胡學(xué)奎
(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730030)
蘭州市為破解交通擁堵難題,啟動(dòng)了重要擁堵路段交通節(jié)點(diǎn)的改造,完善市區(qū)交通服務(wù)功能,提升城市整體形象。小西湖立交橋改造是蘭州市立體交通節(jié)點(diǎn)的改造的首個(gè)開建工程和重點(diǎn)工程。
小西湖立交改造工程位于南濱河中路。南濱河中路是一條沿東西方向布設(shè)的雙向6車道的城市主干路,是蘭州黃河風(fēng)情線重要組成部分。原小西湖立交由于受修建時(shí)資金、地理?xiàng)l件等制約,未修建左轉(zhuǎn)彎車道,為不完全互通式立交。自西向東行駛的車輛只能違章掉頭后從自東向西的方向右轉(zhuǎn)彎上橋;而自北向南過(guò)河的車輛也無(wú)法左轉(zhuǎn)彎下橋,只能右轉(zhuǎn)彎下橋后在蘭州軍區(qū)總醫(yī)院附近掉頭后向東行駛。伴隨著蘭州城市交通量的不斷增加,由此造成的交通不便和存在的交通安全隱患日益凸現(xiàn),迫切需要對(duì)小西湖立交進(jìn)行改造。通過(guò)改造盡量消除或減少小西湖立交缺陷造成的上下左轉(zhuǎn)彎及直行左轉(zhuǎn)彎不暢問(wèn)題。
該立交改造主線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):城市主干路,路幅寬度40 m,橋面凈寬10 m,凈空高度為5 m,設(shè)計(jì)車速50 km/h,最大縱坡3.9%,設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)。匝道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):路幅寬度8m,橋面凈寬 6.5m,設(shè)計(jì)車速20~30 km/h,匝道最小半徑為15m,匝道最大縱坡3.9%。
場(chǎng)地位于祁連山褶皺帶中祁連隆起帶東段的蘭州斷陷盆地,金城關(guān)活動(dòng)斷裂及劉家堡隱伏活動(dòng)斷裂以南,雷壇河活動(dòng)斷裂以西的斷塊上。其中:劉家堡隱伏活動(dòng)斷裂距工程區(qū)較近,對(duì)工程影響較大。該工程場(chǎng)地主要由卵石、漂石和第三系泥巖、砂巖組成,場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)場(chǎng)地土平均剪切波速為330 m/s左右,場(chǎng)地土類型為中硬土,場(chǎng)地類別為Ⅱ類,設(shè)防烈度為Ⅷ度。
南濱河路南側(cè)分布大量永久性高層建筑物,無(wú)法拆遷,對(duì)立交擴(kuò)建帶來(lái)較大的局限性。立交北側(cè)為蘭州市主要景點(diǎn)—“黃河風(fēng)情線”,受南側(cè)建筑物和“黃河風(fēng)情線”夾逼,立交布置空間有限。方案設(shè)計(jì)階段提出了南濱河路高架方案、環(huán)形高架立交方案、南濱河路部分高架與環(huán)形匝道組合方案、苜蓿葉與定向匝道組合方案等四個(gè)方案。綜合考慮研究范圍內(nèi)交通組織情況及沿線建筑物分布情況,結(jié)合平縱面指標(biāo)、工程地質(zhì)條件及工程造價(jià)、環(huán)境影響等多種因素,最終采用南濱河路半幅高架與環(huán)形匝道組合方案,如圖1所示。該方案除滿足交通功能外,對(duì)南濱河路靠河側(cè)原有的景觀帶破壞較小,工程方案能較好地與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào),盡量利用南濱河路北側(cè)半幅路節(jié)省工程投資。
圖1 小西湖立交橋效果圖
該方案將南濱河路南側(cè)右半幅車道采用單幅高架橋,左半幅(即靠河側(cè))利用現(xiàn)有道路,在原立交橋東西200 m各修一條環(huán)形匝道與高架橋連接,實(shí)現(xiàn)北向東、西向北左轉(zhuǎn),南向西及東向南左轉(zhuǎn)車輛利用右轉(zhuǎn)匝道到達(dá)地面后左轉(zhuǎn)匯入主線,原立交四個(gè)右轉(zhuǎn)匝道靠河側(cè)兩匝道改建,其余兩個(gè)匝道直接利用。小西湖立交改造交通組織設(shè)計(jì)解決的交通問(wèn)題分為三個(gè)層次,第一層次為重點(diǎn)解決全部或部分南濱河路與小西湖東街、黃河大橋四個(gè)左轉(zhuǎn)向匝道的交通問(wèn)題;第二層次為研究解決蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院出入口的交通通行問(wèn)題;三層次為兼顧立交以東街坊道路與南濱河路的交叉口交通通行問(wèn)題。
城市立交橋?yàn)檫m應(yīng)現(xiàn)代城市交通的需要,具有斜、彎、坡、異形等特點(diǎn),給橋梁線型的設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理帶來(lái)很大困難,既有立交橋的改造困難尤甚,技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以幾點(diǎn)。
立交南北兩側(cè)受既有高層建筑和黃河風(fēng)情線夾逼,布置空間有限,需要在南北寬39 m范圍內(nèi)展線完成四個(gè)方向互通的立交主體工程,因此環(huán)形匝道被迫采用最小平面指標(biāo),曲線半徑僅15m。
有19種既有管道在改造的立交橋下穿過(guò),這些管道包括熱力管道、燃?xì)夤艿?、電力隧道、軍用光纜等,其中軍用光纜、電力隧道不能改移;熱力管道、燃?xì)夤艿栏囊瞥杀咎?;大直徑給水管道等存著無(wú)改移空間的問(wèn)題,橋墩為避讓管道造成下部結(jié)構(gòu)類型較多。
南濱河路是東西方向交通的大動(dòng)脈,施工期間需要保證四個(gè)車道通行。由于受道路寬度限制,立交南北方向空間緊張,既要滿足工期要求,又要滿足四個(gè)車道保通。
主線高架橋主要采用預(yù)制箱梁,跨度有20 m和30 m兩種;匝道橋受力復(fù)雜,為滿足避讓管道和受力要求,跨度有13 m和20 m兩種;主線高架橋?yàn)榭缭疥戃娍偪傇杭扔虚T診大門、辦公大門和規(guī)劃的門診大門、辦公大門、黃峪溝大橋,需布設(shè)55 m跨。
上部結(jié)構(gòu)類型包括20 m連續(xù)預(yù)制小箱梁橋、30 m跨連續(xù)預(yù)制小箱梁橋、20 m跨現(xiàn)澆箱梁橋(包括異形梁)、13 m跨現(xiàn)澆箱梁橋(包括變寬梁)、55 m簡(jiǎn)支結(jié)合梁橋、(30+4×55+30)m連續(xù)結(jié)合梁橋、13 m簡(jiǎn)支空心板橋、15 m地下通道橋、曲線人行天橋。
墩柱布置為避讓管道且不侵占橋下車道,需采用大懸臂雙柱墩,或采用門式墩,或用墩柱支撐外伸的中橫梁,或采用鋼管混凝土墩,基于以上原則,主線共布置了16種橋墩類型,匝道布置了6種類型橋墩。
該橋?yàn)槲覈?guó)Ⅷ度以上高震區(qū)較大規(guī)模的立交橋,且橋梁上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)類型較多,匝道最小半徑僅15 m(國(guó)內(nèi)最小),增加了橋梁抗震設(shè)計(jì)難度。
(1)橋梁結(jié)構(gòu)原則上采用技術(shù)先進(jìn),結(jié)構(gòu)合理、施工條件成熟及經(jīng)濟(jì)、美觀的結(jié)構(gòu)形式;
(2)橋梁布置應(yīng)盡量減少上下部結(jié)構(gòu)的類型,在方便設(shè)計(jì)、施工、降低造價(jià)的同時(shí)體現(xiàn)立交的整體結(jié)構(gòu)美;
(3)新建橋梁應(yīng)盡量與既有橋梁結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)風(fēng)格統(tǒng)一,盡量做到“天衣無(wú)縫”;
(4)橋梁上部結(jié)構(gòu)以工廠化預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝為主,減少施工對(duì)交通的干擾;
(5)采用地下管線物探儀探明現(xiàn)有管網(wǎng)的布局及走向,通過(guò)合理布孔、靈活設(shè)墩、調(diào)整蓋梁懸臂、采用樁基地基梁等方案盡量避免管線遷移;
(6)分合流口異形梁受力復(fù)雜,布設(shè)小跨徑鋼筋混凝土箱梁;
(7)采用抗震設(shè)計(jì)新理念,增加了多道設(shè)防體系,提高了大橋的抗災(zāi)能力。
主線橋除分合流口橋面寬度變化較大外,其余橋梁均位于直線或大直徑曲線上,較適宜采用可標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化施工的預(yù)制安裝構(gòu)件,以降低投資、加快施工進(jìn)度和減少施工期對(duì)交通的干擾。結(jié)合近幾年甘肅省預(yù)制梁應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu),應(yīng)用較為廣泛。因此,該項(xiàng)目主線橋除在分合流口處布置異形現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱梁、跨越南濱河路黃峪溝、蘭州陸軍區(qū)總院門口布設(shè)55 m跨的結(jié)合梁外,其余均布置先簡(jiǎn)后連預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁。按適宜的跨高比關(guān)系和跨越要求,采用30 m和20 m兩種跨徑形式。異形梁受力和構(gòu)造復(fù)雜,若采用鋼箱梁,加工制造難度大、焊縫較多,焊接殘余變形等影響較大;另外,附近無(wú)大型鋼結(jié)構(gòu)加工廠,又存在運(yùn)輸困難的問(wèn)題。因此,異形梁宜采用小跨徑、短聯(lián)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),跨徑不宜超過(guò)20 m。
該項(xiàng)目受地形限制,匝道橋平曲線指標(biāo)較低,最小半徑僅15 m,且受分合流口處“異形”斷面控制,無(wú)較長(zhǎng)段落的直線或大半徑曲線,且為提高抗扭能力和減少結(jié)構(gòu)類型,體現(xiàn)立交整體結(jié)構(gòu)美,匝道橋均采用現(xiàn)澆箱梁。小半徑處布設(shè)13 m跨鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁,其余均布設(shè)20 m跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱梁。
該立交改造工程上部結(jié)構(gòu)類型主要包括20 m預(yù)制小箱梁橋、30 m跨預(yù)制小箱梁橋、20 m跨現(xiàn)澆箱梁橋(包括異形梁)、13 m跨現(xiàn)澆箱梁橋(包括變寬梁)、55 m簡(jiǎn)支結(jié)合梁橋、(30+4×55+30)m連續(xù)結(jié)合梁橋。對(duì)于上部結(jié)構(gòu),20 m、30 m跨預(yù)制小箱梁橋采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),結(jié)合梁采用平面模型進(jìn)行有限元分析,考慮了活載橫向分布系數(shù);20 m跨異形梁和13 m跨小半徑曲線現(xiàn)澆箱梁采用空間模型進(jìn)行有限元分析。限于篇幅,僅給出13 m跨小半徑曲線箱梁有限元模型,如圖2所示。
圖2 小半徑曲線箱梁有限元模型
該立交主線共16種橋墩類型,匝道共6種橋墩類型,下部結(jié)構(gòu)分析難道和工作量較大,主線共19聯(lián),除簡(jiǎn)支聯(lián)外的17聯(lián)均建立了有限元模型進(jìn)行正常使用計(jì)算和抗震計(jì)算;匝道下部結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,分別對(duì)20 m異形梁、20 m等寬現(xiàn)澆梁、13 m曲線梁建立模型進(jìn)行正常使用計(jì)算和抗震計(jì)算。限于篇幅,僅給出30 m跨異形箱梁有限元模型,如圖3所示。該立交位于Ⅷ度高震區(qū),下部結(jié)構(gòu)配筋受抗震控制,采用了抗震設(shè)計(jì)新理念,增加了多道設(shè)防體系,提高大橋的抗災(zāi)能力。
圖3 主線異形梁有限元模型
小西湖立交改造工程于2012年7月開工建設(shè),為我國(guó)Ⅷ度以上高震區(qū)較大規(guī)模的立交橋。工程主要包括南濱河路主線橋、四個(gè)匝道橋(NE匝道橋、NW匝道橋、WN匝道橋、EN匝道橋),立交橋總面積26 512.7m2,其中主線橋面積20 820 m2,匝道橋面積5 692.7 m2,主線全橋長(zhǎng)1 775 m。對(duì)于斜、彎、坡、異形梁及小半徑梁設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮結(jié)構(gòu)空間受力特點(diǎn),進(jìn)行了整體空間受力分析和約束體系研究,確保結(jié)構(gòu)安全;采用抗震設(shè)計(jì)新理念,增加了多道設(shè)防體系,提高了大橋的抗災(zāi)能力,大橋設(shè)計(jì)具有鮮明的時(shí)代特色。
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