沈海彬

（蘇邑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,江蘇 南京 210096）

0 引言

隨著我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市道路交通基礎(chǔ)設(shè)施不斷建設(shè)與完善，城市道路交通網(wǎng)絡(luò)日趨完善[1]。道路交叉口是車輛、行人匯集與發(fā)散的必經(jīng)之處，是城市道路交通系統(tǒng)中重要的組成節(jié)點(diǎn)，是道路路網(wǎng)中的交通咽喉[2]。在城市建設(shè)過(guò)程中，尤其是大型城市發(fā)展過(guò)程中，受歷史原因、地形地勢(shì)、城市總體規(guī)劃要求等因素的制約，城市道路交通的建設(shè)呈現(xiàn)出越來(lái)越復(fù)雜的態(tài)勢(shì)。一般道路交叉口通常采用路基形式在地面平交，或高架形式立交來(lái)組織交通，當(dāng)兩種交叉口形式均無(wú)法滿足要求時(shí)，往往需考慮高架空中平交的特殊結(jié)構(gòu)形式[3]。此類工程中，高架空中交叉口的設(shè)計(jì)是工程建設(shè)中的重點(diǎn)，相較于一般高架，空中交叉口幾何呈現(xiàn)出不規(guī)則的特征，同時(shí)其結(jié)構(gòu)布置受上下層道路交通組織限制，構(gòu)造形式更為復(fù)雜，雙向受力的結(jié)構(gòu)體系使得設(shè)計(jì)與施工難度加大。

該文以實(shí)際工程案例為背景，對(duì)某項(xiàng)目中空中交叉口正交異形箱梁進(jìn)行研究，分析正交異形箱梁的受力特征及施工過(guò)程中的注意事項(xiàng)，為同類型工程提供參考思路與經(jīng)驗(yàn)。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目位于某市保障房片區(qū)，區(qū)域南側(cè)為保障房用地，北側(cè)為規(guī)劃建設(shè)用地，如圖1所示。受地形影響，區(qū)域整體呈現(xiàn)出南高北低的態(tài)勢(shì)，地塊高程界限明顯，呈3階梯狀分布，北地塊高程約5～7 m；中地塊高程約9～12 m；南地塊高程約 24～33 m；地勢(shì)高差造成片區(qū)交通分割嚴(yán)重。片區(qū)內(nèi)橫貫東西向的鐵路、公路、現(xiàn)狀水系割裂了各個(gè)地塊間的聯(lián)系，因而在片區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)中需構(gòu)建區(qū)內(nèi)南北貫通的交通體系，削弱干道分割影響，同時(shí)在地塊開(kāi)發(fā)利用、交通設(shè)施建設(shè)上需考慮消除空間高差裂縫，重構(gòu)連續(xù)的生活基礎(chǔ)平面，并破除河道天然阻隔，重建片區(qū)與城市其他區(qū)域的聯(lián)系，如圖2所示。

圖1 項(xiàng)目區(qū)位圖

圖2 區(qū)域現(xiàn)狀及規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)

該次建設(shè)道路為區(qū)域內(nèi)貫通南北的主干路，設(shè)計(jì)采用橋梁形式跨越現(xiàn)狀鐵路、公路及水系。道路連接中地塊規(guī)劃建設(shè)的雙層環(huán)路，以滿足中地塊內(nèi)，主干路與環(huán)路上、下層雙層交通通行的建設(shè)目標(biāo)。

空中交叉口位于該次建設(shè)主干路與規(guī)劃環(huán)路相交位置，主干路方向斷面寬40 m，環(huán)路方向斷面寬24 m。南北兩個(gè)空中交叉口沿環(huán)路方向跨徑布置均為20 m+22 m+20 m=62 m，北交叉口沿主干路方向跨徑布置為20.364 m+20.024 m+20.512 m=60.9 m；南交叉口沿主干路方向跨徑布置為 15.388 m+20.023 m+19.988 m=55.4 m?？罩薪徊婵诋愋蜗淞簝蓚€(gè)方向均采用單箱多室斷面，箱梁梁高2 m，頂、底板厚0.25 m，腹板厚0.5 m，中支點(diǎn)橫梁位置橫梁寬2.5 m，箱梁兩個(gè)方向均按照A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)。北交叉口箱梁結(jié)構(gòu)平面如圖3所示。

圖3 交叉口異形箱梁構(gòu)造平面

2 交叉口設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

交叉口是制約道路通行能力的節(jié)點(diǎn)，正確地設(shè)計(jì)道路交叉口，合理組織和管理交叉口交通，是提高道路通行能力和保障交通安全所必不可少的。

道路交叉口應(yīng)根據(jù)相交道路的類別以及設(shè)計(jì)車型、車速、交通流量流向，并考慮未來(lái)發(fā)展的可能性進(jìn)行設(shè)計(jì)；合理配時(shí)，盡量增大交叉口的通行能力。該次設(shè)計(jì)主干路規(guī)劃紅線僅40 m，相交環(huán)路為城市支路，交通量小，故交叉口不做渠化處理。

2.2 交通組織

考慮環(huán)路交通量、主干路紅線寬度均較小，交叉口均不做渠化處理，各交叉口均采用信號(hào)控制的交通組織形式。主干路設(shè)計(jì)車速50 km/h，交叉口為空中平交，車行道、人行道外側(cè)需按規(guī)范設(shè)置防撞護(hù)欄與人行欄桿，平交口視距受交通安全設(shè)施影響，故在空中交叉口位置按限速30 km/h控制。

2.3 豎向設(shè)計(jì)

為服務(wù)于整體區(qū)域開(kāi)發(fā)，方便未來(lái)中地塊建設(shè)與道路銜接，主干路在中地塊段縱坡設(shè)計(jì)為0.5%，相交環(huán)路在交叉口采用雙向0.3%縱坡?？罩薪徊婵诰鶠榛炷两Y(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，豎向調(diào)整空間有限，較小的縱坡削減了平臺(tái)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部高差，平臺(tái)圓弧段兩端可通過(guò)較小坡度平順連接。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及結(jié)果分析

相比于直線橋梁，空中交叉口異形箱梁的受力特性復(fù)雜得多，采用桿系橋梁計(jì)算分析方法無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算精度的需要。梁格法是分析異形橋梁上部結(jié)構(gòu)比較實(shí)用有效的空間分析方法。它的特點(diǎn)是用等效梁格代替橋梁上部結(jié)構(gòu)，將分散在板、梁每一段內(nèi)的彎曲剛度和抗扭剛度集中于最鄰近的等效梁格內(nèi)。

結(jié)合異形箱梁受力特征，該工程采用橋梁博士V4計(jì)算軟件對(duì)交叉口異形箱梁采用梁格法進(jìn)行建模計(jì)算，主干路方向箱梁截面分為7道實(shí)縱梁，環(huán)路方向箱梁截面分為5道實(shí)縱梁。計(jì)算考慮恒載、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、溫度力、上部活載、收縮徐變等對(duì)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行計(jì)算分析，共建立975個(gè)節(jié)點(diǎn)，1 504個(gè)單元，結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。

圖4 有限元計(jì)算模型

異形箱梁雙向?qū)嵙合嘟晃恢貌捎脛偙圻B接，其余位置建立虛擬橫梁連接，通過(guò)在相交區(qū)域施加向上的荷載，平衡實(shí)際建模中多余的自重以與實(shí)際情況匹配。經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)縱梁與橫梁的承載能力、各項(xiàng)應(yīng)力等常規(guī)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。該文主要針對(duì)異形箱梁兩個(gè)方向各階段受力狀況對(duì)比展開(kāi)分析，以此為依據(jù)，為類似工程的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)管理提供參考。

根據(jù)內(nèi)力計(jì)算，運(yùn)營(yíng)階段兩個(gè)方向特征節(jié)點(diǎn)兩個(gè)方向內(nèi)力大小如表1、表2所示。

表1 Mx彎矩效應(yīng)表 /（kN·m）

表2 My彎矩效應(yīng)表 /（kN·m）

由表1、表2可知，計(jì)算得到的單實(shí)縱梁在兩個(gè)方向上的最大正負(fù)彎矩大體相當(dāng)，受力較大的實(shí)梁為中墩墩頂縱梁（表中縱梁2、縱梁6、縱梁8、縱梁12）。這部分梁在實(shí)際受力中不僅承擔(dān)該方向縱梁作用，同時(shí)承擔(dān)了相交方向的中橫梁作用，因而受力復(fù)雜。在這部分支點(diǎn)相交位置，兩個(gè)方向預(yù)應(yīng)力束相交，構(gòu)造復(fù)雜，且體積大，在施工中應(yīng)引起重視。

4 結(jié)構(gòu)施工

4.1 施工方案

城市市政工程建設(shè)中，常用的方法主要有預(yù)制吊裝法及滿堂支架法。滿堂支架施工時(shí)多點(diǎn)支撐，沉降容易控制，張拉時(shí)支架反彈小，對(duì)結(jié)構(gòu)健康控制有利，線型也同樣容易控制[4]。該次設(shè)計(jì)空中交叉口異形箱梁結(jié)構(gòu)不規(guī)則，其頂板標(biāo)高需滿足豎向設(shè)計(jì)要求，標(biāo)高控制精度需求高，宜采用滿堂支架法施工。

4.2 施工注意事項(xiàng)

空中異形交叉口箱梁其裸梁混凝土用量指標(biāo)要高于一般標(biāo)準(zhǔn)箱梁，結(jié)構(gòu)恒載在整體受力中占比更高，因此施工過(guò)程中的控制尤為重要，施工中需注意的事項(xiàng)有：

（1）支架預(yù)壓：支架預(yù)壓的目的是消除支架的非彈性變形[5]，交叉口異形箱梁混凝土用量更大，標(biāo)高控制要求更高，施工前沉降觀測(cè)時(shí)間宜適當(dāng)延長(zhǎng)，施工中應(yīng)加強(qiáng)梁體及支架變形的檢測(cè)和控制。

（2）預(yù)應(yīng)力定位與張拉：異形箱梁在兩個(gè)方向存在預(yù)應(yīng)力鋼束交叉的情況，在預(yù)應(yīng)力管道相交位置定位鋼筋宜適當(dāng)加密。張拉預(yù)應(yīng)力過(guò)程中，宜遵循先橫梁后腹板，先主受力方向后次受力方向的原則。施工中應(yīng)先對(duì)中橫梁預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行張拉，再?gòu)埨拱孱A(yù)應(yīng)力鋼束，兩個(gè)方向?qū)?、交替張拉?/p>

（3）混凝土澆筑：異形箱梁在中支點(diǎn)橫梁相交位置預(yù)應(yīng)力相交、鋼筋構(gòu)造復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)混凝土尺寸大，施工時(shí)應(yīng)特別注意，保障節(jié)點(diǎn)混凝土的振搗密實(shí)，做好入模前的降溫、施工中的養(yǎng)護(hù)工作，減少施工期溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

（4）模板安裝：異形箱梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝前應(yīng)嚴(yán)格檢查模板尺寸及形狀，并加強(qiáng)支撐，防止變形，保障美觀。在中間交叉區(qū)域，應(yīng)以腹板、橫梁相交點(diǎn)作為控制點(diǎn)確定橋面標(biāo)高，同時(shí)保障梁高相同。安裝中要對(duì)標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，減小誤差。

5 結(jié)語(yǔ)

該工程依托工程實(shí)例，分析項(xiàng)目中的空中交叉口異形箱梁受力特征及施工注意事項(xiàng)，對(duì)于類似結(jié)構(gòu)工程應(yīng)注意：

（1）空中交叉口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其是下部結(jié)構(gòu)的布置，應(yīng)結(jié)合受力分析結(jié)果與下部交通組織共同確定，合理布置結(jié)構(gòu)的縱橫梁格。

（2）結(jié)構(gòu)橫梁相交位置混凝土體積大，預(yù)應(yīng)力交錯(cuò)，受力復(fù)雜，除進(jìn)行梁格法受力計(jì)算外，宜借助實(shí)體有限元分析軟件，分析節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布情況，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工提供指導(dǎo)。

（3）交叉口箱梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，且恒荷載在結(jié)構(gòu)整體受力中的占比高，應(yīng)注重施工過(guò)程中的控制。①施工中應(yīng)以受力更大的方向?yàn)橹骺胤较?；②預(yù)應(yīng)力的定位應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤，在交叉節(jié)點(diǎn)位置，嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力管道、普通鋼筋相互之間的距離，確保澆筑混凝土均勻、密實(shí)；③加強(qiáng)施工過(guò)程中的觀測(cè)，保障控制點(diǎn)定位及標(biāo)高準(zhǔn)確無(wú)誤，以及箱梁外立面的整體平順、美觀。