弯坡斜分离式立交桥的设计

1 　工程概况

　　该桥是南京机场高速公路上唯一的一座弯坡斜分离式立交桥，位于机场附近。桥跨布置为2×16m预应力钢筋混凝土板桥。单孔跨越江宁至铜山线，斜交角为75°；另一孔为预留孔，以满足该路为一级公路的规划。

2 　设计标准

　　桥面总宽：26m。净宽：2m×10.75m。
　　设计荷载：汽-超20，挂车-120。
　　该通道位于半径?R?=800m的平曲线和?R?=30000m的竖曲线上，设计纵坡为0.168%，设计超高4%。

3 　桥型布置形式

　　对于弯坡、斜桥的平面布置一般有扇形布置、折线布置、平分中矢三种。大桥一般采用前二种布置形式，中小桥采用第三种布置形式。对于该分离式立交桥虽说属中桥范围，但笔者认为采用折线布置较为合理，主要有以下几方面的优点：?
　　(1)有利于行车安全。?
　　采用折线布置形式的设计，能使桥墩台和下穿道路平行，视野开阔，有利于行车安全。
　　(2)减小施工难度，降低工程造价。
　　由于本桥平曲线较小，如果采用扇形布置，势必造成内外弦梁长相差太大，给施工带来不便；若采用平分中矢法，则因外矢过大很难圆滑处理。采用折线布置施工时每个墩、台都是平行的，主梁除每一跨梁端斜交角度略有不同外，单孔内的所有构造几何尺寸都相同。这样既节省模板，降低工程造价，又给施工吊装带来了较大的方便。?
　　该分离式立交桥的布置形式是将主孔桥墩、桥台与江宁—铜山公路平行布置，每孔桥纵轴线的端点均布置在路中心线的曲线上，所有的墩台都平行布置(见图1)，跨径为圆曲线的弦长。?
　　由于该分离式立交桥第一跨与江宁—铜山公路斜交75°，以该孔为标准孔，纵轴线与墩轴线夹角α₂=75°、α₁=105°?
　　桥纵轴线与圆曲线半径夹角
　　β_i=arcccos?L_i/2R
式中：L_i—第　i?孔板长即跨径；
　　　R—路中线的圆曲线半径；
　　?β_i=arcos16/2×800=89°25′37.3″
　　?β₁=β₂=β₃=β₄=89°25′37.3″
　　?θ=2β_i=178°51′46″?
　　?α₃=θ-α₂=178°51′46″-75°?
　　　　 =103°51′14.6″?
　　?α₃=180°-103°51′14.6″=76°08′45.4″?
　　由计算得知，如跨径相同，各跨板的斜交角度略有不同。通过对桥面护栏作适当圆弧处理，达到弯桥线型要求。

图1 　平面布置图?　　　　　　图2 　桩号示意图

4 　构造要求

　　该分离式立交桥位于平曲线超高段上，纵断面位于竖曲线上，因此分离式立交桥既要满足纵断面要求，也要满足4%超高的要求。?
　　在高速公路设计中，圆曲线半径800m时，超高达4%以上的很少，只有在特殊地段才能遇到。因此在这里需对板、墩台帽进行特殊设计。具体方法如下：?
　　对于4%横向坡度，设计时，其中2%的横坡由墩台帽调整，另2%横坡由空心板调整。墩台帽底面横桥向倾斜布置，顶面设计成台阶形式，以保证空心板水平搁置，台阶高度按板的宽度及横向坡度计算求得。对空心板进行特殊设计，梁底做成斜面，板梁两边高度不等，梁安装到位后桥面会形成4%的横坡。?

5 　桩号的标注

　　由于该分离式立交桥成折线布置，形成了主梁为直线，桥面为曲线的弯桥，每一点的桩号有所不同。该分离式立交桥上某一点桩号为平曲线圆心和该点连成一线投影到路中心上的桩号(见图2)。
　?a、b、c的桩号实际上是路中心线上a′、b′、c?′的桩号。当弦长等于16m，圆曲线半径为800m时：
　　sin（θ/2）=8/800=0.01
　　θ/2=0°34′22.7″?
　　θ=1°08′45″?
　? L=2πRθ/360=16.00027m?
　　弧弦差?Δ=16.00027-16
　　　　　　　=0.00027m?
　　根据计算可知，当圆曲线半径大于800m、单孔跨径小于16m时，弧弦差可忽略不计。桩号近似计算公式如下(见图3)：
　  　?L/X=R±ω/R?
式中：?L—板长，即?ab；
　　　　R—圆曲线半径；
　　　 ω—路中心线到该点的距离，即?aa?′；?
　　　　X—两端点之间的距离，即?a′b′、e′f′?。
　 　?Δ=(X-L)/2?
　　　　a?点的桩号：?a=K-ω?cot?α-Δ
　　　?b?点的桩号：?b=K+L-ω?cot?α+Δ?

图3 　桩号近似计算大样图

6 　高程计算

　　(1)以推算出的每孔桥纵轴线端点处点桩号为依据，再根据纵坡及竖曲线半径等已知条件，确定各点桥面高程。
　　(2)根据桥面铺装厚度、梁高及支座高度确定墩、台帽顶面高程。?
　　(3)根据墩帽高度及桩的位置推算出桩顶高程。

7 　结束语

　　弯坡斜分离式立交桥的设计和施工都比较复杂，造价也较高。在一般公路线型设计时往往采取“裁弯取直”的方法，避免出现弯坡斜桥。而对于高速公路来说，桥梁要服从线型的需要，弯坡斜分离式立交桥不可避免。该分离式立交桥的设计采用了本计算方法，既能满足高速公路计算精度的要求，又为设计、施工提供了方便，实践证明是可行的。