——以嘉兴市三环南路新气象路立交工程为例
倪强1 王娥2
（1.嘉兴市规划设计研究院有限公司，浙江，嘉兴，314000）
（2.嘉兴市城市投资发展集团有限公司，浙江，嘉兴，314000）
【摘 要】框架桥与“U”型槽的立交组合具有构造简单、受力明确、施工简便、造价省等诸多优点，这种立交形式占地少，尤其对道路两侧地块影响小，在用地紧张时相较其它立交形式具备较强竞争力。本文以嘉兴市三环南路工程为例，着重对框架桥及”U”型槽的构造及各细部设计进行介绍，重点解析计算模型、抗浮防渗、施工要点等关键技术。
【关键词】框架桥；“U”型槽；模型
1、概述
1.1 工程概况
三环南路为城市快速路，桥位处红线宽度69m，主线为机动车双向8车道，下穿新气象路（城市主干道），辅道及人行道与新气象路平交。主体为框架桥结构，两侧顺接U型槽。U型槽为立交框架桥的附属构造，设置在箱体两侧,主要起到挡土及封水的作用。
图三：“U”型槽断面图
1.2 结构总布
主体均为现浇钢筋混凝土结构，框架桥箱内净跨径16.5m，净空高度≥5.0m，箱体顶板水平，底板根据道路竖向设计变化，总高度8.660m～9.329m。单节箱体长度为20m，沿三环南路前进方向布置7节，总长140m，断面方向为两个独立的箱体并列布置，单箱宽18.9m，双箱总宽40.4m。单个箱体里内横向布设4条机动车道。新气象路主线为双向4车道，位于4#、4’#箱体顶部，辅道位于1#、1’#和7#、7’#箱顶，其余框架桥顶均为绿化带，覆土厚度小于1m。箱内道路结构层总厚度为42cm～73cm。
U型槽侧墙高度从7.411m渐变至2.767m。槽体内设置双向八车道及6.0m宽度的中央分隔带，槽体底板水平，车行道横坡采用道路结构层三角铺装实现。
1.3 地质情况
嘉兴地貌类型属长江三角洲冲海积平原，工程位于嘉兴市国际商务区四联村，场地现状为空地、农田，局部有鱼塘分布。土质以粘性土为主。其中④1层和⑥1层厚度稳定，强度较高，可作为持力层。
根据嘉兴市水文地质环境监测站资料显示：嘉兴市多年平均水位为0.87m，最高水位为2.82m(黄海高程，1999年)，最低水位-0.28m(1934年)，水位变化较为平缓，水位差较小。
2、MIDAS/Civil计算模型
2.1 模型简介
本工程主体结构采用有限元分析软件MIDAS/Civil进行计算，全桥共计14个箱体，取其中一个受力最不利的4#箱体（位于新气象路机动车道下方）及东U1（侧墙高度最高）沿纵向进行有限元分析。软件对已建立好的模型能自动分析计算，计算结果是否准确关键在于模型是否符合实际，因此对结构体的单元划分、边界条件、内外部荷载、施工方法、温度变化、混凝土收缩徐变等因素的模拟则为关键所在。
框架桥采用板单元建立模型，共计板单元数量：1240个，节点数量：1785个。“U”型槽采用梁单元建立模型，共计梁单元数量：62个，节点数量：114个。
2.2 结果输出
模型建立好后，按照以上章节添加外部荷载和约束，程序自动计算，根据需要输出内力,计算配筋。
3、分项设计
3.1 基础
3.1.1 计算结果分析
根据框架桥底板反力输出结果，可以很明确地看出底板反力并非匀值，位置不同反力大小不同，但其变化是有规律可循的，在底板中央位置处反力最小，越往两边靠近侧墙位置反力越大。这样的变化规律符合实际情况，框架桥上部的荷载通过侧墙传递给底板进而传递给地基土体，底板虽厚度较大，但远非刚体，在两侧侧墙的集中力作用下会发生变形，导致侧墙下部的土体受到的挤压明显大于底板中央处土体受到的挤压，即底板两侧的反力大于中间的反力，这样的计算结果符合力学原理，反过来这也验证了计算的准确性。
根据底板反力图输出结果，板中央位置处地基承载力仅需110 kPa，侧墙附近则需要地基承载力达到370 kPa，结合地质勘察报告，框架桥底板位于③层与④层交接处，④层土体承载能力为165 kPa，即底板中央位置处地基承载能力满足要求，但底板两侧远未达到设计要求，这就需要对基础做专门设计。
“U”型槽的内力计算结果显示，侧墙弯矩和剪力极值均位于侧墙根部。底板的弯矩和剪力极值均位于两侧（靠近侧墙位置），底板最大负弯矩位于中央分隔带处，剪力极值位于第二车道位置附近。
3.1.2 基础形式比选
目前常规的桥梁基础主要有复合地基、桩基等形式，复合地基可采用水泥搅拌桩、粉喷桩、高压旋喷桩等，桩基常见的有钻孔灌注桩基础、预制水泥方桩、管桩等形式。经比选，框架桥最终采用高强预应力管桩基础，具有工厂制作，质量稳定，桩身强度高（C80混凝土），施打速度快，单位承载能力费用低等优点。“U”型槽基础主要以承载反向的抗浮竖向力为主。
3.2 抗浮设计
经计算，框架桥自重大，能抵御地下水的浮力。U型槽抗浮计算按照结构最不利工况考虑，结构自重仅计入一期恒载，侧墙外立面倾斜，土压力有竖直向下的分力，此时为有利因素不予考虑。最终选用D100cm的钻孔灌注桩作为抗浮桩，桩基利用自重和与土体间的摩擦力为U型槽提供反向的拉力，以抗衡地下水的上浮作用。
3.3 防水设计
本工程为地下结构，需做严格的防水防渗设计，根据规范要求，本工程主体结构防水级别为I级，混凝土抗渗等级不低于P8级。本工程采用了氯化聚乙烯防水卷材、聚氨脂防水涂料、细石聚丙烯纤维混凝土、橡胶止水带、钢带止水带、防水剂等防水材料，视具体情况配合使用。
3.3 基坑方案
3.3.1 边坡形式
本工程基坑采用明挖施工，边坡处理方式有排桩支护和放坡两种形式，两个方案各有优缺点。
桥位处多为农田、鱼塘，场地空旷，无高大建筑、杆线等重要地物，边坡采用放坡的方式具备条件，但是该方案缺点明显：挖方、回填量较大，且工后辅道及新气象路沉降较难控制。，经比较，并结合业主意见，从节约经费的角度出发，确定选择放坡方案。
3.3.2 基坑开挖设计
本工程开挖施工时，单侧分两阶开挖，开挖面坡度为1：2，中间平台宽度2m。③层（淤泥质淤泥质粉质粘土）及以下土体均采用水泥喷浆护坡。基坑东侧为现状周家港，为防止河水渗入基坑，可采取挂钢筋网水泥喷浆护坡，或结合高压旋喷桩、水泥搅拌桩进行防护。基坑开挖时务必避开雨季，必须考虑降雨对基坑安全的影响，开挖作业时如遇长时间或大强度降雨，须采取必要的围护措施，确保基坑安全。基坑四周均设置轻型井点降水，降水深度为基坑坑底以下1m，施工单位应根据地质勘查报告土体相关参数对渗水速度、流量等进行计算，以配备适合的水泵、管道能排水设备。基坑施工过程中应确保基坑工程的安全和质量，对基坑周围环境进行有效保护，应做好对基坑侧壁土体的侧向变形、周围地下管线、地表构筑物、路面、地下水位等的监测工作。基坑出土堆放需远离基坑至少50m以上。
4、小结
框架桥与“U”型槽的立交组合既安全又经济，随其在市政建设中的推广和应用，工程实践经验的不断积累，其结构设计在技术上将会进一步得到提高和完善。
论文作者:倪强1,王娥2
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/13
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