林 康，王德鈞

（大連市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 大連116000）

0 引 言

隨著我國中心城市和城市群逐漸成為承載發(fā)展要素的主要空間，中心城區(qū)交通擁堵問題日漸得以重視。有別于歐美各國，日本與我國同樣存在人口日趨向少數(shù)大城市聚集的特點(diǎn)，城市交通壓力巨大。日本在城市中建設(shè)了大量的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其中在經(jīng)濟(jì)高速成長期建成項(xiàng)目的運(yùn)營維護(hù)壓力逐步顯現(xiàn)。對其規(guī)范進(jìn)行研究對我國的城市橋梁建設(shè)有一定的參考借鑒意義。

1 兩國規(guī)范的比較

中日兩國的城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范均是在各自的公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范基礎(chǔ)之上制定的，而且由于橋是路的一部分，道路設(shè)計(jì)規(guī)范是橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的上位規(guī)范。本文僅對涉及城市高架橋梁方面的規(guī)定進(jìn)行比較，但引用的一些規(guī)定出自公路橋梁規(guī)范和道路規(guī)范，也有一些具體的規(guī)定出自橋梁通用規(guī)范之外的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程。兩國規(guī)范的整體思路是一致的：橋梁應(yīng)符合路線設(shè)計(jì)的要求；結(jié)構(gòu)按照極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)；從全壽命周期成本出發(fā)，對耐久性、可維護(hù)性提出比以前更高的要求。本文著重對兩國規(guī)范的一些不同之處加以說明。

1.1 橋上線形的規(guī)定

城市快速路的網(wǎng)絡(luò)化及與既有道路的無縫對接對緩解城市交通擁堵具有重要意義，城市高架橋往往是城市快速路的重要組成部分。高架橋梁涉及主路上下橋、不同快速路之間及與地面路網(wǎng)之間的匝道和定向匝道。橋梁的縱斷首先應(yīng)符合路線設(shè)計(jì)的總體要求。由于城市道路路口之間相隔距離比較近，匝道最大允許縱坡往往對互聯(lián)互通方案的成立與否具有決定性影響。中華人民共和國成立后，交通部引進(jìn)了蘇聯(lián)規(guī)范，同時(shí)編制了自有橋梁規(guī)范。橋梁規(guī)范歷經(jīng)多次修訂[1]，最大縱坡的規(guī)定基本延續(xù)了蘇聯(lián)的做法[2]。除蘇聯(lián)外，加拿大出于橋梁比道路更易結(jié)冰的考慮，對大中橋梁縱坡有比道路更加嚴(yán)格的要求；但考慮到小橋上即使車輛產(chǎn)生滑動(dòng)，也能很快進(jìn)入道路段恢復(fù)控制，所以小橋可以按照路線設(shè)置縱斷。而日本雖然一些地區(qū)降水充沛，但在規(guī)范中仍沿襲了英、美等歐美國家的做法，橋梁縱坡完全采用路線縱坡，橋梁最大縱坡與設(shè)計(jì)速度直接相關(guān)。許多通往地面道路的匝道的設(shè)計(jì)速度僅為30～40 km/h，可以采用較大縱坡。東京城市高速道路上下橋匝道的標(biāo)準(zhǔn)縱坡為7%，降雪時(shí)需要封閉交通。名古屋冬季基本無雪，最低記錄氣溫-10.3℃，城市高速上下橋匝道的標(biāo)準(zhǔn)縱坡為8%（見表1）。

小汽車爬坡能力大，縱坡大小對小汽車影響較小，而載重汽車及鉸接車的爬坡能力低，縱坡對其影響較大。設(shè)計(jì)最大縱坡考慮了各種機(jī)動(dòng)車輛的動(dòng)力性能、道路等級(jí)、設(shè)計(jì)速度、地形條件等選用規(guī)范中最大縱坡的一般值。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，客車性能已逐步接近國際水平，但載重汽車的性能與國外相比還有一定差距。通過比較可以看出，對于路線縱坡，我國公路規(guī)范的一般值與日本的一般值相同，城市道路在低速時(shí)稍有降低。而城市快速路通行的小型乘用車的比例很高，往往限制載重汽車通行，可以進(jìn)行封閉式管理，存在一定有利條件。日本最大縱坡方面的規(guī)定詳見原規(guī)范[7]或相關(guān)文獻(xiàn)[8]。我國城市道路規(guī)范[4]規(guī)定，當(dāng)受條件限制，縱坡大于一般值時(shí)應(yīng)限制坡長，但最大縱坡不得超過最大縱坡極限值。城市快速路規(guī)程[5]直接規(guī)定了各種車速和縱坡下的最大坡長（見表2）。

表1 最大縱坡規(guī)定

表2 最大坡長比較

從表2 可以得出，最大坡長對應(yīng)的高程變化值在16 m 以上，大于一般的城市高架橋高度?？梢哉J(rèn)為規(guī)范規(guī)定的最大坡長均能滿足一般城市高架橋梁對縱坡長度的需求。

我國橋梁專業(yè)基于安全考慮及橋梁的熱容量小于道路的特點(diǎn)，對橋梁縱坡作為較為嚴(yán)格的限制；公路路線規(guī)范[3]和城市道路工程規(guī)范[4]則認(rèn)為，橋上縱坡主要從橋梁結(jié)構(gòu)受力和構(gòu)造方面考慮，而引道最大縱坡主要考慮行車方面的要求。對于采用水平支座墊石，支座具備一定的錨固力，或采用剛構(gòu)橋等措施，可以抵抗車輛上下坡及急剎車等帶來的不利影響。

中華人民共和國成立以來，尤其是改革開放以來，我國橋梁建設(shè)事業(yè)取得舉世矚目的成就，汽車工業(yè)也獲得長足發(fā)展，根據(jù)路線要求按照設(shè)計(jì)速度確定橋上最大縱坡對橋梁尤其是城市橋梁的建設(shè)具有重大意義。城市橋梁雖然常有突破4%的事例，但更為普遍的情形是優(yōu)化方案或取消匝道。城市交通基礎(chǔ)設(shè)施同樣是國家重要的戰(zhàn)略資源，在城市交通擁堵問題日益困擾城市發(fā)展的背景下，規(guī)范修訂具有緊迫性。

1.2 汽車荷載的加載方式

兩國的汽車荷載均由車道荷載與車輛荷載組成。我國城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[9]的車道荷載沿用了公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[6]的車道荷載，車輛荷載立面布置和軸重與公路規(guī)范有所區(qū)別。橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算采用車道荷載；橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載采用車輛荷載，兩者作用不得疊加。日本橋梁規(guī)范[10]中的車道荷載稱為L 荷載，為面分布荷載，以影響面形式加載。結(jié)構(gòu)分析多采用梁格法，同時(shí)考慮L 荷載在順橋向和橫橋向兩個(gè)方向移動(dòng)時(shí)的影響面。采用面分布荷載的方便之處在于對于有應(yīng)急車道、路緣帶加寬、分合流位置、曲線段加寬，甚至曲線橋梁由于視距擴(kuò)幅等原因而采取異形結(jié)構(gòu)情況下，能包含特殊條件下的汽車荷載。雖然正常條件下車輛按照車線行駛，不應(yīng)該進(jìn)入正常車道以外的位置，但是當(dāng)發(fā)生交通擁堵、車輛故障、操作失誤等情況下，車輛有可能處于橋面上的任意位置，影響面加載全面考慮了正常條件和特殊情況下汽車荷載的總體效應(yīng)。日本的車道荷載詳見原規(guī)范[10]或相關(guān)文獻(xiàn)[11]。同時(shí)，車輛荷載也并不僅僅適用于橋梁局部加載。日本橋梁規(guī)范[10]中特別強(qiáng)調(diào)，對于小橋的整體計(jì)算，T 荷載（車輛荷載）可能比L 荷載（車道荷載）更加不利，必須按照兩者的不利工況進(jìn)行選取。

1.3 橫橋向抗傾覆（支座脫空）驗(yàn)算

我國公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[12]及公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[13]均規(guī)定為防止橋梁橫橋向傾覆失穩(wěn)直至垮塌的發(fā)生，按作用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行組合時(shí)，使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計(jì)值與使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計(jì)值的比值大于等于2.5。日本在橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[10]的通規(guī)中有類似規(guī)定：支座的負(fù)反力取RU=1.65RL+I+RD和RU=RD+RW兩者的不利值。式中：RD為恒載產(chǎn)生的反力；RL+I為活載及沖擊產(chǎn)生的最大負(fù)反力；RW為風(fēng)荷載產(chǎn)生的最大負(fù)反力。地震時(shí)的負(fù)反力驗(yàn)算式較為復(fù)雜。由于2017 版日本橋規(guī)[10]中，上述的負(fù)反力為設(shè)計(jì)值，包含了恒載1.05、活載1.25、風(fēng)載1.25 的分項(xiàng)系數(shù)，如果使用荷載標(biāo)準(zhǔn)值，則如2012 版日本橋規(guī)[14]的負(fù)反力驗(yàn)算式RU=2RL+I+RD，汽車荷載（含沖擊）的安全系數(shù)為2倍。在東京高速道路等城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[15]中，負(fù)反力使用了更為嚴(yán)格的驗(yàn)算式，恒載被分為產(chǎn)生負(fù)反力的恒載和產(chǎn)生正反力的恒載兩部分，正反力的恒載被折減到1/1.5。日本的支座脫空驗(yàn)算詳見原規(guī)范[10，14-15]或相關(guān)文獻(xiàn)[11]。由于日本的汽車荷載加載方式與我國不同，難以按照安全系數(shù)進(jìn)行簡單比較。我國規(guī)范是2015 年起增加抗傾覆驗(yàn)算的，與日本相比除了具體系數(shù)取值不同之外，驗(yàn)算范圍亦有所區(qū)別。日本僅對汽車荷載、風(fēng)荷載、地震荷載可能導(dǎo)致橋梁傾覆進(jìn)行驗(yàn)算，溫度作用、基礎(chǔ)變位作用、混凝土收縮徐變等導(dǎo)致的橋梁傾覆事故沒有實(shí)例，對于通常的橋梁可以不必考慮。從國內(nèi)發(fā)生橋梁傾覆的事故分析，主要是由于超載引起的，我國規(guī)范的驗(yàn)算式?jīng)]有限定使結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)組合種類，一律要求2.5 倍的安全率有時(shí)需要較大代價(jià)。

1.4 橋面板排水

隨著已建成橋梁投入運(yùn)營時(shí)間的增加，越來越顯現(xiàn)出可維護(hù)性和耐久性的重要性。日本的施工質(zhì)量和超載治理水平并不能達(dá)到橋梁的設(shè)計(jì)使用壽命，以至于日本2010 年以后在全國范圍內(nèi)大規(guī)模更換混凝土橋面板。在維持管理方面，最重要的一點(diǎn)是防止腐蝕。首先是防止雨水滯留和浸入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，但是難以做到完全防止，必須有結(jié)構(gòu)措施使浸入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分迅速排出。不僅對于箱梁等空心結(jié)構(gòu)，對于鋪裝層下面的橋面板也有同樣要求。通常的路面排水裝置僅能排除鋪裝層上面的水分。對于橋面板，如果水分滯留在鋪裝層內(nèi)部，防水層上方的層間水不能迅速排除，將對橋面板耐久性產(chǎn)生較大的不利影響。日本建設(shè)高峰期修建的大量橋梁僅有路面排水和橋面防水層，長期大負(fù)荷車輛荷載疊加水分浸入，不僅鋼橋面板出現(xiàn)疲勞和腐蝕等問題，鋼筋混凝土橋面板的疲勞和腐蝕問題也非常突出。日本在20世紀(jì)90 年代開始強(qiáng)制要求必須有橋面板排水系統(tǒng)，迅速排除浸入鋪裝層內(nèi)部（橋面板防水層上方）的層間水?；炷翗蛎姘宓臉蛎媾潘唧w構(gòu)造如圖1、圖2 所示，鋼橋面板也有類似結(jié)構(gòu)。

圖1 漏水孔示例[16]

圖2 橋面排水管示例[16]

橋面板排水管的設(shè)置間隔比路面排水口要密，可將相鄰的路面排水口之間三等分，路面排水口處采用漏水孔進(jìn)行橋面排水，中間的兩處采用橋面排水管排水，鋪裝層內(nèi)埋設(shè)螺旋形不銹鋼鋼絲網(wǎng)等方式進(jìn)行導(dǎo)水。我國的城市橋梁橋面防水工程技術(shù)規(guī)程[17]中對瀝青混凝土鋪裝層中橋面排水口周圍的漏水洞有所規(guī)定，在一些工程中采用了滲水彈簧鋼管或碎石石料的排水盲溝，建議在此基礎(chǔ)上增設(shè)橋面排水管。

2 結(jié) 語

對比中日兩國城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，有如下一些不同點(diǎn)值得進(jìn)一步進(jìn)行研究：

（1）城市高架橋梁匝道的最大縱坡對城市路網(wǎng)的互聯(lián)互通有重大影響，根據(jù)路線要求以設(shè)計(jì)時(shí)速控制橋上最大縱坡具有現(xiàn)實(shí)緊迫性。

（2）城市道路的平面形狀復(fù)雜，車道荷載采用面分布影響線加載方式有較強(qiáng)適應(yīng)性，還可以兼顧車輛非正常行駛的荷載狀態(tài)。

（3）在重視汽車荷載引起橫向傾覆問題的同時(shí)，針對汽車荷載以外的可變作用和永久作用引起的失穩(wěn)效應(yīng)的安全系數(shù)宜分別設(shè)置。

（4）在設(shè)置鋪裝層上面路面排水系統(tǒng)的同時(shí)，加強(qiáng)鋪裝層內(nèi)部橋面板防水層上面層間水的排水對提高橋梁耐久性有重要意義。