国道104济南零点立交至燕山立交高架桥设计经验

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摘要：本项目为国道104济南穿城段，全长8425米，全线为高架桥。本文重点介绍国道104济南零点立交至燕山立交高架桥的设计，包括工程概况、路线设计、桥梁设计、耐久性设计等。

关键词：国道104；高架桥；设计

一、工程概况

2009年第十一届全国运动会将在山东省省会济南召开，为成功举办全运会提供有力的交通支撑，形成便捷、快速、通畅的交通网络体系，2007年9月省委召开常委扩大会议，决定修建国道104济南零点立交至燕山立交高架桥工程。

本项目作为国道104穿越济南城区的过境路段，同时也是济南市的市政道路，是规划的“三横五纵”双快体系（快速路、快速公交）的一纵，上部为城市快速路，下部地面道路为快速公交路（BRT系统）。

二、主要技术标准

1、道路等级：按一级公路标准进行设计，同时满足城市快速路标准。

2、设计速度：主线60公里/小时，匝道40公里/小时。

3、桥梁宽度：主线宽度25米，双向六车道；匝道宽度8米，单向单车道。

4、桥涵设计荷载：公路－I级。

5、抗震设防标准：地震基本烈度Ⅶ度，地震动峰值加速度0.10g。

三、自然条件

1、气象条件

济南市地处山东半岛中部腹地，位于我国东部暖温带，大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。年平均风速3米/秒，极大风速34.5米/秒。年平均温度14.3℃，最热月为7月，平均气温27.4℃，最冷月为1月，平均气温-3.2℃；极端最高气温43.7℃，极端最低气温-24.5℃。年平均相对湿度为59%。最大冻土深度为50厘米。

2、地形地貌

本项目位于济南市区东部，起自零点立交，经全福立交，止于燕山立交。沿线皆为市区，地形较平坦，呈南高北低之势，地貌主要呈山前平原与黄河下游冲积平原过渡带之貌。

3、水文地质

项目所在区域除北侧黄河为地上“悬河”外，地表水以小清河为主。小清河以南，地下水位埋深较深；小清河以北，由于受黄河影响，地下水埋深较浅，一般埋深1.2～1.5米。

水质分析结果表明，小清河现阶段水质不具备硫酸根结晶类弱～强腐蚀条件，但考虑到上游工业及生活污水排放的不确定性,确定对小清河两岸按弱～强腐蚀设防。

4、工程地质

地表广泛分布的杂填土以砖、碎石加灰土及生活垃圾为主，具大孔隙，不宜作为天然地基。基岩地质铁路桥以南以闪长岩及辉长岩为主，风化层具有明显的球状风化特点；铁路桥以北至小清河以蚀变带为主，岩性以大理岩化辉长岩、大理岩、灰岩为主，碳酸钙含量高，表层小型岩溶较发育，岩石强度高；小清河以北至零点立交，覆盖土层厚达50余米，下伏岩性为辉长岩。

四、总体设计原则

1、适用、安全、经济、美观。

2、选用的结构必须具有规定的强度、刚度、稳定性和耐久性，所选用的断面型式应技术成熟，施工质量要有保证，满足行车的平顺、舒适、快速、安全的要求。

3、由于本项目工期较紧，所选用的结构形式要满足施工时能同时开辟多个工作面的要求。

4、工程位于繁华市区，施工中不确定因素很多，所选用的结构形式不仅要能满足工期要求，而且当结构跨径需要改变时要比较容易。

5、桥梁设计还要结合本工程地面道路布置和交通规划，选择适宜的桥梁下部结构布置，给地面道路留出适宜净高和净宽。

6、桥梁总体布置和结构选型应与城区的总体景观、空间的比例相协调，要贯彻精细化设计理念，处理好桥面伸缩缝、护栏、照明及桥面排水系统，选择简洁、清晰、轻巧、通透的建筑形式，所选方案既能施工便捷，又要造型美观。

7、本项目桥梁应采用适宜的跨径，跨径布置应和谐统一。但在跨越河流及相交路口时，应根据相关规划及实际情况，选用合理的跨径跨越,尽量一跨过路。

五、路线设计

1、总体走向及控制点

本项目北起零点立交，向南跨过小清河后，与全福立交对接，下穿北园高架路，向南跨越胶济铁路既有线和客运专线，继续向南依次跨越花园路、山大北路、山大南路、解放路、和平路，终点与燕山立交北侧相接，路线全长8425米。

全线主要控制点为：荷花路、小清河、全福立交、胶济铁路及客运专线、花园路、山大南路、解放路、燕山立交。

由于道路两侧商厦、居住楼房林立，路线完全没有左右摆动的余地，平面线形基本沿104国道原路中心布设，对部分折线平交口，设置了适当的圆曲线。平面线形、纵断面线形尽量采用较高的指标，以提高道路的服务水平，保证行车舒适、顺畅。

2、出入口设计

本项目贯通济南市的南北，是连接南部城区和北部城区的重要通道，也是济南东部新城和西部老城的连接纽带，它对集疏新、老的交通，带动新城发展具有重要的作用。

通过和济南市有关部门的多次协调，根据济南市的道路规划，并充分考虑济南市相关部门的意见，本工程全线设置出入口4处，共8条上下匝道。

六、桥梁设计

1、现浇箱梁

主线标准段、变宽段及匝道桥上部结构均采用现浇箱梁，根据城市高架桥建设经验，连续结构跨径在25～45m之间是较适宜、经济的。在城市中布置30m跨径连续梁不仅在外形上较美观、和谐，桥墩间距不显狭小，而且30m跨径布置灵活，在城市高架中较适用，因此本项目基本跨径取为30米。同时由于本工程工期短，设计时将各联间预应力的张拉分成独立体系，即各联间互不影响。

主线采用大悬臂预应力混凝土宽幅箱梁，单箱多室截面，纵横向均施加预应力，根据受力的不同分别采用了墩梁固结、墩梁铰结。箱梁顶面设1.5％的双向横坡，箱梁底板水平设置，桥梁横坡及超高均采用腹板高度调整形成。道路中心线处梁高2.3 m，等高度梁。变宽箱梁悬臂长度保持为3.65 m，通过改变各个箱室的宽度来改变整体箱宽。悬臂板根部厚65 cm，端部20 cm，箱梁内顶板厚度25 cm，底板厚度23 cm，腹板厚度42～90 cm。

匝道桥主梁采用单箱单室截面,顶底面平行，斜腹板。梁高为1.8米，箱梁

悬臂板长2.0米，端部厚20厘米，根部厚50厘米，箱梁顶板厚22厘米，底板厚22厘米，腹板厚度45～60厘米。

2、预制箱梁

二环东路地面道路与高架桥分别下穿和上跨胶济铁路及客运专线，为在施工时尽量不影响铁路的正常通行，跨铁路段采用预制小箱梁方案。架设时地面道路可以半幅通行，上部主梁预制可以和下部结构施工同步进行。

小箱梁横向坡度为1.5％，通过桥墩横梁坡度形成。采用场地预制，简支安装，现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。为了便于模板制作和外形美观协调，30米跨径和35米跨径主梁采用统一梁高，主梁沿纵向外轮廓尺寸保持不变。每跨采用8片小箱梁，梁间距3.1米，梁高1.8米，横向湿接缝宽70厘米。顶板厚度为18厘米，底板厚度为18～25厘米，腹板厚度为18～25厘米。

3、下部结构

本项目穿越城区繁华地段，根据规划，桥梁下方将建设BRT快速公交系统，根据地面道路的规划，墩柱外缘之间距离控制为6米。因此本项目在一般路段采用双柱式结构，该方案外形简洁明快，受力明确，同时施工简单，造价较低。

由于二环东路地面道路与高架桥分别下穿和上跨胶济铁路及客运专线，跨铁路段墩柱布置必须考虑地面道路的通行要求。在现浇段箱梁部分采用箱梁横梁外伸与墩柱相结合形成门式结构，小箱梁段则采用整体式的门式框架墩，具体见下图所示：

4、燕山立交顶升设计

新建高架桥与燕山立交对接时，由于原桥桥面标高较低，必须抬高桥面，需要对燕山立交三联（双幅六联）箱梁进行抬升或拆除重建，即DH11联、DH12联和DH13联，其中DH11联为2×25米预应力混凝土连续板，DHL12联、DHL13联为3×20米普通钢筋混凝土连续板。DHL13联、DHL12联位于变宽段上，桥梁总宽度从26米直线变化到47米，DHL11联全宽47米。

若将原桥拆除重建，其总造价包括拆除费用和重建费用，不仅造价较高，而且由于燕山立交建成通车不足五年，拆除重建将造成不良的社会影响，因此确定对该段桥梁进行顶升改造。

七、耐久性设计

使用过程中影响桥梁结构耐久性的因素有水分、冰冻、空气污染、除冰盐水等环境作用及车辆的疲劳荷载、振动和磨损等力学作用，力学作用对桥梁耐久性影响通过结构设计计算来解决，环境作用对桥梁耐久性影响通过原材料及其配合比的选择，结构构造设计等来解决。本项目主要从以下方面进行了耐久性设计：

1、严格控制混凝土原材料与配合比。

2、结构构造等

1) 各构件截面尺寸变化处，均采用渐变，尽量避免刚度突变，减少应力集中。

2) 箱梁设置通风孔，预埋直径80mmPVC管成孔，降低箱内外的温差。

3) 箱梁表面与桥面铺装之间设置性能可靠的防水层。

4) 混凝土保护层厚度严格按照规范执行。

5) 伸缩装置两端与主梁连接部分的混凝土，受力比较复杂，除按照最优配合比设计外，还应使用膨胀剂和掺入钢纤维或聚丙烯纤维等增韧材料。

6) 为提高预应力钢筋的耐久性，采用真空辅助压浆和塑料波纹管。

3、对护栏混凝土采用硅烷浸渍进行防盐冻设计

济南地区最冷月为1月，平均气温-3.2℃，属于寒冷地区。本项目作为城市桥梁，在冬季运营过程中为消除降雪带来的交通隐患，不可避免的要经常使用除冰盐。除冰盐不但能对钢筋造成严重锈蚀，而且对表层混凝土也有很大的破坏作用，使表面起皮剥落。为减轻除冰盐对于护栏的侵害，本项目采用硅烷浸渍方案对护栏混凝土进行防腐设计。

八、结语

本项目为济南十一届全运会规划重点建设项目，也是国道104的组成部分。项目本身具有城市快速路、一级公路的共同特点，在设计过程中紧紧围绕其特点，力求安全与美观兼顾，耐久与经济共存，同时结合项目所处的自然和周边环境，使设计方案与施工方案紧密结合。