采用型钢混凝土，以提高墩柱承载力和耐久性。

3.4 桥梁下部结构设计

跨绕城高速主桥过渡墩采用三柱式墩接盖梁接承台桩基；跨集贤路第四联桥梁，考虑桥下净空、绿化带及中分带等合理布置桥墩，设置一个独柱固接墩和一个独柱双支座墩；上跨H匝道和集贤路辅道的第五联桥梁设置一个固定墩；其余桥墩均为双柱墩。

4 结构计算分析

运用MIDAS Civil对跨线主桥进行总体结构计算分析，根据现场施工工序进行有限元模拟分析(图7)。

图7 桥梁有限元模型

桁架桥计算结论如下：

(1)荷载标准组合工况下，上弦杆钢管最大应力158 MPa，腹杆最大应力151 MPa，下弦杆最大应力104 MPa，横梁最大应力170 MPa，均小于设计值，满足规范要求。

(2)在汽车活载作用下，钢桁架桥下弦杆最大最小竖向位移和为12 mm

5 结束语

2018年3月，集贤路互通立交工程正式投入运营，有效改善区域城市出行压力，提高了高速公路运行效率，取得良好的社会效益与经济效益。与此同时，本项目的成功落成和运营，具有一定的借鉴意义：

图8 建成后的集贤路互通全景图

(1)面对现状区域局促的建设条件和控制因素，因地制宜，成功运用变形双喇叭全互通立交方案，为类似互通立交提供宝贵经验。

(2)跨线低高度桁架桥，具有低高度、便于快速施工等特点，可有效减小桥梁整体规模、减小造价、缩短工期。它不仅在互通立交跨线桥梁发挥优势，同时对平原区公路和市政立交桥设计有较强的借鉴意义。

(3)针对市政跨线桥梁，桥下受限因素较多，应因地就势合理落墩。曲线匝道桥应尽可能少用或不用独柱墩；不得已必须要采用独柱墩时，可考虑采用固接墩或者独柱墩设置双支座，并加强抗倾覆计算。

(4)本项目G匝道设置封闭式隔音棚桥梁设计经验，对其他环境敏感区同类桥梁设计具有较强参考价值。