1、京沈高速公路(北京段K16+500市界)立交及橋梁選型盧士東徐君(北京市公路局公路設計研究院)摘要本文詳細論述了京沈高速公路(北京段)立交及橋梁選型的原則、技術標準，介紹了幾座大型立交及橋梁的特點。關鍵詞立交橋梁選型一、概述京沈高速公路(北京段)是交通部公路網規(guī)劃中的國道主干線之一，是"九五"期間國家重點工程項目，也是北京市總體規(guī)劃中的一條主要對外放射線。它西起東四環(huán)左安東路，經朝陽區(qū)南磨坊鄉(xiāng)、王四營鄉(xiāng)、雙橋鄉(xiāng)，通州區(qū)臺湖鄉(xiāng)、張家灣鎮(zhèn)、郎府鄉(xiāng)、西集鎮(zhèn)，在香河大沙務村南與河北段相接，全長39.7公里。工程自一九九八年七月開工，歷時一年零兩個月，于一九九九年九月順利竣工通車。它

2、的建成為我市又增加了一條向東的主要放射線，并與京津塘高速公路相呼應，對北京、天津及沿線其它地區(qū)社會經濟和交通運輸?shù)匕l(fā)展，對加強東北和華北地區(qū)的經濟聯(lián)系起著重要地作用。北京市公路局公路設計研究院承擔了京沈高速公路(北京段K16+500市界)23.2公里的設計任務，在該段內，京沈高速公路與公路二環(huán)高速公路、京津公路、通香公路、張家灣鐵路專用線等重要公路、鐵路相交，并跨越北運河、涼水河等重要河流。本段相應的立交及橋梁選型工作尤為重要，共設置互通式立交4座，分離式立交9座，鐵路立交1座，大橋、特大橋3座，跨線橋及通道橋24座。在這些結構物的設計過程中，我們做了大量細致的工作，進行了周密地比選，最終確定

3、了適宜的方案。在解決功能與造價、安全與美觀等矛盾方面取得了一些寶貴的經驗和教訓。二、技術標準依據首規(guī)委、交通部對工程可行性研究報告和初步設計的批復及交通部頒布的規(guī)范確定本次設計的技術標準如下：1、京沈高速公路主線計算行車速度：120公里/小時；路基寬度：34.5米(三上三下，其中行車道寬3.75米，硬路肩寬3.0米，中央隔離帶寬3.0米，路緣帶寬0.75米，土路肩寬0.75米)。2、立交匝道設計車速：5080公里/小時；匝道寬度：單向8.5米，雙向15.5米；最小平曲線半徑：5080米；最大縱坡：3.87%。3、橋梁設計荷載：主線橋汽車-超20級，掛車-120。支線橋汽車-20級，掛車-100

4、。洪水頻率：百年一遇。地震烈度：8度。三、立交選型本次立交選型嚴格遵照立交性質決定立交形式的原則。依據相交道路的等級及交通量確定立交的等級和性質，再依據立交的等級和性質，結合具體的地形、地物選擇立交的形式并確定各種技術指標。這樣選型結果能分清主次，尤其是將樞紐性質立交與服務性質立交嚴格區(qū)分，使各種立交各盡所能，最大限度地發(fā)揮其作用。下面介紹幾種不同性質的立交選型。1、樞紐性質的立交(1)公路二環(huán)立交公路二環(huán)是北京市最外層的高速環(huán)路，在北京市的路網規(guī)劃中占有重要的地位，一方面它作為北京市各郊區(qū)縣城鎮(zhèn)間的重要聯(lián)系紐帶，另一方面它還是截流、疏導過境交通的主要通道，而且由于它與進出北京市的各主要放射線

5、均相交，它還具有均衡放射線、強化路網的整體性和應變性功能?，F(xiàn)狀公路二環(huán)黃村至馬駒橋段于1990年建成一級公路，本段(馬駒橋-通縣段)按規(guī)劃為三上三下六車道高速公路，近期按兩上兩下四車道修建。交通量見圖1。根據以上條件，首先從兩條相交道路的等級和性質來分析，京沈公路 和公路二環(huán)均為高速公路，設計車速均為120公里/小時，可以確定該立交為一級立交，其性質為大型的交通樞紐。從交通量分析，到2019年，最大的轉換交通量可達14725輛/日，亦說明了該立交的樞紐性質。依據這樣的性質，我們對規(guī)劃提出的三個方案(見圖24)進行了比選，首先排除了苜蓿葉形立交(圖2)，因為苜蓿葉形立交雖然交通組織可行、工程量較

6、小、修建簡單，但很明顯它的交織段很難適應后期交通量地增長，不適合作為一種樞紐性質立交，而且這種形式立交修建收費站將大大增加占地和費用。而對于全定向立交(圖3)，雖然從交通組織上講 ，定向匝道可以提供舒適、快捷的行車條件，滿足樞紐性質立交的要求，但從經濟上講，該立交共有四層，占地面積大，橋梁長度長，造價相當高，對于京沈路的投資規(guī)模來說，并不是最可取的。而第三個方案則是前兩個方案的折衷，雖然并未完全擺脫交織，但提供了兩條定向匝道，立交只有兩層，無論從交通組織還是從經濟上都分別較前兩個方案有一定的可取之處，所以我們將其作為初步設計的方案之一。但這一立交形式也有不如人意之處，一方面它沒有完全擺脫交織，

7、另一方面它的兩條半定向匝道設置的目的并不明確，從交通量分布圖上可以看出，未來交通量分布比較大的方向為北京至通縣和沈陽至馬駒橋兩個方向，但這兩條匝道并未就此設置。針對以上存在的問題，我們作了進一步地改進，提出了一個半定向渦輪形方案(圖5)，從圖中可以看出，北京至通縣及沈陽至馬駒橋方向均設置了半定向匝道，而兩條環(huán)形匝道設置在對角線上，并且整個立交仍為兩層。對于改進前后的兩個立交我們作了一下比較 ，見表1由表1可知，從經濟方面講，兩者各有利弊，改良苜蓿葉形占地要小一些，對于節(jié)省土地資源有利，但在工程造價方面，改良苜蓿葉形工程造價要大于半定向渦輪形，尤其是改良苜蓿葉形中的 北京至通縣的高架橋，連跨兩條

8、道路，凈空高、跨度大，造價高且施工不易。所以總體的經濟評價半定向渦輪形要好于改良苜蓿葉形。再從交通組織方面看，半定向渦輪形則明顯優(yōu)于改良苜蓿葉形，半定向渦輪形交通組織明確、出口單一、造型簡潔明快，并摒棄了交織。而從兩條路相交成65度的情況看，正適合安排環(huán)形匝道，占地相對減少且形式對稱美觀，所以我們最終選定半定向渦輪形為公路二環(huán)立交的形式。(2)京津公路立交京津公路即103國道，是北京通往天津的國家一線干線公路，自八王墳起經北苑環(huán)島、土橋、郭縣至市界(覓子店)，全長44公里，路基寬度23米，路面寬度20米。該路是由京通快速路至通縣后至天津，京沈公路建成以后，可分流部分去天津的車輛，距離縮短且可緩

9、解京通路的壓力，具體交通量分布如圖6。根據相交道路等級和交通量分析，京津公路作為國家一級干線公路，設計時速為100公里/小時，遠景轉換交通量可達12416輛/日，該立交等級應為一級，立交性質為交通樞紐，所以在此應設一座級別較高的全互通立交，但標準要比公路二環(huán)立交低。另外，該立交所處的地形條件比較特殊，京津公路在立交處距北運河僅百米，京津公路路堤 又是北運河的防浪墻，如此一來，跨河橋與跨線橋連在一起，使立交橋的凈空大于要求的5米凈空，所以立交匝道布設時幾乎不可能將匝道出入口設在京津公路以東的京沈公路上，因為如果將匝道設在路東，路基填土較高，橋梁又長，而且縱坡很大，不經濟且會給司機造成一種不安全感

10、。據此，我們做了兩個方案進行比較。推薦方案為雙喇叭形，作為解決集中收費的最佳方案，雙喇叭形立交已為大家所接受。本次依據交通量及出入口匝道的不同要求設置成如圖7所示，匝道上跨主線及被交線，另外，收費站設置在西北象限，可減小匝道長度和占地面積。比較方案為兩個單喇叭型(圖8)，此方案是由于地形條件限制而采取的，兩方案具體比較如表2：從部分經濟指標來看，兩者占地相當，推薦方案土方較少但橋梁面積較多，推薦方案收費站只設一處，而比較方案設置兩處，從近期的投資和將來的管理講，推薦方案要優(yōu)于比較方案。而在交通組織方面，雙喇叭形出入口單一明確，而且有跨線橋作提醒，司機容易識別，優(yōu)點突出。兩個單喇叭形在交通組織方

11、面則稍顯不足，尤其在被交線上，出入口多且有交織， 行駛條件不好。我們最終選取雙喇叭形作為京津立交的形式。但在具體施工時采用了分期修建的方法，本期只修建了京沈路上的一個喇叭，而京津公路上的喇叭待遠期交通量增大時再修建。2、服務性質的立交-郎府立交和西和路立交郎府立交是由杜陳路和京沈路相交而成，杜陳路是由通鄉(xiāng)路的杜柳顆村至陳珩的區(qū)間路，為三級公路，現(xiàn)狀交通量不大，為2301輛/日。西集立交是西和路與京沈路相交而成，西和路是由西集通向和合站的三級公路，現(xiàn)狀道路的交通量為3096輛/日，按照規(guī)劃將改建成二級公路。由兩條道路的性質可以看出，無論改建成二級路與否，兩條道路都主要是服務于地方交通，因此兩座立

12、交的性質就應該以服務的功能為主導，即這兩座立交的出入口性質就比較明顯，所以立交的設置只要能滿足地方交通的出入即可。在方案的選型過程中，我們考慮過部分苜蓿葉形和菱形，如(圖9、圖10)這兩種形式在交通組織方面對主路都比較順暢，尤其是菱形立交，完全符合出入口的性質，對于出入高速公路的車輛都比較方便，但在施工圖階段，考慮到后期收費管理及運營的費用，這兩座立交我們選擇單喇叭形。3、分離式立交及通道本次設計共設分離式立交9處，通道14座。分離式立交及通道設置是在保證主路總體平縱配合良好的情況下，主要依據經濟及方便地方交通的原則，在主線上跨和下穿均可的情況下，采取較經濟的方案。在支路兩側村莊距主路較近時，

13、考慮非機動車出行較多，在凈空要求不高的情況下，一般采取主線上跨。以太平莊分離式立交為例，兩側村莊相距較遠，支線可上可下，但由于地方上有大型農機具要求過路 ，主線上跨要求凈空不小于4.5米，進行經濟比較后，主線上跨比支線上跨多填方10萬方， 故最終采取支線上跨方案。四、橋梁結構選型在滿足使用功能的前提下，因地制宜地選擇橋梁結構形式，做到技術先進、經濟合理、安全可靠、輕巧美觀、方便施工。這樣先后選擇了五種各具特色的橋梁結構形式，體現(xiàn)了時代的特點，豐富了北京的橋梁結構。1、北運河特大橋-V型連續(xù)剛構橋北運河特大橋位于京沈高速公路K26+42.88處，跨越北運河。北運河屬海河水系，為京杭大運河的源頭，

14、是北京東南方向的主要排灌河道，河寬1345米，常水位主河道寬120米， 設計流量2262立方米/秒，設計水位20.23米，根據規(guī)劃及水利部門的要求，在眾多方案的基礎上，對主橋提出了三個橋型方案，如圖12。引橋則采用30米預應力混凝土簡支T梁連續(xù)橋面，各方案技術指標如表3:方案一：V型連續(xù)剛構橋橋型新穎美觀，V撐減少主跨跨度，使斷面尺寸減少 ，造價較低。方案二：雙薄壁墩剛構結構輕巧，受力合理，造價居中。方案三：中承式鋼拱橋橋型美觀，但結構較復雜，其對基礎要求較高，施工難度較大，造價較高。經技術、經濟綜合比較并報主管部門批準，確定采用V型連續(xù)剛構方案。在施工圖設計階段，為降低造價，對初部設計又進行

15、了優(yōu)化，并作了以下4點調整：(1)取消橋上連續(xù)停車帶，橋寬由34.5米減為30米。(2)主跨跨徑由100米減為78米，相應邊跨跨徑由60米減為42米。(3)引橋跨徑組成由6×30+24×30調整為8×25+33×25。(4)總橋長由于水利部門的要求即由1113米增加到1189米，增加了76米。2、輕巧美觀的立交匝道橋-獨柱彎橋和斜腿剛架橋結合地形、地物，配合道路線形情況因地制宜地選擇了以下兩種橋型：(1)獨柱彎橋該橋位于公路二環(huán)立交匝道上，上跨公路二環(huán)高速公路，匝道平曲線半徑R150米，與公路二環(huán)斜交，交角55度，跨徑較大，因此選擇了獨柱支撐現(xiàn)澆預應力混

16、凝土曲線箱型連續(xù)梁橋。跨徑布置為24+3×30+24米，梁高1.4米，橋寬8.5米，單箱單室，橋墩直徑1.4米，基礎為雙排鉆孔灌注樁，樁徑1.2米，橋臺為肋板式橋臺。(2)斜腿剛架橋該橋位于京沈高速公路K34+964.46處，上跨京沈高速公路，上部結構為預應力混凝土斜腿剛架，斜腿傾角為45度，跨徑布置為24+35+24米，梁高1.4米，橋寬10米，單箱雙室，基礎為雙排鉆孔灌注樁，樁徑1.5米，如圖13。3、線型流暢、快速施工的京津立交橋-鋼、混凝土組合梁橋京津立交主橋位于京沈高速公路K26+88.88處，上跨京津公路，與京津公路斜交，交角38度，為減少施工過程中對交通的干擾，上部結構

17、選擇了跨度較大的變截面鋼、混凝土組合梁，跨徑布置為35+50+35米，梁高1.42.5米，橋寬30米，橫斷面形式為4箱單室，下部結構橋墩為矩型獨柱墩加預應力混凝土蓋梁，基礎為雙排鉆孔灌注樁，樁徑1.5米，如圖14，鋼箱梁分5段。4、簡捷明快的跨線、跨河橋-簡支梁、板橋對于數(shù)量較多的分離式立交跨線橋及跨河橋，為方便施工，降低造價，結構種類不宜太多，結構形式盡量簡單，跨徑布置要標準化、統(tǒng)一化，經過分析、比較，我們選擇了兩種結構形式。(1)預制安裝預應力混凝土簡支T梁橋該種結構具有結構簡單、施工方便、工廠化預制、工期短，造價低等優(yōu)點，其廣泛應用于分離式立交跨線橋及跨河橋中。根據所跨越的道路或鐵路的凈

18、空要求，跨徑布置選擇4×25米。下部結構橋墩采用直徑1.5米圓形獨柱墩加預應力混凝土蓋梁，基礎采用雙排鉆孔灌注樁 ，也可選擇不等跨布置，兩邊孔可適當減小，但不能太小，以免梁高差異過大，線條不連續(xù)，各部尺寸比例不協(xié)調。如按邊孔20米計，可節(jié)省造價約20萬元。從滿足使用功能的角度，選擇兩孔即可，但橋臺勢必做成體積龐大的U型橋臺和雙排樁基礎，材料用量指標很大，既不經濟，效果又不好。所以統(tǒng)一取4孔等跨布置，既經濟合理，又視線開闊，效果很好。(2)預制安裝預應力混凝土空心板橋板式結構與相同跨徑梁式結構相比，結構高度可以降低3050厘米，比較適合于支路下穿的中小跨徑通道橋中，可以減少路基填土高度，改善縱斷線形，降低造價。根據支路的性質及規(guī)劃等級，分別選擇了標準跨徑7米、10米、13米三種。下部結構為鋼筋混凝土U型框架。五、結束語"百年大計，質量第一"，對于基礎建設工程來說，質量就是生命，而對于一個合格的道路設計來說，它的質量首先體現(xiàn)在立交、橋梁的選型上，所以我們花費很大的精力在先期基礎調查上，經過多次討論，最終確定了立交及橋梁的形式。經過本次京沈路的設計，我們覺得可以總結出以下幾點經驗和教訓。1、在立交選型上，總的原則和思路是正確的，即：根據道路等級和交通量決定立交的性質，并由立交