立交桥设计

城市道路立交桥设计摘要: 从预测交通量分析出发，结合互通式立交功能、构造物等建设条件，对互通式立交型式进行方案综合比选，从而推荐出功能完善、与结构造物衔接良好、造价较低的互通方案。

关键词: 互通式立交方案选型设计预测交通量0引言随着道路建设的发展和交通的需要，城市人口的急剧增加使车辆日益增多，平面交叉的道口造成车辆堵塞和拥挤，许多大中城市的交通要道和高速公路上兴建了一大批立交桥，用空间分隔的方法消除道路平面交叉车流的冲突，使两条交叉道路的直行车辆畅通无阻城市环线和高速公路网的联结也必须通过大型互通式立交进行分流和引导，保证交通的畅通城市立交桥已成为现代化城市的重要标志为保证交通互不干扰，而在道路铁路交叉处建造的桥梁广泛应用于高速公路和城市道路中的交通繁忙地段从此，城市交通开始从平地走向立体。

1 概述科学大道-西三环互通式立交工程位于郑州市西三环、北三环及西三环延长线与科学大道的交叉处。

现状为三路平面交叉见下图。

北三环、西三环及西三环延长线规划为城市快速路，科学大道规划为城市交通性主干道。

该立交作为郑州市快速路网与地方城市道路衔接转换的重要节点立交，同时也是城市快速路与城市主干路相交的重要节点立交。

该立交的建设不仅为沟通高新西区与环城快速路提供了最便捷的通道，同时可以贯彻落实郑州中心城区快速路系统总体规划思路。

立交桥待建地图航拍立交桥待建路段远照航拍立交桥待建路段近照2 地形地物地貌图该互通立交工程场地地貌单元为黄河冲积平原，场地地形整体平坦，地面高程为98m 107m左右。

本立交桥址勘探期间，在场地内及其附近未发现对工程有影响的不良地质作用，如塌陷、采空区、地面沉降、地裂等；也不存在影响地基稳定性的不良地质现象，如沟滨、古河道、古墓穴及防空洞等。

立交西北象限有贾鲁河桥，宽40m ，80m；立交东侧紧接郑北跨线大桥。

在进行互通立交型式选择和匝道布设时，应在满足功能需要的前提下，尽量利用既有构造物，节省工程投资。

征得规划及相关部门的意见后，互通方案设计需保留既有环形平面交叉环岛内高新技术产业开发区雕塑，拆除交叉口东北象限的中国石化加油站，同时既有贾鲁河桥按完全利用考虑，应与郑北跨线大桥完全衔接。

3 城市立交桥设计规划与设计原则在立交桥的设计规划中应重点考虑出入交通量交通组成设计车速城市景观用地范已建工程拆迁可能性将来的远景发展等相关因素本文立交桥设计重点考虑了以下因素：(1)立交范围内地面道路应相互连通，构成网络，疏解沿线地方单位进出交通，组织公共交通；(2)应向空间发展，以节约用地，减少拆迁；(3)满足交叉口交通功能需要，与立交等级性质任务和交通量相适应;立交主要道路与次要道主要交通流向与次要交通流向相结合；(4)立交造型美观，与立交所处的地形地物及环境相适应4桥梁上部结构设计4.1 结构选型设计立交桥具有交通量大，无断交条件，曲线桥和异型段桥约占全桥面积70%以上等特点，并要求工期短经过多次优化比选，主跨25m以上的曲线桥和异型段桥采用现浇预应力砼连续箱梁；主跨在25m以下(含25m)的曲线桥和异型段桥，采用现浇普通钢筋砼连续箱梁；直线段桥则采用预制预应力砼大空心简支板梁，然后设以桥面连接板4.2 结构计算箱梁内力按平面杆系有限元程序计算，并采用三维有限元分析程序作验算通过计算与合理的选择优化使得配置的预应力束与受力特征更趋合理，并减少钢绞线40%以上。

.预应力砼构件，基本上按全预应力构件考虑。

部分截面按A类受弯构件考虑，恒载时不允许出现拉应力，营运阶段的最大拉应力控制在砼的极限拉应力以内。

预应力束与孔道壁的阻系数u用0.02 ，束位置偏差系数K用0.002在计算过程中，考虑了支座对箱体的约束效应，内支点负弯矩时，采用0.95的折减系数（1）钢筋混凝土箱形连续梁异形梁采用单箱多室处理，外观整洁对于分离式基础则在顶板上设构造缝以减小横向刚度防止因基础下沉不均匀引起的箱梁横向相对变位而造成的内力过大混凝土开裂等不利现象箱梁结构均采用悬臂翼缘箱梁的结构分析采用PKPM连续梁计算程序按施工、运营阶段进行内力及抗裂性能计算并配置普通钢筋；考虑到桥墩台不均匀下沉对梁体产生的不利影响，荷载组合取偏安全的组合，且按相邻墩台相对位移计算箱梁横向计算时需采用框架结构分析计算方法。

（2）预应力混凝土槽梁及空心板梁槽形梁及板梁为简支梁结构，主筋采用冷拉双控Ⅳ级粗钢筋，工厂预制，现场架设施工。

简支梁结构具有架设速度快且预制质量好等优点，但在匝道平面曲线复杂的情况下并采用斜梁时，相应墩台坐标计算复杂，在架设时应采用变化铰接缝宽度的方法以形成平面变宽度的匝道线形。

4.3结构措施根据计算知，在荷载作用下，小半径曲线桥的扭矩比直线桥的扭矩要大，且内外弧支点反力相差也大。

为了使内力分布规律更加合理，我们对A匝道桥采取了以下措施：（1）箍筋间距加密至10cm ；（2）将中墩单支点向外弧侧预调8——11cm的偏心距；（3）每联端支点采用强劲的抗扭双支座，且将其间距加大到3.6cm，并将端横隔梁加长到与桥同宽。

5桥梁下部结构设计5.1盖梁预应力砼大空心板，采用倒T形盖梁对于相邻孔主梁跨径不等的盖梁，用支座偏位法来抵衡不平衡弯矩为了适应弯桥空心板的布置需要。

盖梁宽度采用大小头的扇形状除长度大于17.5m的独柱双悬臂盖梁采用预应力硷结构外，其余均用普通钢筋硅结构。

主筋：预应力混凝土结构用15.24mm高强度低松弛钢绞线，普通钢筋混凝土用Ⅱ级钢。

盖梁混凝土：预应力混凝土C50，普通钢筋混G30凝土。

5.2墩柱柱身采用倒棱的矩形截面柱子主筋采用Ⅱ级钢，配筋率控制在1%以内，柱身混凝土采用C30普通混凝土。

.5.3桩基础基础采用40×40cm的钢筋混凝土打入桩，钢板焊接接头桩中心最小横向间距1.0，最小纵向间距1.2m.钢筋混凝土承台厚1.5m，根据具体需要在顶底部铺设受力钢筋网简支梁结构桩长24m，连续梁考虑不均匀沉降的不利影响，采用桩长30m为了确保地下各种管道的安全，根据地形条件还采用了直径0.7-1.5m的钻孔桩，桩长最大40m。

上述桩底均已进入了暗绿色粉质粘土持力层或草黄色粉质粘土在墩台计算中，一联上部结构的活载水平制动力及温度力按墩身刚度分配到各墩台，刚度系数考虑橡胶支座剪切变形的影响；墩台还进行了七度地震力的检算。

6桥面结构桥面铺装层设8cm厚的C30混凝土垫层（预应力连续梁设C30防水混凝土垫层），并设8mm钢筋网，间距15mm。

垫层之上在负弯矩处涂以防水涂料，上铺设5cm厚沥青混凝土，桥面采用橡胶板式伸缩缝。

全桥采用矩形、圆形板式橡胶支座及四氟板式。

机动车道两侧均设钢筋混凝土墙上加连续润管的复合式防撞墙，非机动车道桥面两侧设人行栏杆。

7交通量分析根据郑州市城市空间发展及路网规划，结合产业布局，对科学大道立交2010年、2020年、2030年的交通量预测如图2所示从立交转向交通量预测可以得出，西三环北三环环路交通、高新技术产业园区中心城区西南方向为主要交通流向，其余方向均为次要交通流向。

8立交功能定位根据郑州市城市总体规划，结合区域路网规划，通过分析立交在区域路网中的位置确定该立交的功能定位：本项目功能上将承担三环快速路和科学大道方向的交通转换功能，特别是要实现西三环、北三环与科学大道之间的互通，以实现三环快速路与高新西区之间的快速联动功能。

同时，立交范围内辅道应相互连通，构成网络，疏解沿线地方单位的进出交通，合理组织公共交通。

9立交型式选择1 选择立交方案时考虑的主要因素该互通式立交型式的合理选择应综合考虑出入交通量、相交道路等级及车道数、交通组成、计算行车速度、投资估算、用地范围、地形条件、交通条件、环境条件、拆迁可能性、相交道路角度、将来的远景发展等相关因素。

因此，在设计过程中立交型式的选择重点考虑了以下因素a 满足交通功能需要，与立交等级、性质、任务和交通量相适应；b 立交造型美观，与立交所处的地形、地物及环境相适应；c 立交主要道路与次要道路、主要交通流向与次要交通流向相结合；d 立交选型与定位相结合，近期需求与远期规划相结合；e 立交范围内辅道应相互连通、构成网络，以疏解沿线地方单位进出交通，合理组织公共交通。

2 立交方案设计的指导思想立交方案设计的指导思想是：a 根据规划要求，该立交桥桥型力求造型美观、轻巧、大方、以简洁、流畅、适用为原则在满足交通功能的前提下，使立交桥成为城市环境的新景观；b 主要交通流向车辆转换应快速直捷、地面辅道应相互沟通。

c 为降低投资，尽量利用既有道路、桥梁；d 立交型式的选择尽量与交叉口处高新技术开发区的标志性建筑相协调，立交方案要尽量利用既有贾鲁河桥，与规划贾鲁河相协调，要能与郑北大桥改造方案衔接；3 方案设计根据立交转向交通量的预测，合理利用立交范围内相关控制性建筑物，结合该立交总体设计要求以及相关主要技术标准，经过认真论证，从众多方案中选出两个方案进行探讨和完善。

方案一该方案为半定向型的四路交叉三层部分互通式立交，科学大道主线利用既有道路改造布置在地面层，三环快速路高架桥、西三环延长线左线布置在第二层，西三环延长线右线布置在第三层，保证直行交通直捷。

根据转向交通流量大小，将南——西（西三环——科学大道）设计为定向匝道；将北——东（西三环延长线——北三环）设计为半定向匝道；西——北（科学大道——西三环延长线）方向交通通过区域路网或地面辅道解决；立交东端预留一对上下匝道接口，远期与蓝天路沟通。

立交范围内主线两侧均设置地面辅道，并设置两个下穿通道FD3 FD7下穿科学大道主线，该通道桥净空按3.5m考虑，与科学大道两侧地面辅道相互沟通，这样使得整个立交范围内区域道路互相沟通，解决了该范围内机动车、非机动车、行人间的交通组织问题。

该方案效果图如图所示方案二该方案为定向+环形匝道的四路交叉三层部分互通式立交。

立交布置型式与方案一的主要区别在于以下几个方面：a 三环快速路由高架快速路改为地面快速路科学大道分修右线由地面道路改为高架桥；b 北——东（西三环延长线——北三环）匝道由半定向匝道改为环形匝道；c 通过地面辅道与规划道路的沟通，解决该立交与快速路辅道间的交通转换、立交附近单位及居民进出交通以及非机动车的交通问题；地面辅道相互间沟通不直接，只能通过科学大道主线及三环快速路上的调头车道沟通。

该方案效果图如图4所示9.4 方案比选方案一的优点：地面辅道道路沟通便捷，完全利用了既有贾鲁河，技术标准较高，最小半径为105m 功能全，交通顺畅，造型美观大方。

方案一的缺点：施工三环快速路高架桥对交通有一定影响，建安费为3.05亿元，相对较高。

方案二的优点：完全利用了既有三环快速路能基本满足立交的交通功能要求。

方案二的缺点：技术标准相对较低，环型匝道半径为60m，地面辅道的沟通没有方案一便捷，交通组织较差，只能利用部分既有贾鲁河桥，建安费为2.61亿元，相对较低。