南坪快速路三期工程西起水官高速公路橫坪立交，東至聚龍路（規劃外環高速公路田頭互通立交），線路全長約22.2km，跨越橫崗、坪山兩地。三期的建成對橫崗、坪山新區內部的交通擁擠狀況的緩解起到重要作用並對於完善深圳市路網骨架結構、緩解龍崗區的交通壓力、推進城市梯度發展、加快第二圈層內沿線組團的城市建設將起到積極的推動作用。
為了貫徹和落實深圳市基礎工程建設——“淨、暢、寧”的核心標準，提出將南坪快速路三期工程打造成為一條集科技、環保、生態於一體的綠色大道，減輕對生態環境的衝擊和破壞，恢復和重建自然生態，實現“綠色城市”“生態城市”。因此，本項目在橋樑工程設計中加大了對新技術、新材料、新工藝的研究與應用。
圖1. 南坪三期快速路線位
多弦杆組合梁改良結構箱梁
馬巒山公園1號橋
波形鋼腹板PC組合箱梁橋較傳統PC箱梁橋，不但減輕了主樑自重，改善了施工性能，而且提高了預應力效率，降低了工程造價。考慮傳統的波形鋼腹板在澆築混凝土底板時較為麻煩，採用受壓性能優越的鋼管混凝土弦杆替代混凝土底板。法國的Maupre高架橋採用鋼管混凝土為下弦杆，通過波形鋼腹板與混凝土橋面板上弦形成整體。但單根管的倒三角形結構自身穩定性差，下弦單管可操作空間有限，另外，不太適用於跨徑大或橋面寬的橋樑。
受Maupre橋主樑構造啟發，經與福州大學陳寶春教授研究，提出了新型組合結構——波形鋼腹板－雙管絃杆－混凝土板組合梁，並申請了發明專利。該結構是由混凝土板上弦和啞鈴形鋼管混凝土下弦，通過波形鋼腹板連接組成。結構受力方面，組合梁在連續梁跨中正彎矩處，可利用混凝土頂板抗壓強度大的特點來承受壓應力，利用下弦鋼管抗拉性能好的優勢承受拉應力；同時，在支座處可由施加了預應力的混凝土頂板和抗壓強度高的鋼管混凝土下弦杆共同承受負彎矩的作用。
圖2. 多弦杆組合梁改良結構圖
馬巒山公園1號橋位於大山陂—礦山水庫南側水源保護區內，為了減少施工期間對環境的影響，本項目採用多弦杆組合梁改良結構。道路等級為城市快速路,行車速度80km/h。橋樑分為左右兩幅橋，其中左幅橋為45m一跨簡支箱梁，右幅橋為3×45m連續結構箱梁，每幅箱梁均為雙箱單室斷面，每幅橋全寬20m。該橋主樑由混凝土頂底板、波形鋼腹板、下弦杆、鋼桁連接等構成。
圖3. 馬巒山公園1號橋效果圖
改良結構的創新點
馬巒山公園1號橋是結合了常規鋼桁架組合梁和波形剛腹板組合梁的優點所做的一種改良和創新橋樑結構形式，同波形鋼腹板PC組合箱梁相比，由於採用鋼管下弦杆代替混凝土底板，減輕主樑自重，提高結構抗裂性和整體性。與桁架組合箱梁相比，避免了腹杆與底管相貫節點，很好的解決了節點疲勞破壞問題，具有較強的抗形變能力和延性；具有自重輕、抗震性能好、結構抗裂性和整體性能優異的優點。
下弦杆採用雙鋼管，施工空間大，整體穩定性好，承載力較高，更適合橋面寬度較大的市政箱梁橋結構。
該組合箱梁工廠化程度高，施工簡便、快捷，最大限度減少施工對於周圍生態環境的破壞，環保性能好。
與鋼箱梁及常規鋼組合梁相比，造價低，用料省，易於設計和施工，可實現中、小跨橋的無支架施工。且橋樑景觀協調性較好，配合周邊環境具備獨特的景觀效果。
圖4. 施工中的馬巒山公園1號橋
馬巒山公園1號橋是現今國內外組合梁中的一種新穎結構橋型，是在傳統組合梁基礎上進行改進，具有研究價值的橋型結構。因此在該橋基礎上，開展該新型截面的試驗研究、結構受力分析和靜動載試驗研究。詳細內容包括：多弦杆組合梁改良結構箱梁新型截面試驗研究；多弦杆組合梁改良結構連續箱梁結構抗彎性能試驗研究；成橋靜動載試驗研究。並且與福州大學合作，通過試驗和有限元建模計算，對多弦杆組合梁改良結構箱梁橋抗彎及抗扭性能進行了研究。
圖5. 福州大學試驗梁加載裝置圖
整體式無伸縮縫橋
無伸縮縫橋樑的優勢
橋臺無縫橋樑結構具有良好的整體性和無伸縮縫裝置。良好整體性指能提供結構的抵禦外界極端環境作用（地震，山洪，泥石流，車輛超載等）的能力和結構的足夠冗餘度，防止或減緩結構的連續倒塌和經常性破壞，防止落梁的發生。而無縫化可以使橋面沒有伸縮裝置，橋面變得連續、平整，一方面使得行車更舒適，另一方面也減少了伸縮裝置易損壞帶來的養護成本，從而也提高了橋樑的耐久性。與常規橋樑相比，無伸縮縫橋樑具有造價及維護成本低、行車舒適、耐久性好、社會效益和經濟效益明顯等優勢。
圖7. 一些已破壞、損壞的伸縮縫
目前，橋樑伸縮縫這一薄弱環節一直沒有得到根本性解決。而無縫橋樑除了提高橋樑的使用性能、交通服務水平、減少養護維修費用外，由於整體式好，具有較強的抵抗強震、特大洪水作用下的落梁和倒塌的能力，因此，也成為橋樑作為生命線工程中重要組成部分的多災害防治採用的重要手段。
馬巒立交主線橋
依託本項目馬巒立交主線橋開展無伸縮縫箱梁橋的應用，將南坪快速建設成為一條具有國際先進水平的高性能、低維護、高耐久、環境友好的現代快速通道。
圖8. 施工中的馬巒立交主線橋
馬巒立交主線橋橋長90m，左右幅均為17m寬。橋樑跨徑組合為3×30m，該橋採用全整體式橋樑，即橋樑上部結構和下部結構連成一體，取消全橋所有伸縮縫和支座，梁體由於溫度變形等產生的縱橋向伸縮量主要通過橋墩和橋臺下柔性樁及橋樑兩端的橋頭搭板予以吸收並傳遞到土體。由於沒有支座和伸縮縫等易損構件，無縫梁橋設計可以減少橋樑後期昂貴的維護費用，降低工程綜合造價；由於無接縫，憑證的橋面很大程度提高了行車舒適度，減少汽車衝擊力；無縫梁橋良好的整體性也提高了橋樑的抗震性能。
圖9. 實橋有限元模型
深圳市市政設計研究院與福州大學合作，對整體式無伸縮縫橋的關鍵問題進行了科研研究。詳細內容如下：
（1）整體橋樁-土相互作用研究。
（2）整體式橋和截面溫度分佈和季節性溫度變形及計算方法研究。
（3）整體橋Z形搭板工作機理研究。
圖10. 整體橋Z形搭板試驗示意圖
作者 / 吳岐賢 林慶輝
作者單位 / 深圳市市政設計研究院有限公司
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