劉維維，祁晨旭，楊乃濤

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710075)

架設(shè)連續(xù)高架橋梁作為解決城市空間不足、緩解交通需求矛盾的重要手段，越來越多地被應(yīng)用于綜合交通體系構(gòu)建中。國(guó)內(nèi)已建高架橋梁數(shù)量龐大，但早期修建的高架橋梁因工程造價(jià)限制和技術(shù)手段約束，存在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，橋梁縱斷面設(shè)計(jì)較低易造成橋下行車空間壓抑、橋蔭植物生長(zhǎng)困難且橋下空間利用率不高等狀況。

1 連續(xù)高架橋梁縱斷面設(shè)計(jì)控制因素分析

考慮空間合理利用因素，高架橋梁縱斷面設(shè)計(jì)控制因素主要為建筑高度和空間利用需求兩部分。

1.1 建筑高度部分

在高架橋梁縱斷面設(shè)計(jì)中，控制設(shè)計(jì)標(biāo)高的建筑高度一般為固定值，主要為上部橋梁高度、蓋梁高度和橋面鋪裝厚度等。我國(guó)橋梁上部結(jié)構(gòu)項(xiàng)目常規(guī)選取值如表1所示。

表1 我國(guó)橋梁上部結(jié)構(gòu)項(xiàng)目常規(guī)選取值

常用橋面鋪裝厚度為10 cm，蓋梁厚度根據(jù)橋梁寬度、上部橋梁結(jié)構(gòu)形式以及跨徑等確定，相關(guān)數(shù)據(jù)在橋梁方案確定后基本固定。

1.2 空間利用需求部分

設(shè)計(jì)連續(xù)高架橋梁時(shí)可拓展縱向空間，合理利用空間能極大節(jié)省道路立體空間，通常橋下空間利用需求主要為橋下通行車輛需求、駕駛員舒適需求以及橋蔭植物生長(zhǎng)需求。

橋下通行車輛需求主要由通行凈空、指示標(biāo)志設(shè)置以及橋墩蓋梁高度等部分組成。連續(xù)高架橋梁橋下道路駕駛空間較壓抑，容易造成駕駛員駕駛疲勞、注意力不集中等不良影響，因此橋下凈空高度須考慮駕駛員舒適需求。同時(shí)橋梁作為城市景觀的重要組成部分，橋梁綠化必不可少，而橋下空間大小是決定橋蔭植物生長(zhǎng)過程中日照強(qiáng)弱的重要因素。

2 橋下車輛通行所需最小高度分析

2.1 凈空需求

我國(guó)高速公路和城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)各等級(jí)道路通行凈空有明確規(guī)定，一般情況下高速公路、一級(jí)公路以及城市主干道路凈空≥5 m。

2.2 橋下設(shè)置標(biāo)志牌所需高度

道路交通標(biāo)志作為交通運(yùn)輸體系的組成部分，是保證道路有序、快捷、安全通行的重要手段，任何道路通行都必須設(shè)置指示、禁令、誘導(dǎo)等完善的交通標(biāo)志體系，橋下道路交通標(biāo)志對(duì)橋梁高度的影響主要體現(xiàn)在以下方面。

中分帶設(shè)置橋墩時(shí)，地面道路位于橋墩兩側(cè)，交通指示牌位于路側(cè)，駕駛員識(shí)別視線不受橋梁結(jié)構(gòu)影響，此時(shí)道路交通標(biāo)志對(duì)橋梁高度基本無影響。

設(shè)置門架式橋墩時(shí)，地面道路位于橋墩內(nèi)側(cè)，如果將道路交通標(biāo)志設(shè)置在路側(cè)，駕駛員視線會(huì)受橋墩遮擋。因此須將道路交通標(biāo)志設(shè)置在橋墩蓋梁上，中分帶設(shè)置橋墩，當(dāng)路側(cè)設(shè)置指示標(biāo)志受限時(shí)，也允許將標(biāo)志牌設(shè)置在蓋梁上。此時(shí)存在兩個(gè)影響橋梁高度的因素：①標(biāo)志設(shè)置條件，標(biāo)志板面高度+凈空的影響；②標(biāo)志識(shí)別條件，如橋梁過低，標(biāo)志牌之前的蓋梁會(huì)遮擋視線，因此設(shè)計(jì)橋下高度時(shí)須保證識(shí)別視距不受前蓋梁影響。

2.2.1 標(biāo)志設(shè)置條件分析

根據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第2部分：道路交通標(biāo)志》(GB 5768.2—2009)[1]規(guī)定，不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)不同標(biāo)志版面字高，速度與漢字高度關(guān)系如表2 所示。

表2 速度與漢字高度關(guān)系

結(jié)合《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)[2]，不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)標(biāo)志版面漢字高度如表3所示。

表3 不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)標(biāo)志版面漢字高度

《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第2部分：道路交通標(biāo)志》(GB 5768.2—2009)中附錄D給出了交通標(biāo)志制作圖示例，示例中標(biāo)志版面高度根據(jù)不同內(nèi)容進(jìn)行不同布置，高度差別較大，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，考慮橋下標(biāo)志板面可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，建議最高按6h(h為漢字的高度)進(jìn)行控制，不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)橋下交通標(biāo)志版面最大高度如表4所示。

表4 不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)橋下交通標(biāo)志版面最大高度

考慮標(biāo)志設(shè)置空間和后期養(yǎng)護(hù)需求，適當(dāng)富余30 cm，不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)橋下最小凈空值如表5所示。

表5 不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)橋下最小凈空值

2.2.2 標(biāo)志識(shí)別條件分析

駕駛員看到道路交通標(biāo)志到做出反應(yīng)的時(shí)間所行使的距離為識(shí)別視距，考慮交通標(biāo)志種類較多，駕駛過程中從看到標(biāo)志牌內(nèi)容到做出相應(yīng)駕駛操作的行為也較多，最不利情況為車輛停止，因此以停車視距作為橋下交通標(biāo)志識(shí)別的最小距離，考慮標(biāo)志識(shí)別距離的橋下凈空計(jì)算示意如圖1所示。

圖1 考慮標(biāo)志識(shí)別距離的橋下凈空計(jì)算示意

根據(jù)停車視距計(jì)算橋下凈空，如式(1)所示。

(1)

式中，H為橋下凈空值，m；e為駕駛員視高(按貨車駕駛員視高2 m取值)，m；d為停車視距，m；h為蓋梁高度，m；L為橋梁跨徑，m；蓋梁富余高度為0.2 m。

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)[2]，假定橋梁跨徑采用30 m，蓋梁高度為 2 m，不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)停車視距與橋下最小凈空值如表6所示。

表6 不同設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)停車視距與橋下最小凈空值

3 駕駛員視覺所需高度分析

通常在內(nèi)部空間，人與墻體或其他障礙物的間距為2.5 m時(shí)，人的感覺較為舒適。而在室外，人的視線內(nèi)障礙物在20～25 m以外時(shí)，人自身才不會(huì)有壓迫感。人在高架橋下車內(nèi)的視角，按照一般距離和高度之比S/H為2，仰角27°時(shí)視線所及的高架橋梁底的水平距離如達(dá)到20～25 m，人的感覺較為舒適，對(duì)視覺效果壓迫的影響較不明顯[3]。

根據(jù)建筑學(xué)“十分之一理論”，駕駛員舒適駕駛所需的橋下凈空高度為12～14.25 m。最舒適駕駛視覺凈空計(jì)算示意如圖2所示。

圖2 最舒適駕駛視覺凈空計(jì)算示意(單位：m)

4 橋蔭植物日照強(qiáng)度所需高度分析

連續(xù)高架橋梁橋下綠化是城市景觀的組成部分，也是提升高架橋梁整體美觀性的重要手段，根據(jù)龔建平[4]、殷利華[5]等人利用Ecotect Analysis軟件進(jìn)行橋蔭自然光環(huán)境模擬結(jié)果及武漢、成都高架橋下橋蔭植物調(diào)研分析，當(dāng)高架橋下空間的凈空高度和橋梁寬度的比值D<0.1且橋下凈空<5 m時(shí)，橋蔭平均日照時(shí)數(shù)小于20%，但在橋下凈空達(dá)到5 m 后，橋蔭平均日照時(shí)數(shù)能達(dá)到20%；隨著D值的增大，橋蔭相應(yīng)的平均日照時(shí)數(shù)逐漸增大，當(dāng)D值達(dá)到0.3時(shí)，橋蔭相應(yīng)的平均日照時(shí)數(shù)變化減緩，逐漸固定。

根據(jù)研究結(jié)果，為保證橋蔭植物生長(zhǎng)所需，高架橋考慮橋下綠化時(shí)，凈空高度和橋梁寬度的比值D宜>0.3且橋下凈空≥5 m?；诖死碚?，不同高架橋梁寬度對(duì)應(yīng)橋下最小凈空值如表7所示。

表7 不同高架橋梁寬度對(duì)應(yīng)橋下最小凈空值

5 應(yīng)用實(shí)例

杭州灣地區(qū)環(huán)線并行線G92N(杭甬高速?gòu)?fù)線)寧波段二期甬紹界至小曹娥互通段，是浙江省規(guī)劃的杭紹甬高速公路的重要組成部分，項(xiàng)目地處寧波市規(guī)劃的前灣新區(qū)，位于杭州灣南岸海涂圍墾區(qū)，區(qū)域發(fā)展?jié)摿薮?，土地資源珍貴，為節(jié)省土地資源并合理利用交通資源，項(xiàng)目采用雙層道路交通系統(tǒng)，上部高架橋梁為高速公路，設(shè)計(jì)速度為120 km/h，采用雙向六車道，34 m標(biāo)準(zhǔn)橋梁寬度，下部地面道路為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，采用雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，高架橋橋墩設(shè)置在中分帶，地面道路位于兩側(cè)。標(biāo)準(zhǔn)斷面示意如圖3所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)斷面示意(單位：m)

為合理確定橋梁方案，方案設(shè)計(jì)階段分別擬定了30 m T梁方案、30 m箱梁方案、35 m T梁方案、35 m 箱梁方案和35 m鋼板組合梁方案，分別對(duì)以上橋梁類型進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)標(biāo)高分析。

1) 上部結(jié)構(gòu)尺寸統(tǒng)計(jì)

不同橋梁上部結(jié)構(gòu)尺寸統(tǒng)計(jì)如表8所示。

表8 不同橋梁上部結(jié)構(gòu)尺寸統(tǒng)計(jì) (m)

2) 橋下凈空分析

橋下道路采用80 km/h的一級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，橋下凈空≥5 m，設(shè)計(jì)中需考慮遠(yuǎn)期路面養(yǎng)護(hù)等需求，適當(dāng)富余20 cm。

3) 地面道路交通標(biāo)志牌設(shè)置

地面道路設(shè)計(jì)速度為80 km/h，最大字高度為60 cm，最大標(biāo)志牌高度按6倍字高考慮，交通標(biāo)志牌最大高度為3.6 m。經(jīng)調(diào)研周邊高架項(xiàng)目情況，初步擬定交通標(biāo)志牌設(shè)置在梁下，通過設(shè)置門架或單懸臂立柱進(jìn)行支撐，考慮設(shè)置道路交通標(biāo)志所需的橋下最小凈空高度為5.0 m+3.6 m+0.2 m，總高約9.8 m。

4) 標(biāo)志牌識(shí)別視距計(jì)算

考慮為避免前蓋梁遮擋，橋梁標(biāo)志牌盡量靠近蓋梁設(shè)置，按公式(1)計(jì)算內(nèi)側(cè)車道識(shí)別視距所需的橋下凈空，不同橋型凈空計(jì)算值統(tǒng)計(jì)如表9所示。

表9 不同橋型凈空計(jì)算值統(tǒng)計(jì) (m)

5) 駕駛員舒適駕駛所需凈空高度設(shè)置

根據(jù)建筑學(xué)“十分之一理論”，駕駛員舒適駕駛所需凈空高度為12～14.25 m。

6) 橋蔭植物生長(zhǎng)所需最小高度分析

該項(xiàng)目主線高架橋梁橋?qū)挒?4 m，根據(jù)橋蔭植物所需凈高與凈寬之比>0.3的需求，橋梁凈空最小值應(yīng)>10.2 m。不同上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算統(tǒng)計(jì)如表10所示。

表10 不同上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算統(tǒng)計(jì) (m)

控制高架橋梁設(shè)計(jì)高度的主要因素為橋下設(shè)置交通標(biāo)志所需凈空高度，而駕駛員舒適駕駛所需凈空高度、橋蔭植物生長(zhǎng)所需凈空高度與橋下設(shè)置交通標(biāo)志識(shí)別所需凈空高度較吻合，因此該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中也以交通標(biāo)志識(shí)別所需的凈空高度作為主要控制因素，不同上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)高控制如表11所示。

表11 不同上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)高控制 (m)

6 結(jié)語

通過分析可知，影響高架橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)高的因素主要有橋梁建筑高度、橋下通行凈空高度、橋下道路交通標(biāo)志牌識(shí)別所需高度、駕駛員舒適駕駛所需高度以及橋蔭植物正常生長(zhǎng)所需高度，前三項(xiàng)為控制性指標(biāo)，必須滿足，后兩項(xiàng)為驗(yàn)證性指標(biāo)，當(dāng)前三項(xiàng)計(jì)算所得高度不滿足后兩項(xiàng)所需時(shí)，建議結(jié)合工程造價(jià)因素綜合考慮，橋下凈空盡量滿足舒適駕駛和橋蔭植物生長(zhǎng)所需。