互通立交匝道桥梁设计研究

2023-11-09熊建辉

工程建设与设计 2023年20期

熊建辉

（北京市市政工程设计研究总院有限公司深圳分院，广东深圳 518045）

1 引言

作为当下城市交通不可或缺的结构，互通立交能够有效优化路段各方向车流的汇入现象，节约现代城市民众出行耗时，提高交通效率。互通立交的建构质量主体依托于其桥梁结构的设计水平，良好的桥梁设计能够显著提高车辆行驶的安全性及相应路段车流通行与集散的效率[1]。基于此，研究与优化立交桥梁对整体交通工程发展具有重要意义。

2 城市互通立交匝道桥梁特点分析

2.1 互通立交匝道运行速度特点

在匝道施工设计中，一定要遵循当地人的行车习惯，始终保证行驶中的车辆视距不受任何情况影响。匝道的施工设计要充分考虑车辆行驶的3 个过程：一是驶入匝道时，驾驶人的视觉改变和熟悉外部环境需要一定的调整时间，因此在驶入匝道时车辆速度会有一个逐步减慢的过程；二是行驶在匝道中间段，驾驶员已基本适应外部环境，车辆保持匀速行驶状态；三是驶出匝道时，为了快速适应正道的行驶速度，车辆驾驶员通常会从匝道尾处开始加速行驶[2]。

2.2 互通立交匝道通行能力分流分析

道路互通立交的出入口处由于通行车辆较多且通行车况复杂，该位置往往是交通事故和各种意外情况发生的集中爆发点。因此，在进行互通立交施工设计前，一定要结合通行车辆荷载承受力、不同车型对道路的不同要求等情况，对匝道的坡度、坡长、横断面尺寸、桥梁支撑结构及建设规模等内容进行综合细致分析，进而制订科学合理的施工设计方案[3]。

3 城市互通立交匝道桥梁结构设计内容

城市道路的互通立交匝道从外部结构上来看，主要是由上部结构和下部结构两个部分组成，在进行施工设计时，要分别从两个部分结构所承担的职能进行针对性能力分析，也要将两个部分组合在一起进行综合分析，因为在最终的应用中，两个部分的结构设计分别影响着匝道的整体应用效果，但两个部分组合后的应用效果才是至关重要的决定性因素。两个组成部分在具体施工设计中应分别注意。

1）匝道桥梁的上部结构主要是保障行驶车辆的正常通行，体现为具体的使用载体，因此，在进行匝道桥梁上部结构设计中要以通行要求为基础来综合考虑匝道的结构设计等内容[4]。例如，鉴于匝道宽度是影响车辆通行速度和效率的关键因素，桥梁形状结构是保障车辆行驶安全的关键因素，匝道桥面坡度是影响车辆行驶的重要因素等，在进行匝道桥梁施工设计中，要对匝道桥梁的结构形状、横断面尺寸、坡度、宽度、长度等内容进行全面综合性分析，进而保证匝道桥梁上部结构设计的科学合理性，保证城市道路交通运行的安全性、可靠性和高效性。

2）匝道桥梁的下部结构主要是保证匝道运行的安全稳定性，体现为整体结构的支撑，因此，在进行匝道桥梁下部结构设计中要以整体桥梁的荷载承受力为基础进行综合性分析设计。同时，由于匝道桥梁的下部结构最直观地暴露在居民视野中，在施工设计中还要充分考虑所处位置的外部环境因素。例如，支撑桥墩结构的美观性、占地面积、箱梁桥的整体支撑设计等。总的来说，匝道桥梁的下部结构是保障匝道整体结构安全性和可靠性的基础，在施工设计时要将所有相关因素都统筹考虑进去，进而保证施工设计的全面性和可靠性。

4 工程实例

深圳市彩梅立交改造工程项目南起现状彩田路与莲花支路相交路口，向北上跨北环大道后，继续上跨梅林路，向北接顺现状彩田路，终于梅东二路，改造全长约1.3 km，平面整体呈南北走向。彩梅立交全线共新建主线桥1 座，匝道桥5 座，通道1 座，天桥梯道2 座，新建桥涵总长为2 059.2 m，总建筑面积为33 520.4 m2。

5 互通立交桥梁结构设计现状

工程中匝道桥建设目的为舒缓路段南北直行车流增多带来的压力，其结构为3 层互通立交，布局总体采用从上至下。基于工程测量与研究，分析出3 点影响设计互通式立交桥梁结构的因素。

1）某高层构建物坐落于立交工程东北方，距离立交工程所设计主线路段过近，约65 m。同时，在互通立交路往北约110 m 范围内一条地裂缝贯穿施工场地，平行于互通立交路段。考虑上述状况，工程所设计桥梁东向南匝道的平曲线最小半径值仅有25 m，纵坡最大仅为4.6%，具有道路指标过低隐患。具体立交桥工程环境示意图如图1 所示。

图1 城市立交桥环境示意图

2）工程需考虑平行其立交互通路段的一条半径为1 400 mm的雨水管道，给桥梁结构设计带来了进一步挑战。

3）工程桥梁边线临近地面道路，桥梁设计需考虑左右转向所带来的交通车流压力。此外，基于交通组织状况，立交工程的桥墩设置还需配合地面交通需求，给桥梁结构设计进一步增添了难度。为使互通立交桥梁结构设计更为科学合理，相关参与设计规划人员应当具备良好的科学素养，充分利用现代化技术成果，尽可能降低上述不利因素对工程的影响。

6 互通立交桥梁结构优化设计

6.1 小半径匝道桥梁结构设计

考虑到曲率等因素影响，为预防弯桥截面发生翘曲变形现象发生，即降低扭矩对弯桥承受竖直向弯曲过程中的影响，相关设计工程师要基于工程特征，在设计规划匝道阶段针对性选用约20 m 的跨径。同时，在对工程桥墩结构设计时，需考虑扭矩对其腹板里外下挠的影响，选用双支座以避免内外侧下挠过大差距。规划立交桥防撞护栏方案时，工程师需选用不同材质防撞护栏配置匝道桥梁内外侧，通常内侧选用混凝土材质，外侧选用钢材质。经实验与研究分析得出，当匝道内外选用不同材质护栏种类时，能够有效降低梁内扭矩，均衡两侧支座竖向反力，舒缓梁中内力。在恒载状况下检测不同材质护栏与同材质护栏影响分析对照表见表1 和表2。

表1 恒载状况下外侧钢护栏及内侧混凝土护栏影响分析对照表

表2 恒载状况下两侧均为混凝土护栏影响分析对照表

6.2 地裂缝部位的桥梁结构设计

工程施工区域内的地裂缝为过度采集承压水所致，经过专家探测与分析，为活动性地裂缝，具有正断层特性，即相对上盘降低，下盘升高。基于研究结果，为尽可能降低地裂缝对整体立交工程的影响，桥梁构造设计人员应遵守国家及地方有关管控单位颁布的规章制度，将此地裂缝视作三类建筑物进行避让处理，上盘理论避让距离需超过6 m，下盘不小于4 m。考虑工程勘测精度影响，为尽可能降低误差，最终工程决定实际上盘避让距离需超过8.7 m，下盘不小于6.7 m。此外，为确保桥梁桩基结构底端位置处于避让区域外，需将地裂缝倾角视为80°。综合上述参数，最终设计出跨越地裂缝区域立交桥梁跨度需大于52 m，并设计静定结构作为此段桥梁结构类型，以减少地裂缝活动对桥梁结构产生的负面效应。

6.3 下部结构优化设计

立交桥梁工程建设中需要考虑辅道的结构构建，为尽可能降低立交桥出现桥墩无序、繁多等状况发生，桥梁结构设计人员需要遵循安全可靠、适用耐久、经济合理的标准，对工程所建设桥墩的数目及大小进行科学合理把控。从工程实际出发，改善桥梁下部结构设计方案需要考虑多方面因素，诸如桥梁在建设与服役期间结构的稳定性、地震荷载等，即基于工程所在地域地震安全性评估等级，针对性进行桥梁下部桥墩规划设计。本工程中，施工地域地震评估等级为高烈区，故整体桥梁工程墩柱类型选用矩形柱，并使用具备强阻尼的橡胶支座作为工程桥梁支座，以便更有效地把控桥墩截面大小。

通过对立交桥梁墩底模拟E1 地震作用，测得在不同桥向下隔震桥梁下部结构的弯矩及剪力减震系数普遍大于50%、桩顶内力的减震系数则普遍大于30%。考虑到传统桥梁所使用的固定支座桥墩其中内力分布的均匀性较低，不利于隔震，可选用高阻尼支座以优化盆式支座桥墩内力均匀性。此外，在E2 地震作用下，为有效降低桥梁墩底出现塑性铰状况发生，选用具备高阻尼性的橡胶用作桥墩支架材质，此时桥梁下部结构剪力具备64%的减震系数且桩顶内力稳定，满足立交桥梁桩基整体结构安全与稳定的标准规范要求。

立交桥梁下部结构设计需要着重关注其盖梁设计，在符合抗震指标的基础上，做好抗震措施与桥梁结构的融合设计，保障桥下预留出适宜空间。为确保桥梁结构在遭遇地震等自然灾害期间不发生落梁等安全事故，设计人员应在桥梁底规划安装自上而下的凸块，并空余适宜空间于桥墩间。当建设桥墩较高时，设计人员需规划安装系梁于桥墩之间，并合理适配其大小，以确保桥墩不先于系梁遭到损坏。为确保系梁具备较强的塑性变形性能，需要增加对应的结构配筋数目。严格依据设计要求对箍筋的配筋进行制作，以更好地作用于立交桥梁的塑性铰区，在后续通过地下桩基抗弯检验后，依据最新抗震要求，对桥墩保护结构的构件予以进一步认定。