城市軌道交通高架橋選型的探討
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
提 要： 上海地鐵二號線東西延伸段、莘閔輕軌交通線，西安地鐵等工程，系統(tǒng)探討了城市軌道交通高架橋在選型上應(yīng)考慮的方面和因素，并結(jié)合具體工程項目，對高架橋的梁部結(jié)構(gòu)及墩柱的各種型式做了詳細(xì)介紹，給出了選型的參考性方案。
主題詞： 城市軌道交通；高架橋；梁部結(jié)構(gòu)；橋墩；伴隨著我國城市化進程的迅速發(fā)展，和中央開發(fā)大西北戰(zhàn)略的確定，城市交通系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)已成為優(yōu)先實施的基本任務(wù)之一。城市交通系統(tǒng)中，除公共汽、電車外，主要有地鐵和輕軌系統(tǒng)。我國許多大城市，除公共汽車、電車系統(tǒng)外，地鐵和輕軌系統(tǒng)為數(shù)不多，亟待建設(shè)。
人們通常主要根據(jù)客運量和建設(shè)資金來選擇修地鐵或輕軌， 但由于地鐵建于地下造價實在太高， 現(xiàn)在， 人們更傾向于將盡可能多的地鐵建于地面上。修于地面上的地鐵同輕軌一樣， 土建結(jié)構(gòu)大部分為高架橋。高架橋的選型和設(shè)計， 是當(dāng)前橋梁工程師進行研究和實踐的主要任務(wù)之一。
1、影響高架橋選型的主要因素高架橋選型主要包括梁部和墩柱的選型， 基礎(chǔ)雖受梁部和墩柱型式的一定影響， 但主要還是由地質(zhì)情況確定， 比較單一； 選型時主要考慮景觀、經(jīng)濟、功能、施工、占地和工期等幾方面。
1. 1高架橋應(yīng)與周圍城市景觀保持一致鑒于高架橋作為城市的永久建筑， 人們期望其會成為城市的一道美麗的景觀。但由于高架橋長、窄、平的特點， 要想達到此目標(biāo)實際上非常困難， 而且將城市的著眼點過多吸引在高架橋上也并不可取。筆者以為高架橋在造型上應(yīng)以簡潔為基本原則， 采用融和法和消去法， 使之從屬于城市環(huán)境。如上海， 道路用地范圍窄， 兩側(cè)高樓林立， 宜使橋梁造型柔和， 色彩暗淡， 弱化視角效果； 如西安和蘭州， 道路兩側(cè)視野比較開闊， 宜采用有力度感和色彩鮮艷一些的造型， 引起人們的注意。
1. 2高架橋應(yīng)與當(dāng)?shù)厝宋木坝^相互和諧高架橋的造型，除了考慮與周圍環(huán)境景觀的一致外，還應(yīng)重視當(dāng)?shù)厝宋木坝^的和諧。由于我國幅員遼闊，歷史悠久，每個城市都積累了深厚的、富有地域性的人文文化特征， 在高架橋的造型上選型上，必須充分注意這種差別，比如，對江南城市和西北城市的造型就不宜采用同一型式。對于江南城市， 如上海， 可采用斜腹板箱梁， 配以獨柱矩墩（采用大圓弧倒角）或雙柱圓墩，以體現(xiàn)江南的輕巧柔和； 而對于西北名城西安或蘭州， 則可采用直腹板箱梁， 配以獨柱矩墩（不倒角），以體現(xiàn)西北豪爽剛直的文化氛圍， 如圖1：1. 3 高架橋在經(jīng)濟上應(yīng)節(jié)約高效經(jīng)濟指標(biāo)是確定高架橋型式的主要因素，它通常最主要是在縱向上限制橋梁跨長， 這也是橋梁在美觀上受到限制的一個主要因素，因為大跨度更易體現(xiàn)橋梁的輕盈。經(jīng)濟指標(biāo)一般具體體現(xiàn)在以下幾方面：1）經(jīng)濟跨度：經(jīng)濟跨度一般與地質(zhì)情況和規(guī)模化生產(chǎn)有關(guān)。如采用箱梁梁型、支架現(xiàn)澆法施工，對于上海，經(jīng)濟跨度在30 m 左右；而西安則為25 m 左右。
（2） 結(jié)構(gòu)體系：結(jié)合城市軌道長的特點，采用連續(xù)結(jié)構(gòu)要比簡支結(jié)構(gòu)經(jīng)濟。如（3×30） m 連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)（3） 梁型：通常梁型越美觀，造價也越高。如弧形外要比3 孔30 m 簡支梁結(jié)構(gòu)便宜約5～ 10% .當(dāng)然，連腹板箱梁要比直斜腹板的造價高。續(xù)結(jié)構(gòu)要比簡支結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工上都要復(fù)雜一些。
a 上海市高架橋造型參考方案
b 西安市高架橋造型參考，高架橋造型參考方案
1. 4高架橋施工應(yīng)力求先進、快速現(xiàn)在，我國高架橋通常采用現(xiàn)澆法施工，比較落后。這主要是由于我國當(dāng)前仍存在許多諸如運輸、架設(shè)設(shè)備方面的問題，無法采用預(yù)制吊裝法施工。比如，對于L p= 30m 的簡支箱梁，雙線每孔重約320 t，單線時約150 t，我國現(xiàn)階段均無適合的運輸、吊裝設(shè)備。
但由于無碴軌道結(jié)構(gòu)對橋梁變形的要求，為減少梁部結(jié)構(gòu)的收縮徐變變形，一般控制承軌臺施工與橋梁施工的時間間隔不小于一定數(shù)值，如L p= 30m 簡支梁，一般為90 天。為便于合理安全施工順序以縮短工期、工廠規(guī)模預(yù)制以降低造價和減少施工期間對周圍居民噪音影響等，宜采用先進的預(yù)制吊裝法施工。隨著我國時速達250 km /h 的秦沈客運專線的啟動，鐵路系統(tǒng)已在1999 年研究成功了M Z32 移動模架造橋機、3BM 2600 型架橋機和420 t 胎式箱梁運輸車等專用設(shè)備以及相關(guān)施工工藝和方法，筆者相信，隨著城市軌道交通的發(fā)展，這些設(shè)備和方法也會轉(zhuǎn)向高架橋的建筑方面。
2、高架橋梁部結(jié)構(gòu)型理論上可采用和國外已采用的梁部結(jié)構(gòu)型式有： 槽形梁、下承式脊梁、T 梁、板梁和箱梁等。
2. 1 槽形梁： 橋梁建筑高度低， 便于城市道路間立體交叉， 壓低線路標(biāo)高， 節(jié)約總投資； 且兩側(cè)主梁可兼起防噪屏作用， 景觀程度很好。但需布置多向預(yù)應(yīng)力鋼筋。施工復(fù)雜， 進度慢， 造價較高， 且設(shè)計、施工經(jīng)驗少。
板梁：橋梁建筑高度較低，每線采用兩片或四片空心板梁，受力清晰，設(shè)計、施工經(jīng)驗相當(dāng)成熟。但各片板梁間鉸接，整體受力性差；經(jīng)濟跨度一般在16～ 20 m，較小，景觀性差；梁高較低，相應(yīng)剛度較小，梁部后期收縮徐變較大，不利于軌道交通線路軌道調(diào)高要求；按常規(guī)預(yù)制、吊裝施工時，也只能用于20 m 以下的小跨度。
箱梁：橋梁建筑高度適中，工程量較省；適用性好，既可作為區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)地段，也可用于曲線、變寬、出岔地段；整體受力性好；外觀線型流暢、美觀；設(shè)計、施工程數(shù)量為：混凝土， 0151m立方米；預(yù)應(yīng)力鋼筋，31kg； 鋼筋，經(jīng)驗成熟，對的傳統(tǒng)的現(xiàn)澆法施工積累有豐富的經(jīng)驗。、
綜上， 筆者推薦高架橋橋梁部采用箱梁型式， 現(xiàn)由如下：
（1） 箱梁的閉合薄壁截面剛度大， 整體受力性能好， 對于斜彎橋尤為有利。箱梁頂、底板具有較大的面積， 可有效地抵抗正負(fù)彎矩， 并滿足配筋要求。箱梁具有良好的動力性能， 收縮變形數(shù)值小。
（2） 箱梁截面外形簡潔， 底面平整光潔， 線條流暢， 景觀效果優(yōu)異。
（3） 箱梁既適于中、大跨， 也適于簡支和連續(xù)結(jié)構(gòu)， 更適于各種地段， 如直線段、曲線段、出岔段和變寬段等， 便于同一條線路上減少橋梁類型。
（4） 箱梁具有相當(dāng)成熟的設(shè)計、施工水平和經(jīng)驗。當(dāng)前的現(xiàn)澆法施工雖有不足， 但尚可以克服， 如使預(yù)應(yīng)力鋼束錨固于梁內(nèi)而不錨固與梁端， 從而可以同時開始多個工作面施工等， 而不致影響整個工程的進度。
（5） 從可持續(xù)發(fā)展角度看， 箱梁只要解決了大噸位的運輸、吊裝設(shè)備的研制和相關(guān)施工工藝問題， 即可實現(xiàn)工廠化、規(guī)模化生產(chǎn)， 經(jīng)濟指標(biāo)將會大幅下降。
3、高架橋墩柱型式墩臺基礎(chǔ)除應(yīng)有足夠的強度和穩(wěn)定性， 避免在荷載作用下的過大位移外， 其造型應(yīng)能使上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致， 輕巧美觀， 與城市環(huán)境和諧、勻稱。在墩臺選型上， 其一般服從梁部型式， 此外， 也受占地、道路、通視等的限制。通常有：T 形墩、倒T 形墩、Y 形墩、單柱墩、雙柱墩等基本型式
3. 2 倒T 形墩： 主要適于單箱單室箱梁和脊梁等梁部支承點相距稍遠的梁型。特別是對于外腹板微斜的箱梁， 如墩高適宜， 則可使梁的腹板和墩的邊線斜度一致， 使上下部渾然一體， 造型美觀。但該墩受力上較合理， 材料有浪費， 投資增加； 在墩高相差較大時， 整體造型不易協(xié)調(diào)。
3. 4 單柱墩：主要適于單箱單室箱梁和脊梁等梁部支承點相距較近的梁型。特別是對直腹板箱梁，可使箱梁底寬同墩橫向?qū)挾纫恢拢瑥亩股舷虏繙喨灰惑w，顯得挺拔有力度，對墩高的變化適應(yīng)性極強。受力合理，材料較節(jié)省， 施工方便。
3. 5 雙柱墩： 適于各種梁型， 用于多線或出岔地段。承載能力及穩(wěn)定性較強， 墩可以做得纖細(xì)， 材料利用率高。但對橋?qū)拑H810m 左右的高架橋來講， 造型顯得不夠簡潔。綜上， 為與箱梁配合，
（2） 受力合理， 比較經(jīng)濟。
（3） 上地較少， 施工方便、快速。
（4） 適應(yīng)性強， 既適于墩高差別較大的情況， 也由于橫向剛度較大， 尤其適于曲線地段。箱梁與上述幾咱墩型的配合效果，
4 對城市軌道交通高架橋選型的建議高架橋選型現(xiàn)階段宜采用箱梁配以輕型墩臺， 基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況確定， 施工采用現(xiàn)澆法施工。但需抓緊大噸位運輸、吊裝設(shè)備的研制開發(fā)和施工工藝研究， 以降低造價； 同時也需對槽型梁和下承式脊梁的研究投入一定精力。
a 箱形倒T 形墩 b 箱形變形單柱墩 c 箱梁單柱墩
d 箱梁雙柱墩 e 箱梁雙柱墩 f 箱梁
參考文獻
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