上下净高受限立交桥梁设计

　　由于受既有铁路桥梁影响，桥梁设计的桥位较低，通过合理的水文计算以及采取一系列的处治及保护设计后，有效降低了设计洪水位，保证了梁体在洪水情况下的稳定性，同时避免了因建桥导致的阻水增大对铁路桥墩的冲刷影响。

　　关键词：上下净高受限;桥型选择;设计洪水位;保护措施

　　1工程背景

　　春湾北互通位于汕(头)湛(江)高速公路云浮至湛江段K36+745.260处，设置连接线与省道S113相接。连接线采用双向两车道二级公路标准建设，路基宽度10m，设计速度60km/h，在LK0+138.7处下穿广茂铁路趸水庙大桥，该铁路桥梁为4孔16mT梁桥，同时路线在LK0+070—LK0+170跨越五拱河，该河汇水面积及流量均相对较大。路线在同一位置处既下穿铁路又跨越河流，因此只能以桥梁形式通过，交叉范围内铁路桥梁梁底最低高程为44.75m，天然河道下的百年一遇设计洪水位为37.61m，实际有效净高仅7.14m。

　　2交叉概况

　　2.1与铁路桥梁交叉概况

　　春湾北互通连接线在里程LK0+138.7处采用桥梁形式下穿广茂铁路既有桥梁，交叉处铁路里程桩号为广茂K206+408，与铁路的交叉角度为87°。交叉处铁路位于直线段，该处铁路设置4～16m中桥,桥墩为实体墩，基础为扩大基础。由于受铁路桥跨及桥墩的影响，本项目线位及标高受约束程度较高，连接线桥梁从第三孔桥下穿过，桥宽为10m，设计标高最高处为39.576m，交叉处铁路桥梁底最低高程为44.75m，桥下实际最小净高为5.174m，大于5m净高要求。交叉处互通连接线位于LS=60m，R=250m的缓圆曲线段(右转)，纵断位于R=1600m的凹形竖曲线上，见图1、图2。

　　2.2与五拱河交叉概况

　　五拱河为黄村河的天然支流，由山间汇流形成，汇水面积约45km2。桥位上游河道蜿蜒曲折，下游相对平缓顺直，春弯北互通连接线桥梁与河流斜交角度约43°，交叉处河宽约21m，经水文计算分析，交叉处百年一遇洪水量为Q1%=474.68m3/s，天然河道下的设计水位37.61m，而桥面最低设计高为39.17m，桥梁实际有效建筑高要求小于1.56m。

　　3桥型设计

　　3.1设计原则

　　(1)结构形式力求简单，施工方便、快速，减少在铁路下方施工时间;(2)结构应受力合理、明确，满足设计要求的耐久性和可靠度;(3)结构满足铁路运营安全及铁路的规划要求;(4)桥面应采用合理的防撞措施，并合理布置排水系统;(5)桥梁自身要有一定的重力，以增加在洪水情况下的自身稳定性。

　　3.2桥型方案设计

　　本桥可选用的桥型方案有装配式预应力混凝土板桥、装配式预应力混凝土箱梁桥、钢箱连续梁桥。(1)装配式预应力混凝土空心板桥结构成熟，受力简单，施工方便快捷，因其梁高较同等跨径桥型小，可以有效降低建筑高度，满足桥下泄洪净空需求;但其结构重量较轻，在洪水来临时，梁板存在整体漂移隐患，自稳性能较差。(2)钢箱梁桥在同等跨径下较混凝土箱梁桥梁高低，但其造价较高，且施工工艺较混凝土桥梁复杂，施工期与铁路桥的干扰时间较长，不利于铁路运营，同时钢箱梁较轻，洪水条件下整体自稳性能较差。综合比较后，装配式预应力混凝土箱梁桥受力明确，结构形式简单，易于标准化施工，减少了施工期间与铁路的干扰时间，同时，结构有一定的重力，在洪水条件下，自稳性能较好，因此本桥采用5～20m装配式预应力混凝土小箱梁，先简支后桥面连续结构，上部横向采用3片梁，下部桥墩采用φ1.4m圆形双柱式桩接盖梁，桥台为柱式台，桩基为灌注桩基础，见图3。图3典型横断

　　3.3设计水位确定

　　3.3.1设计流量因本桥所跨河道上下游均无水文观测站，无实际的水文观测资料，百年一遇设计流量只能通过汇水面积根据相关经验公式进行计算。在1∶50000地形图上勾绘出桥位处汇水面积为45km2，分别采用广东省推理公式Qm=0.278(SPτnp-f)F、交通部公路科学研究所暴雨推理公式Qp=0.278(SPτn-μ)F、交通部公路科学研究所经验公式Qp=CSPβFλ3、全国水文分区经验公式Qp=KpQ四种方法进行流量分析计算。采用方法一计算得Q1%=474.68m3/s,方法二计算得Q1%=703.84m3/s,方法三计算得Q1%=194.36m3/s,方法四计算得Q1%=769.44m3/s,综合分析四种流量计算方法的结果，由于方法三、四未考虑河流长度、河床比降及汇流时间等对流速的影响;方法一、二考虑了暴雨力、汇流时间、土壤的影响，二者在形式上相近，而方法一是广东水利部门关于暴雨流量计算所推广使用的两种方法之一，相对较为可靠。经综合分析，采用方法一计算的结果Q1%=474.68m3/s作为本桥百年一遇设计流量。3.3.2设计水位设计水位分别考虑了建桥后天然河道、河道清淤50cm、河道清淤100cm三种工况，采用《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)6.3.1-9式[1]求算设计流量时的水面线，根据水面线推算桥位处设计水位。各工况下的桥位断面见图4～图6。工况三考虑河道清淤100cm后的设计水位下降较明显，为安全起见采用工况三的水位作为桥梁的设计水位。并《水力学与桥涵水文》[2]中的相关公式ΔZ=η(v2M-v20)计算桥下最大壅水高度为0.14m，同时按《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2015)表7.4.1考虑桥下净空安全值Δhj=0.50m[1]，因此计算桥面最低设计高程为Hmn=Hs+Δh+Δhj+Δh0=38.98m，小于桥面实际最低设计高程39.17m，即在工况三情况下，能满足设计洪水频率下的行洪、泄洪需求。

　　3.4加固保护措施

　　由于受下穿线位影响，设计桥位较低，考虑到建桥后桥位大大压缩了河道断面并改变水流方向，河床冲刷加剧，对泵水庙铁路桥2号、3号桥墩扩大基础造成不利影响，同时汛期上游河水雍水高度加大，将增加水流阻水断面并直接提升对梁板的整体浮力，存在整体梁板漂移隐患。为确保该桥所处河道的行洪安全与河道堤岸的稳定安全，尽量保障地方村道的顺畅与避免发生内涝，并保证长期运营使用下桥梁结构的安全以及进出互通的行车安全与通行顺畅，设计时采用加固保护措施：(1)桥墩盖梁各片梁上下游均增设并加强挡块设计;(2)桥位上下游50m范围河道两侧增设挡墙护岸，护岸顶高于岸边道路不少于50cm;(3)为减少汛期结构的阻水影响，护栏采用开放式加强型的金属梁柱式护栏，立柱间距1.5m;(4)为确保桥梁自身稳定，对梁板采用自锚、地锚进行加固，地锚设置在上游河岸边，自锚设置在梁板与盖梁之间，锚筋为32mm的螺纹钢筋，在梁体正常纵横向位移情况下，锚筋处于松弛状态，当梁体在洪水期浮力作用下发生较大位移时，锚筋发挥作用，约束梁体位移，见图7;(5)对桥位上游100m、下游50m范围的河道进行清淤，清淤深度不小于1m;(6)为防止河水冲刷对泵水庙铁路桥桥墩造成影响，对泵水庙大桥2号、3号桥墩周围3m范围内河床采用50cm厚混凝土进行铺砌;(7)为防止铁路道渣及道渣板下落对公路桥的通行造成安全隐患，将公路桥上方的铁路桥孔间隔式混凝土道渣板更换为连续橡胶板，支架为型钢镀锌支架，同时更换护栏系统;(8)为避免超高车辆通过对铁路桥造成安全隐患，在本桥前后增设4.5m高限高架，见图8。

　　4结语

　　对于既下穿既有桥梁又上跨河流的桥梁在公路建设中较为常见，但桥梁上下净高同时为控制性因素的不多，如何采用经济、适用、安全、耐久、结构受力简明的桥型并且采用合理的保护措施至关重要。本桥由于受既有铁路桥梁影响，设计桥位较低，通过采取一系列的处治及保护设计后，有效降低了设计洪水位，保证了梁体在洪水情况下的稳定性，同时避免了因建桥导致的阻水增大对铁路桥墩的冲刷影响。

　　参考文献：

　　1JTGC30-2015，公路工程水文勘测设计规范[S].

　　2叶镇国.水力学与桥涵水文[M].北京：人民交通出版社，2003.

　　作者：牛东强 单位：山西省交通规划勘察设计院有限公司

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