[PDF]穿越城区公路高架桥工程建设关键技术(183页 配图丰富)_pdf
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立交桥在道路交通上起着非常重要的作用。它取代了平面交叉路口的信号管理；基 本上消除了平面交叉路口的冲突点；使车辆接连不断地迅速地通过交叉路口；大大地提 高了道路的通行能力；同时节省了时间、燃料等，带来相当可观的经济效益，为高等级 公路的高速安全、畅通提供了保证。
立体交叉的特征及修建以立体交叉口代替平面交叉口，大大地提高了道路的通行能 力。立体交叉的交通组织不同于平面交叉路口，在立体交叉路口上，各向车辆的行驶方 向，是根据立体交叉的结构形式进行交通组织，并且必须设置适应于立体交叉的各种交 通标志和管理措施。立体交叉虽然提高了道路的通行能力，但它占地面积较大；部分车 辆(特别是左转弯车辆)通过立体交叉时需增加绕行距离；为了克服相交道路的高差还需 绕行一段上、下坡引道。不同的立体交叉，由于受地形、地物，环境条件，交通流大小 等诸因素的影响，其特征不一致。
穿越城区公路高架桥工程建设关键技术 工作报告
2015 年 5 月
目录
1 课题立项背景 ............................................................ 1 2 研究内容和思路 .......................................................... 4 2.1 研究内容 .............................................................. 4 2.2 研究思路 .............................................................. 6
二环东路高架桥在设计、施工、后期养护管理过程中，产生了一系列关键技术问题。 首先在设计方面，高架桥采用箱梁结构，其特点是宽跨比大、宽高比大、梁高低、翼板 大。由于这些特点使得箱梁的空间特性更加突出，按照传统梁理论计算会与实际结构受 力有很大差异，因此需要考虑这种箱梁的空间效应。
在施工技术方面，燕山立交在原有的燕山立交变宽段上进行顶升。原有的桥梁上部 结构重量大、重量分布不均匀，给顶升施工提出了很高的技术要求。以国道 104 济南零 点立交至燕山立交二环东路高架桥工程为背景，对中间支承的预应力混凝土低高度宽箱 梁的受力机理、构造体系进行深入研究，完善城市快速通道高架桥宽箱梁的设计理论， 形成比较成熟的、系统的设计经验；对于桥梁施工，桥梁整体顶升基于施工安全的考虑， 采用一系列格构柱限位技术、桥面牵拉限位技术、计算机控制液压同步移位技术、液压 千斤顶支撑技术、顶升专用垫块技术、螺旋跟随装置技术等，使原桥梁上部结构安全整 体同步顶升，大大节约投资，避免资源浪费，延长桥梁使用寿命，缩短施工周期，改善 自然环境；对于指导今后类似桥梁设计与施工具有重要的意义。
“国道 104 济南零点立交至燕山立交高架桥”北起零点立交南侧匝道端点，向南 跨过小清河后，与在建的全福互通立交对接，下穿北园路高架桥，向南跨越胶济铁路干 线和在建客运专线，向南依次跨越花园路、山大北路、山大南路、解放路、和平路，终 点与燕山立交北侧桥头相接，主线全长 9.5 公里，宽 25 米，双向六车道，设计速度为 60 公里/小时。
燕山立交为半苜蓿叶＋定向匝道式互通立交，于 2004 年建成通车。该互通立交南 北向为国道 104 横穿市区路段，也是济南市二环东路，东西向为济南市经十路。该互通 立交范围内南北、东西向道路均为高架桥，高架桥均以挡土墙与地面连接。该互通立交 建成通车以来，承担着济南市经十路和二环东路的主要交通流的转换，缓解了该地区的 交通压力，对提高居民出行便捷、提高道路服务水平起着重要的作用。
燕山立交连接工程采用新建高架桥直接与燕山立交的原高架桥连接方案，由于本项 目设计高程的调整，需对原燕山立交一部分高架桥进行改造，改造的桥梁长度为 170 米， 另外拆除燕山立交原挡土墙 200 米。
1
为提高纵断面线形设计标准，改善行车条件，提高和平路附近燕山立交桥的桥下空 间，将立交北侧的挡土墙全部拆除，同时，把原燕山立交的高架桥 35 号墩至 43 号台第 一、二、三联桥梁(桥型为 2×25 米、3×20 米、3×20 米，共六联单幅重量分别约为 2150 吨、2240 吨、1630 吨)顶升，顶升高度为 0.029 米～4.139 米，并接长墩柱，然后再与新 建高架桥相接。
I
1 课题立项背景
道路是交通的动脉。在现代交通中，公路交通起着至关重要的作用。随着交通事业 的飞速发展。社会经济的繁荣，不但城市道路纵横交错，乡村公路上交叉也随处可见。 道路的相交处——交叉口，是行人、车辆汇集，转向和疏散的必经之点，可谓是保证公 路交通运输畅通的关键，也是交通的咽喉。因此，路口的交叉形式和交通组织对车辆的 畅通与行人的安全，具有很大的影响。在这样的背景下立交桥应运而生。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。它的 出现，极大地便利了交通。我国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，城市立交桥已成为我国现代化城市的重要标志之一。
2
规定了中分带护栏及桥侧护栏的防护等级百度文库设计形式，对降低发生在公路上的恶性事故 起到了积极作用。但对于城市快速道路，目前还没有规范对此作出具体规定，亦鲜有新 型护栏的开发案例。由于城市道路与公路的道路交通条件存在很多差异（如设计车速、 道路线形、用地宽度等道路指标，车型组成、交通流的时间分布、照明、二次事故的概 率、事故影响等交通条件以及景观要求等），因此针对城市道路的道路交通条件，研究 开发适合城市道路使用的新型桥侧护栏及中分带护栏结构是必要的，也是迫切的。
2.2.1 中间支承高架桥设计参数和实用计算方法 .............................. 6 2.2.2 城市快速路新型护栏开发研究 ........................................ 7 2.2.3 RC-PC 混合布置变宽连续箱梁多联变坡顶升 ............................ 8 2.2.4 公路施工现场全程无线（移动）监控系统集成研究 ...................... 9 2.2.5 穿越城区公路高架桥工程管理体系创新研究 ........................... 10 2.2.6 高架桥管理与养护研究 ............................................. 11 3 课题研究进行情况 ....................................................... 12 4 研究获得的成果 ......................................................... 12 5 课题研究结论 ........................................................... 14 5.1 中间支撑城市高架桥设计关键技术研究所得结论 ........................... 14 5.2 城市快速路新型护栏开发研究所得结论 ................................... 16 5.3 RC-PC 混合布置变宽连续箱梁多联变坡顶升技术所得结论 ................... 16 5.4 公路工程施工现场全程无线（移动）监控系统集成研究所得结论 ............. 17 5.5 穿越城区公路高架桥工程管理体系创新研究所得结论 ....................... 18 5.6 燕山路立交桥管理与养护研究所得结论 ................................... 18 6 专利、论文、手册、规范、软件 ........................................... 19 7 提交的资料 ............................................................. 21 8 参与单位及主要研究人员 ................................................. 22
济南二环东路零点立交至燕山立交高架桥工程是穿越城区公路高架桥，工期紧、任 务重、社会关注度高，对项目规划阶段、勘察设计阶段、项目建设阶段及维护运营阶段 的多目标控制方法、管理模式创新提出了较高的要求。项目建设的总目标为：以科学发 展、和谐发展为统领，以提升形象打造亮点、彰显优势铸造精品为主线，坚持全过程精 细化管理，力争管理上有创新、设计上有突破、技术上有进步、质量上有提升、安全上 有保障、廉政上有监督，确保高水平、高质量、高速度地建设成一项山东省内交通公路 工程又好又快的典范工程。针对济南市二环东路公路高架桥工程项目的规划、设计、施 工及运营维护阶段的建设特点，为适应城市交通建设体制改革和发展的需要，寻求穿越 城区公路高架桥项目建设管理目标的实现方法，研究探索新型高效、符合穿越城区高架 桥工程项目特点的专业化先进项目管理模式，为跨城区公路高架桥项目的顺利实施提供 管理平台显得日益紧迫和必要。本课题结合二环东路公路高架桥工程，对穿越城区公路 高架桥工程项目建设的目标控制、管理模式进行深入研究，形成比较成熟的、系统的工 程项目管理经验，指导今后类似工程。
连续高架结构的建设为城市居民生活提供了快速、高效的出行服务，但随之而来的 交通事故也有可能给道路使用者带来巨大损失。相对于路基段而言，桥梁路段受雨、风 等外界环境的不利影响更为严重，如果交通事故最后一道防线——防撞护栏安全性能存 在不足，则很易发生恶性事故。对于桥侧，车辆一旦越过护栏，就必然发生坠桥事故。 对于中央分隔带，车辆一旦穿越护栏，与对向车辆碰撞，往往会造成恶性二次交通事故。 大量数据表明，合理的设置中分带护栏及桥侧护栏可以有效减少或降低此类恶性事故的 发生。从行业规范的角度来说，交通运输部颁布的《公路交通安全设施设计规范》明确
随着高速公路建设不断发展、国省道干线网的不断完善，对公路建设、养护工程的 质量要求越来越高，对公路工程施工的安全生产管理要求也越来越高，在公路施工工程 现场架设全程无缝监控视频网络，可以对公路工程现场实现全程、实时的视频监控，及 时掌握现场动态，实现第一时间现场调度，连续记录、存储工程现场视频图象。公路工 程施工现场具有地处野外、点多、线长、情况复杂的特点，不便借助现有的常规通讯设 施，难以铺设有线网络，利用传统的有线和无线技术难以在工程现场实现全程监控，所 以结合现代多跳无线、视频监控、流媒体发布、视频现场行为分析等技术，进行“公路 工程施工现场全程无线（多级远程）监控系统集成”的研究，既可应用于工程现场施工 安全、质量的监控，又可以应用于公路建成后的掩护和运营，具有非常重要的现实意义。
3
2 研究内容和思路
2.1 研究内容
针对中间支撑城市高架桥宽度大、梁高低、桥墩中间支撑等特点，针对箱梁的力学 特性和设计方法展开了相关研究，研究内容为：
1) 典型箱梁结构顶底板剪力滞效应分析 2) 宽箱梁有效宽度分析； 3) 宽箱梁偏载效应分析； 4) 宽箱梁结构基本性能研究； 5) 宽箱梁纵向受力分析简化设计方法研究； 6) 宽箱梁横桥受力分析简化设计方法研究； 针对城市快速路高架桥车流量大，发生坠桥事故的几率高，影响恶劣的特点，针对 城市快速路高架桥的新型护栏展开了相关开发研究，研究内容为： 1) 碰撞条件与评价标准研究。碰撞条件包括碰撞护栏的车型、车重、车速和碰撞 角度四因素，评价标准是判断护栏是否达到安全防护目标的一系列技术参数指标。确定 合理的碰撞条件和评价标准是开发与评价护栏的基础。 2) 仿真方法可靠性研究。虽然基于有限元方法的计算机仿真技术逐渐成为开发研 究和评价护栏的优越工具，但仿真方法是否准确直接影响到仿真结果的客观性和准确 性，所以需要对仿真方法可靠性进行专项研究。 3) 基于综合功能的护栏设计研究。包括护栏基本形式选择，基于综合功能的桥侧 护栏设计研以及基于综合功能的中分带护栏设计研究 4) 护栏安全评价 5) 依托工程应用 针对城市快速路高架桥桥梁顶升过程中油源压力和顶升位移的控制方式的选择问 题、纵横桥向偏移问题和千斤顶行程小等问题对 RC-PC 混合布置变宽连续箱梁多联变 坡顶升技术展开了相关开发研究，研究内容为： 1) 建立了连续梁顶升处治方案功能评价指标体系，并分析了桥梁寿命周期成本构 成及各种成本的计算方法，应用价值工程的原理提出了基于价值工程理论和变权综合评 价的超大体积现浇预应力桥梁顶升改造方案决策的方法； 2) 超大体积、大高度顶升轨线的优化对比研究；
立体交叉的特征及修建以立体交叉口代替平面交叉口，大大地提高了道路的通行能 力。立体交叉的交通组织不同于平面交叉路口，在立体交叉路口上，各向车辆的行驶方 向，是根据立体交叉的结构形式进行交通组织，并且必须设置适应于立体交叉的各种交 通标志和管理措施。立体交叉虽然提高了道路的通行能力，但它占地面积较大；部分车 辆(特别是左转弯车辆)通过立体交叉时需增加绕行距离；为了克服相交道路的高差还需 绕行一段上、下坡引道。不同的立体交叉，由于受地形、地物，环境条件，交通流大小 等诸因素的影响，其特征不一致。
穿越城区公路高架桥工程建设关键技术 工作报告
2015 年 5 月
目录
1 课题立项背景 ............................................................ 1 2 研究内容和思路 .......................................................... 4 2.1 研究内容 .............................................................. 4 2.2 研究思路 .............................................................. 6
二环东路高架桥在设计、施工、后期养护管理过程中，产生了一系列关键技术问题。 首先在设计方面，高架桥采用箱梁结构，其特点是宽跨比大、宽高比大、梁高低、翼板 大。由于这些特点使得箱梁的空间特性更加突出，按照传统梁理论计算会与实际结构受 力有很大差异，因此需要考虑这种箱梁的空间效应。
在施工技术方面，燕山立交在原有的燕山立交变宽段上进行顶升。原有的桥梁上部 结构重量大、重量分布不均匀，给顶升施工提出了很高的技术要求。以国道 104 济南零 点立交至燕山立交二环东路高架桥工程为背景，对中间支承的预应力混凝土低高度宽箱 梁的受力机理、构造体系进行深入研究，完善城市快速通道高架桥宽箱梁的设计理论， 形成比较成熟的、系统的设计经验；对于桥梁施工，桥梁整体顶升基于施工安全的考虑， 采用一系列格构柱限位技术、桥面牵拉限位技术、计算机控制液压同步移位技术、液压 千斤顶支撑技术、顶升专用垫块技术、螺旋跟随装置技术等，使原桥梁上部结构安全整 体同步顶升，大大节约投资，避免资源浪费，延长桥梁使用寿命，缩短施工周期，改善 自然环境；对于指导今后类似桥梁设计与施工具有重要的意义。
“国道 104 济南零点立交至燕山立交高架桥”北起零点立交南侧匝道端点，向南 跨过小清河后，与在建的全福互通立交对接，下穿北园路高架桥，向南跨越胶济铁路干 线和在建客运专线，向南依次跨越花园路、山大北路、山大南路、解放路、和平路，终 点与燕山立交北侧桥头相接，主线全长 9.5 公里，宽 25 米，双向六车道，设计速度为 60 公里/小时。
燕山立交为半苜蓿叶＋定向匝道式互通立交，于 2004 年建成通车。该互通立交南 北向为国道 104 横穿市区路段，也是济南市二环东路，东西向为济南市经十路。该互通 立交范围内南北、东西向道路均为高架桥，高架桥均以挡土墙与地面连接。该互通立交 建成通车以来，承担着济南市经十路和二环东路的主要交通流的转换，缓解了该地区的 交通压力，对提高居民出行便捷、提高道路服务水平起着重要的作用。
燕山立交连接工程采用新建高架桥直接与燕山立交的原高架桥连接方案，由于本项 目设计高程的调整，需对原燕山立交一部分高架桥进行改造，改造的桥梁长度为 170 米， 另外拆除燕山立交原挡土墙 200 米。
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为提高纵断面线形设计标准，改善行车条件，提高和平路附近燕山立交桥的桥下空 间，将立交北侧的挡土墙全部拆除，同时，把原燕山立交的高架桥 35 号墩至 43 号台第 一、二、三联桥梁(桥型为 2×25 米、3×20 米、3×20 米，共六联单幅重量分别约为 2150 吨、2240 吨、1630 吨)顶升，顶升高度为 0.029 米～4.139 米，并接长墩柱，然后再与新 建高架桥相接。
I
1 课题立项背景
道路是交通的动脉。在现代交通中，公路交通起着至关重要的作用。随着交通事业 的飞速发展。社会经济的繁荣，不但城市道路纵横交错，乡村公路上交叉也随处可见。 道路的相交处——交叉口，是行人、车辆汇集，转向和疏散的必经之点，可谓是保证公 路交通运输畅通的关键，也是交通的咽喉。因此，路口的交叉形式和交通组织对车辆的 畅通与行人的安全，具有很大的影响。在这样的背景下立交桥应运而生。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。它的 出现，极大地便利了交通。我国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，城市立交桥已成为我国现代化城市的重要标志之一。
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规定了中分带护栏及桥侧护栏的防护等级百度文库设计形式，对降低发生在公路上的恶性事故 起到了积极作用。但对于城市快速道路，目前还没有规范对此作出具体规定，亦鲜有新 型护栏的开发案例。由于城市道路与公路的道路交通条件存在很多差异（如设计车速、 道路线形、用地宽度等道路指标，车型组成、交通流的时间分布、照明、二次事故的概 率、事故影响等交通条件以及景观要求等），因此针对城市道路的道路交通条件，研究 开发适合城市道路使用的新型桥侧护栏及中分带护栏结构是必要的，也是迫切的。
2.2.1 中间支承高架桥设计参数和实用计算方法 .............................. 6 2.2.2 城市快速路新型护栏开发研究 ........................................ 7 2.2.3 RC-PC 混合布置变宽连续箱梁多联变坡顶升 ............................ 8 2.2.4 公路施工现场全程无线（移动）监控系统集成研究 ...................... 9 2.2.5 穿越城区公路高架桥工程管理体系创新研究 ........................... 10 2.2.6 高架桥管理与养护研究 ............................................. 11 3 课题研究进行情况 ....................................................... 12 4 研究获得的成果 ......................................................... 12 5 课题研究结论 ........................................................... 14 5.1 中间支撑城市高架桥设计关键技术研究所得结论 ........................... 14 5.2 城市快速路新型护栏开发研究所得结论 ................................... 16 5.3 RC-PC 混合布置变宽连续箱梁多联变坡顶升技术所得结论 ................... 16 5.4 公路工程施工现场全程无线（移动）监控系统集成研究所得结论 ............. 17 5.5 穿越城区公路高架桥工程管理体系创新研究所得结论 ....................... 18 5.6 燕山路立交桥管理与养护研究所得结论 ................................... 18 6 专利、论文、手册、规范、软件 ........................................... 19 7 提交的资料 ............................................................. 21 8 参与单位及主要研究人员 ................................................. 22
济南二环东路零点立交至燕山立交高架桥工程是穿越城区公路高架桥，工期紧、任 务重、社会关注度高，对项目规划阶段、勘察设计阶段、项目建设阶段及维护运营阶段 的多目标控制方法、管理模式创新提出了较高的要求。项目建设的总目标为：以科学发 展、和谐发展为统领，以提升形象打造亮点、彰显优势铸造精品为主线，坚持全过程精 细化管理，力争管理上有创新、设计上有突破、技术上有进步、质量上有提升、安全上 有保障、廉政上有监督，确保高水平、高质量、高速度地建设成一项山东省内交通公路 工程又好又快的典范工程。针对济南市二环东路公路高架桥工程项目的规划、设计、施 工及运营维护阶段的建设特点，为适应城市交通建设体制改革和发展的需要，寻求穿越 城区公路高架桥项目建设管理目标的实现方法，研究探索新型高效、符合穿越城区高架 桥工程项目特点的专业化先进项目管理模式，为跨城区公路高架桥项目的顺利实施提供 管理平台显得日益紧迫和必要。本课题结合二环东路公路高架桥工程，对穿越城区公路 高架桥工程项目建设的目标控制、管理模式进行深入研究，形成比较成熟的、系统的工 程项目管理经验，指导今后类似工程。
连续高架结构的建设为城市居民生活提供了快速、高效的出行服务，但随之而来的 交通事故也有可能给道路使用者带来巨大损失。相对于路基段而言，桥梁路段受雨、风 等外界环境的不利影响更为严重，如果交通事故最后一道防线——防撞护栏安全性能存 在不足，则很易发生恶性事故。对于桥侧，车辆一旦越过护栏，就必然发生坠桥事故。 对于中央分隔带，车辆一旦穿越护栏，与对向车辆碰撞，往往会造成恶性二次交通事故。 大量数据表明，合理的设置中分带护栏及桥侧护栏可以有效减少或降低此类恶性事故的 发生。从行业规范的角度来说，交通运输部颁布的《公路交通安全设施设计规范》明确
随着高速公路建设不断发展、国省道干线网的不断完善，对公路建设、养护工程的 质量要求越来越高，对公路工程施工的安全生产管理要求也越来越高，在公路施工工程 现场架设全程无缝监控视频网络，可以对公路工程现场实现全程、实时的视频监控，及 时掌握现场动态，实现第一时间现场调度，连续记录、存储工程现场视频图象。公路工 程施工现场具有地处野外、点多、线长、情况复杂的特点，不便借助现有的常规通讯设 施，难以铺设有线网络，利用传统的有线和无线技术难以在工程现场实现全程监控，所 以结合现代多跳无线、视频监控、流媒体发布、视频现场行为分析等技术，进行“公路 工程施工现场全程无线（多级远程）监控系统集成”的研究，既可应用于工程现场施工 安全、质量的监控，又可以应用于公路建成后的掩护和运营，具有非常重要的现实意义。
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2 研究内容和思路
2.1 研究内容
针对中间支撑城市高架桥宽度大、梁高低、桥墩中间支撑等特点，针对箱梁的力学 特性和设计方法展开了相关研究，研究内容为：
1) 典型箱梁结构顶底板剪力滞效应分析 2) 宽箱梁有效宽度分析； 3) 宽箱梁偏载效应分析； 4) 宽箱梁结构基本性能研究； 5) 宽箱梁纵向受力分析简化设计方法研究； 6) 宽箱梁横桥受力分析简化设计方法研究； 针对城市快速路高架桥车流量大，发生坠桥事故的几率高，影响恶劣的特点，针对 城市快速路高架桥的新型护栏展开了相关开发研究，研究内容为： 1) 碰撞条件与评价标准研究。碰撞条件包括碰撞护栏的车型、车重、车速和碰撞 角度四因素，评价标准是判断护栏是否达到安全防护目标的一系列技术参数指标。确定 合理的碰撞条件和评价标准是开发与评价护栏的基础。 2) 仿真方法可靠性研究。虽然基于有限元方法的计算机仿真技术逐渐成为开发研 究和评价护栏的优越工具，但仿真方法是否准确直接影响到仿真结果的客观性和准确 性，所以需要对仿真方法可靠性进行专项研究。 3) 基于综合功能的护栏设计研究。包括护栏基本形式选择，基于综合功能的桥侧 护栏设计研以及基于综合功能的中分带护栏设计研究 4) 护栏安全评价 5) 依托工程应用 针对城市快速路高架桥桥梁顶升过程中油源压力和顶升位移的控制方式的选择问 题、纵横桥向偏移问题和千斤顶行程小等问题对 RC-PC 混合布置变宽连续箱梁多联变 坡顶升技术展开了相关开发研究，研究内容为： 1) 建立了连续梁顶升处治方案功能评价指标体系，并分析了桥梁寿命周期成本构 成及各种成本的计算方法，应用价值工程的原理提出了基于价值工程理论和变权综合评 价的超大体积现浇预应力桥梁顶升改造方案决策的方法； 2) 超大体积、大高度顶升轨线的优化对比研究；