王浩

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

橋梁結(jié)構(gòu)

淺談上海高架快速路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展

王浩

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

上海市快速路高架橋的建設(shè)經(jīng)歷近30 a，高架橋主體結(jié)構(gòu)也從最初滿足功能要求、節(jié)省造價(jià)為主的類型，發(fā)展到現(xiàn)在在滿足功能前提下，更多地考慮施工快速、保護(hù)環(huán)境，提高工作效率等。為了順應(yīng)發(fā)展的要求，設(shè)計(jì)從總體到細(xì)節(jié)，從每個(gè)構(gòu)件著手，精心構(gòu)思，不斷改進(jìn)。

高架橋；結(jié)構(gòu)更新；預(yù)制拼裝

0 引言

為了滿足日益繁忙的交通，上海市從1990年開始建設(shè)地面立體交通網(wǎng)。從最早的內(nèi)環(huán)高架、南北高架、延安路高架，到以后的外環(huán)、中環(huán)、逸仙路高架、滬閔高架、嘉閔高架等周邊的多條快速路及各種大型的樞紐網(wǎng)等等，經(jīng)歷了近30 a的建設(shè)，隨著交通功能、環(huán)境保護(hù)等要求的不斷提高，橋梁結(jié)構(gòu)從上到下、從總體到細(xì)節(jié)均發(fā)生了重大變革。

1 總體布置

隨著交通量的不斷增加，經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，道路的交通網(wǎng)越來越完善，高架橋線形越來越復(fù)雜，規(guī)模也越來越龐大。

（1）從總體布置上看，高架橋的長度在隨之增加；

（2）從局部的跨徑設(shè)置看，沿線需跨越的橫向道路、河道以及部分重要的商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)越來越多，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，給橋墩布置帶來很大困難，為此，設(shè)計(jì)逐步把標(biāo)準(zhǔn)跨徑從20 m左右優(yōu)化到30 m左右；

（3）從橫向看，由于在高架橋下還布置地面輔道系統(tǒng)，造成地面用地緊張，要求高架橋的橋墩盡量縮小橫向?qū)挾?，由此高架橋的橫向懸臂從7 m左右增加到10 m左右，而且在承臺(tái)的布置上，盡量將承臺(tái)寬度控制在地面分隔帶中，避免破壞地面道路的路基；

（4）從外觀上，設(shè)計(jì)力求整體結(jié)構(gòu)的風(fēng)格協(xié)調(diào)一致，梁高變化和橋?qū)捵兓?，設(shè)計(jì)盡量采用平緩過渡，避免視覺上的不和諧；

（5）從方便施工，節(jié)省工期考慮，橋梁的單體構(gòu)件盡量標(biāo)準(zhǔn)化，提高工廠化預(yù)制構(gòu)件的比例，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，提高工作效率、工程質(zhì)量，從而也降低施工成本，節(jié)省工程造價(jià)。

2 上部結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)90年代的內(nèi)環(huán)線、外環(huán)線、郊環(huán)線、滬杭高速、滬寧高速等高架橋，設(shè)計(jì)在滿足交通基本功能前提下，更多地考慮建設(shè)成本，施工方便，普遍采用當(dāng)時(shí)上海地區(qū)非常流行的先張法簡支板梁，橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)。

上海地區(qū)位于軟土區(qū)域，以前的橋梁較多采用對(duì)控制沉降要求較低的簡支結(jié)構(gòu)。對(duì)于跨徑大于或等于13 m但不超過22 m的跨徑可采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁(見圖1)。當(dāng)時(shí)預(yù)應(yīng)力空心板梁工廠預(yù)制工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定，運(yùn)輸及安裝也較方便。當(dāng)橋梁位于平曲線段，在彎曲半徑不小于1 000 m處，仍可用折線替代曲線做成直線形板梁，利用板梁的懸臂來調(diào)整曲線。且當(dāng)時(shí)簡支空心板梁結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)勢(shì)在于施工快速、投資節(jié)省。

圖1 簡支板梁斷面

在內(nèi)環(huán)線、外環(huán)線以及郊環(huán)線工程中大量使用該結(jié)構(gòu)。隨著這些工程陸續(xù)建成通車，交通量增長快速，據(jù)養(yǎng)護(hù)部門及檢測(cè)部門反映，簡支板梁逐漸暴露出一些無法避免的缺陷：

（1）外形單一，景觀上造成視覺疲勞；

（2）當(dāng)時(shí)簡支板梁的橫梁連接采用鉸接，鉸接構(gòu)造在理論上可行，但往往施工難以達(dá)到完整鉸接效果，特別在重型車輛下鉸縫的耐久性非常差，造成大量鉸縫處漏水，運(yùn)營階段的養(yǎng)護(hù)成本大。

在設(shè)計(jì)上，隨著交通量的增大，高架橋的車道從4車道提高到了6車道，橋?qū)捲?5～30 m，且需跨越眾多路口，20 m左右的跨徑相對(duì)于橋?qū)捖燥@偏小，且20 m左右跨徑的跨越能力較差。顯然鉸接板梁已無法適應(yīng)高架橋的發(fā)展要求，故在南北高架、中環(huán)高架、嘉閔高架等設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)采用30 m作為標(biāo)準(zhǔn)跨徑，并在橫向采用剛性連接，增加了整體性，行車舒適性，減少養(yǎng)護(hù)工作量。適合30 m跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)有簡支T梁、簡支小箱梁和連續(xù)箱梁。

簡支T梁（見圖2）和簡支小箱梁（見圖3），施工便捷，對(duì)地面交通影響小，本身的剛度整體性較簡支板梁好，在墩頂處可以橋面連續(xù)也可結(jié)構(gòu)先簡支后連續(xù)，缺點(diǎn)在于外形單一，景觀效果一般，且無法適應(yīng)平面線形復(fù)雜處的布置。

圖2 簡支T梁斷面

圖3 簡支小箱梁斷面

大箱梁（見圖4～圖7）的整體剛度、耐久性、行車舒適性是其他構(gòu)件無法比擬的，且外形多變、美觀，對(duì)于平面線形曲線復(fù)雜處也能完全適應(yīng)，缺點(diǎn)在于施工時(shí)搭設(shè)的滿堂支架對(duì)地面交通影響較大，造價(jià)也略高。

圖4 直腹板大箱梁

圖5 魚腹形大箱梁

圖6 雙弧形大懸臂箱梁

圖7 弧形大懸臂箱梁

針對(duì)這些結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，設(shè)計(jì)在標(biāo)高較高、跨越河道、跨越重要路口以及景觀要求不高處基本采用簡支T梁和小箱梁，例如跨黃浦江大橋兩側(cè)的引橋、嘉閔高架等；在景觀要求高，平面線形復(fù)雜區(qū)域，以及施工場(chǎng)地允許情況下較多采用現(xiàn)澆箱梁或鋼箱梁，例如南北高架、延安路高架、虹橋樞紐、滬閔高架等。

3 下部結(jié)構(gòu)

隨著上部結(jié)構(gòu)的改變，高架橋的下部結(jié)構(gòu)也隨之變化，除了滿足上部結(jié)構(gòu)受力要求，更較多地考慮景觀效果，和節(jié)省土地的需要。

配合簡支結(jié)構(gòu)的下部結(jié)構(gòu)基本為立柱加蓋梁，對(duì)于外環(huán)線、郊環(huán)線或高速公路橋梁，地面不設(shè)輔道處，設(shè)計(jì)往往采用最經(jīng)濟(jì)的排架墩橋墩形式（見圖8），即鋼筋混凝土圓形立柱和矩形蓋梁。在要利用橋下凈空設(shè)地面輔道處，設(shè)計(jì)基本采用雙柱墩或獨(dú)柱墩加大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁（見圖9、圖10）。

圖8 排架墩

圖9 雙柱墩

圖10 獨(dú)柱墩

根據(jù)受力需要和景觀效果，蓋梁的橫斷面也形式多樣，如上部結(jié)構(gòu)是先簡支后連續(xù)構(gòu)造，則蓋梁斷面采用平頭蓋梁（見圖11），對(duì)于懸臂較大的蓋梁，為了增加蓋梁的高度則要采用T型蓋梁（見

圖11 平頭蓋梁

圖12 倒T蓋梁

圖13 T型蓋梁

配合連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的下部結(jié)構(gòu)基本為鋼筋混凝土立柱加系梁，橋墩的整體外形與上部的箱梁外形要協(xié)調(diào)，立柱的間距要滿足地面分隔帶寬度要求，立柱上端根據(jù)箱梁支座間距的要求需設(shè)向兩側(cè)的弧度，增大立柱上端部橫向尺寸（見圖14），并根據(jù)受力要求設(shè)置上系梁。

圖14 連續(xù)梁橋墩

連續(xù)梁橋墩立柱的斷面形式也根據(jù)需要可以進(jìn)行多種變化（見圖15）。

圖15 連續(xù)梁橋墩立柱斷面

4 樁基

在橋梁結(jié)構(gòu)的選型中，樁基的類型向來是整個(gè)工程的重點(diǎn)，選用樁基的幾個(gè)因素：

第一，根據(jù)地質(zhì)情況選用樁基；

第二，根據(jù)受力情況合理布置樁基；

第三，根據(jù)周邊的建筑物、地下管線等來選用樁基。

合理的樁基設(shè)計(jì)可以避免對(duì)地面輔道路面的破壞，降低承臺(tái)厚度，減少施工時(shí)的開挖工作量，也可節(jié)省工程造價(jià)。

早期更多地是考慮節(jié)省造價(jià)、節(jié)省工期，高架橋的樁基普遍采用預(yù)制打入樁，內(nèi)環(huán)高架時(shí)期采用450 mm×450 mm預(yù)制鋼筋混凝土小方樁（見圖16），總長度在30 m左右，分2～3節(jié)樁，上下節(jié)樁采用角鋼焊接連接。

圖16 鋼筋混凝土方樁(單位：mm)

隨著高架橋建設(shè)規(guī)模的增加，以及施工過程中的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)制鋼筋混凝土小方樁的缺點(diǎn)也暴露無疑：

（1）截面尺寸小，承載力不高，特別是承受水平荷載能力差，使得墩臺(tái)下配置的樁根數(shù)較多，造成承臺(tái)較大；

（2）截面尺寸小，樁長有限，有些區(qū)域樁端到不了良好持力層；

（3）打樁時(shí)易樁頭破碎，樁身易歪。

為此在高架橋設(shè)計(jì)中逐步用PHC預(yù)應(yīng)力管樁（見圖17）和鉆孔灌注樁替代鋼筋混凝土小方樁。

圖17 PHC預(yù)應(yīng)力管樁

高架橋中常用的PHC預(yù)應(yīng)力管樁樁徑在600 mm，截面為薄壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)配預(yù)應(yīng)力筋，樁長可以達(dá)到45 m左右，分3～4節(jié)樁，上下節(jié)樁通過法蘭焊接連接，樁端有開口的樁靴，在計(jì)算承載力時(shí)端承力可按全斷面計(jì)算，同樣長的600 mm直徑PHC預(yù)應(yīng)力管樁承載能力與直徑800 mm的鉆孔灌注樁相當(dāng)，但造價(jià)比鉆孔灌注樁要低許多，而與小方樁比垂直承載力和抗彎能力均有較大提高，故而可以大大減少樁基的根數(shù)，縮小承臺(tái)尺寸，加快施工工期，故設(shè)計(jì)在上海高架橋設(shè)計(jì)中大量采用PHC預(yù)應(yīng)力管樁。

但由于打入樁在施工中對(duì)周邊的房屋建筑、管線均有不利影響，當(dāng)需穿越一定厚度較密實(shí)的中密砂層時(shí)，沉樁有一定難度，且在有高壓線處樁架施工會(huì)有一定的危險(xiǎn)，故遇到這些區(qū)域鉆孔灌注樁存在較大優(yōu)勢(shì)，施工時(shí)基本沒有擠土效應(yīng)，對(duì)周邊的建筑、管線沒有破壞影響，只要控制施工質(zhì)量，鉆孔灌注樁的沉樁沒有困難，且鉆孔灌注樁沒有樁上下節(jié)的連接，抵抗水平力和抗彎能力比較強(qiáng)。鉆孔灌注樁另一種優(yōu)勢(shì)即樁徑靈活，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)性強(qiáng)。

5 預(yù)制拼裝在高架橋中的運(yùn)用

2014 年上海市發(fā)布了《上海市綠色建筑發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2014-2016）》；2016年上海市交通委員會(huì)發(fā)布《上海市交通建設(shè)裝配式技術(shù)應(yīng)用推廣方案（2016年-2018年）》，大力推廣全預(yù)制裝配式橋梁，預(yù)制裝配式技術(shù)具有構(gòu)件生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝快速便捷、施工節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。減少對(duì)大氣環(huán)境和道路交通的影響，提升工程品質(zhì)和安全質(zhì)量、文明施工水平。其生產(chǎn)手段要求：工廠化、專業(yè)化、裝配化、信息化。為了順應(yīng)發(fā)展要求，在近期的上海高架橋設(shè)計(jì)中大量采用預(yù)制裝配構(gòu)件（見圖18）。

圖18 橋梁預(yù)制配裝示意

目前在嘉閔高架部分路段中和S3先期實(shí)施段工程中，除樁基和承臺(tái)外，其他主體構(gòu)件均采用預(yù)制配裝構(gòu)件。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制的小箱梁，先簡支后連續(xù)，與以往小箱梁的設(shè)計(jì)相比，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)最大程度上減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，將復(fù)雜點(diǎn)在預(yù)制廠中解決，主要措施：

（1）減小小箱梁之間的濕接縫寬度到30 cm（見圖19），為了減少現(xiàn)場(chǎng)鋼筋焊接工作量，加快施工速度，設(shè)計(jì)引進(jìn)了超高性能混凝土（UHPC），并利用超高性能混凝土延性好，收縮應(yīng)變小的優(yōu)點(diǎn)，有效控制裂縫寬度，增加了結(jié)構(gòu)耐久性；

圖19 小箱梁濕接縫示意(單位：m)

（2）在變寬段，將預(yù)制梁設(shè)計(jì)成變寬，現(xiàn)場(chǎng)施工的濕接縫仍保持30 cm。

在下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中整體預(yù)制吊裝，或根據(jù)起吊荷載的限重將蓋梁和立柱構(gòu)件進(jìn)行合理分段或，在現(xiàn)場(chǎng)就位后再連接成整體（見圖20）。

圖20 蓋梁吊裝示意

蓋梁與立柱的連接、立柱與承臺(tái)的連接，設(shè)計(jì)采用套筒連接（見圖21）或金屬波紋管連接等連接方式（見圖22）。

圖21 套筒連接構(gòu)造

圖22 金屬波紋管連接構(gòu)造

并且在工程實(shí)施期間，設(shè)計(jì)配合業(yè)主和施工單位對(duì)新材料、新工藝進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)，為今后大規(guī)模地進(jìn)行預(yù)制配裝橋梁提供了重要的可靠數(shù)據(jù)。

6 附屬結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

在高架橋的不斷建設(shè)和實(shí)際運(yùn)營過程中，管理人員將日常養(yǎng)護(hù)的經(jīng)驗(yàn)及時(shí)反饋設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)也依次不斷在優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別在高架橋的附屬結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)尤為明顯。具體體現(xiàn)在：

（1）在簡支梁橋的連續(xù)縫中增設(shè)止防塵、止水構(gòu)造；

（2）優(yōu)化防撞欄桿上伸縮縫處處理，放棄原先簡單的嵌縫膠處理，采用帶止水效果的風(fēng)琴式或異性鋼構(gòu)造；

（3）橋面防水層也改進(jìn)到采用纖維增強(qiáng)型防水層，并加強(qiáng)鋪設(shè)前混凝土面層的清理措施；

（4）連續(xù)梁支座處的擋塊也由原混凝土擋塊改為輕巧實(shí)用的預(yù)制鋼擋塊；

（5）橋墩的排水管曾經(jīng)有過外置式、內(nèi)置式，目前結(jié)合排水性能、養(yǎng)護(hù)便捷以及景觀效果，采用立柱開槽式。

這些改進(jìn)雖然不涉及橋梁的安全，但是對(duì)整個(gè)城市的市容、行車的舒適、結(jié)構(gòu)的耐久性、養(yǎng)護(hù)管理帶來較大改善。

7 結(jié)語

作為城市的建設(shè)者，通過不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)手段，更新設(shè)計(jì)構(gòu)思，引進(jìn)新材料，來優(yōu)化我們的作品，讓我們的作品跟上城市快速發(fā)展的節(jié)奏，讓我們的作品更加人性化，不斷向綠色環(huán)保、節(jié)能方向發(fā)展。

重慶市推進(jìn)高速公路建設(shè) 年底通車?yán)锍虒⑦_(dá)3 000 km

從重慶到貴陽的渝黔高速公路重慶段，年內(nèi)將啟動(dòng)擴(kuò)能建設(shè)，這將為當(dāng)?shù)匦略鲆粭l雙向6車道的高速公路。

此次渝黔高速重慶段改擴(kuò)建，總里程接近100 km，線路走向與現(xiàn)有的渝黔高速基本平行，但比現(xiàn)有的渝黔高速更寬，雙向增加了兩個(gè)車道。按照規(guī)劃，這個(gè)擴(kuò)能項(xiàng)目預(yù)計(jì)在2021年開通運(yùn)營，可以有力地緩解渝黔高速的擁堵現(xiàn)狀。

根據(jù)《重慶市高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2013～2030年）》，重慶市計(jì)劃的“三環(huán)十二射多聯(lián)線”總規(guī)模近5 000 km，對(duì)外出口通道達(dá)到28個(gè)。截至2016年底，重慶市高速公路通車?yán)锍虨? 818 km，對(duì)外省際通道出口達(dá)16個(gè)。預(yù)計(jì)到今年底，該市將新增通車4個(gè)項(xiàng)目184 km，高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到3 000 km，省際出口通道達(dá)到19個(gè)。

U448.28

B

1009-7716（2017）08-0080-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.025

2017-04-06

王浩（1968-），男，上海人，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)與咨詢工作。