改擴(kuò)建工程分離式立交橋拼寬設(shè)計(jì)介紹

祁軍強(qiáng)

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，杭州　310006)

改擴(kuò)建工程分離式立交橋拼寬設(shè)計(jì)介紹

祁軍強(qiáng)

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，杭州310006)

摘要：以多例已經(jīng)實(shí)施的工程設(shè)計(jì)為例，介紹改擴(kuò)建工程中分離式立交橋的各種拼寬設(shè)計(jì)方法，提出設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決方法。

關(guān)鍵詞：分離式立交橋；拼寬設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)實(shí)例

高速公路改擴(kuò)建工程中，絕大部分橋梁需進(jìn)行拼寬處理。對(duì)一般橋梁拼寬而言，由于對(duì)橋下凈空不作要求，比較容易處理。而對(duì)于分離式立交橋拼寬來(lái)說(shuō)，除需滿足一般橋梁的拼寬要求外，還必須滿足橋下道路的凈空要求，故凈空要求往往是制約拼寬橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。由于經(jīng)濟(jì)因素，原高速公路分離式立交橋橋下凈空大多只能滿足橋下道路的最小凈空要求，一般沒(méi)有富余。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和橋下道路等級(jí)的提高，老橋的橋下凈空已經(jīng)明顯不足，且更不允許因老橋拼寬而減小原有橋梁的橋下凈空。尤其是跨鐵路的分離式立交橋，因橋下鐵路電氣化改造后，對(duì)橋下凈高的要求更高，故對(duì)拼寬橋的凈高要求也更高。所以，對(duì)這些分離式立交橋進(jìn)行拼寬設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮跨路跨如何滿足橋下凈空要求[1-2]。且不但要滿足橋下凈高要求，而且還要滿足橋下凈寬要求，因此須根據(jù)每個(gè)拼寬橋的實(shí)際情況，采用最切實(shí)可行的拼寬設(shè)計(jì)方法。筆者經(jīng)過(guò)多年來(lái)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)分離式立交橋的拼寬設(shè)計(jì)積累了不少經(jīng)驗(yàn)，本文以工程設(shè)計(jì)為例，介紹一些已經(jīng)實(shí)施的拼寬分離式立交橋的典型拼寬設(shè)計(jì)方法，供類似工程設(shè)計(jì)參考。

1滿足凈高要求設(shè)計(jì)

分離式立交橋拼寬設(shè)計(jì)時(shí)上跨橋?yàn)榱藵M足橋下道路的凈高要求，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)條件，可采用以下4種拼寬設(shè)計(jì)方法。

1.1下挖橋下道路

在上跨橋下凈高不夠，橋下道路允許開(kāi)挖的情況下，優(yōu)先采用下挖橋下道路的設(shè)計(jì)方法，以提高橋下凈高，特別是對(duì)原有老橋橋下凈高已經(jīng)不夠的拼寬橋設(shè)計(jì)更應(yīng)優(yōu)先采用。橋下道路下挖后，為防止積水，可增設(shè)自動(dòng)抽水泵房。如浙江省甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州南塘至黃華段拓寬工程中的門(mén)前墩橋設(shè)計(jì)[3]就是按照這種方法設(shè)計(jì)的。

門(mén)前墩橋老橋橋下機(jī)動(dòng)車道凈高只有3.5 m，該凈高是在橋下機(jī)動(dòng)車道下挖了0.7 m后達(dá)到的。老橋橋下道路沒(méi)有排水設(shè)施，遇到大雨就積水。因此，對(duì)該橋進(jìn)行拼寬設(shè)計(jì)時(shí)，為了解決橋下機(jī)動(dòng)車道的凈高和積水問(wèn)題，采用了橋下道路下挖法，并增設(shè)了自動(dòng)抽水泵房。其不但滿足了橋下機(jī)動(dòng)車道凈高要求，而且還解決了多年來(lái)的橋下道路積水問(wèn)題。門(mén)前墩橋拼寬前橋下道路照片和拼寬后橋下道路橫斷面設(shè)計(jì)示意分別如圖1、圖2所示。

圖1　門(mén)前墩橋拼寬前老橋橋下道路

圖2　門(mén)前墩橋拼寬后橋下道路橫斷面設(shè)計(jì)示意

1.2拼寬橋與老橋上部結(jié)構(gòu)、跨徑和梁高都相同

對(duì)拼寬橋跨路跨的拼寬寬度不大，橋面橫坡引起的橋面高差不大，橋下凈高要求不低于老橋凈高的拼寬橋設(shè)計(jì)，可采用拼寬橋的上部結(jié)構(gòu)、跨徑和梁高都與老橋相同的設(shè)計(jì)方法。拼寬設(shè)計(jì)時(shí)，由橋面橫坡引起的橋面高差通過(guò)橋面鋪裝層來(lái)調(diào)整。為使橋下凈高不低于老橋，可將拼寬橋的梁板在橋橫向設(shè)計(jì)成平放，使橫橋向梁底保持水平。如杭州(紅墾)至金華高速公路改擴(kuò)建工程中的夏家公鐵立交橋設(shè)計(jì)[4]就是按照這種方法設(shè)計(jì)的。

夏家公鐵立交橋全長(zhǎng)901.54 m，老橋?qū)?4.5 m，兩側(cè)需各拼寬3.5 m，拼寬后橋?qū)?1.5 m。老橋上部結(jié)構(gòu)主跨(22、23、24跨)采用簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，跨徑30 m，梁高120 cm，橋面連續(xù)；邊跨采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，跨徑20 m，梁高90 cm。主跨23跨跨越蕭甬鐵路，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩臺(tái)。拼寬設(shè)計(jì)時(shí)，拼寬橋的上部結(jié)構(gòu)、跨徑和梁高都與老橋一致。拼寬橋跨鐵路跨(23跨)拼寬寬度不大(3.5 m)，由橋面橫坡引起的高差也不大，為使該跨拼寬后橋下凈高不低于老橋，設(shè)計(jì)時(shí)在橋橫向把跨鐵路跨(23跨)的梁板設(shè)計(jì)成平放，使橫橋向梁底保持水平，橋面橫坡通過(guò)橋面鋪裝層來(lái)調(diào)整。夏家公鐵立交橋跨鐵路跨空心板拼空心板拼接橫斷面示意如圖3所示。

圖3　夏家公鐵立交橋跨鐵路跨新老橋拼接橫斷面示意

另外，跨鐵路的新老橋縱向濕接縫必須進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。新老橋縱向濕接縫施工澆筑時(shí)最理想的狀況是老橋封道，但這種理想的施工條件在多數(shù)實(shí)際工程實(shí)踐中很難達(dá)到，一般只能實(shí)行交通管制，慢速通行。為此，通常對(duì)拼寬橋縱向濕接縫施工設(shè)計(jì)都提出了施工要求，即為了保證濕接縫的混凝土澆筑質(zhì)量，在澆筑縱向濕接縫混凝土前，新老橋梁板上下必須用型鋼把梁板夾緊，進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)，以保證澆筑混凝土期間新老橋梁板變形一致。而跨鐵路的梁下是不容許放置型鋼的，故為了保證新老橋縱向濕接縫的混凝土澆筑質(zhì)量，對(duì)梁的縱向濕接縫進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)[5]。雖然增加了費(fèi)用，但解決了拼寬橋難題，保證了縱向濕接縫的混凝土澆筑質(zhì)量。夏家公鐵立交橋的空心板拼空心板濕接縫剛性連接示意如圖4所示。

1.3拼寬橋與老橋的上部結(jié)構(gòu)、跨徑相同，但梁高不同

對(duì)拼寬橋跨路跨的拼寬寬度較大，橋面橫坡引起的橋面高差也較大，橋下凈高要求大于老橋凈高的拼寬橋設(shè)計(jì)，可采用拼寬橋的上部結(jié)構(gòu)和跨徑與老橋相同，但梁高不同的設(shè)計(jì)方法。拼寬設(shè)計(jì)時(shí)，由橋面橫坡引起的橋面高差一部分通過(guò)橋面鋪裝層來(lái)調(diào)整，另一部分通過(guò)調(diào)緩橋面橫坡來(lái)調(diào)整。為使拼寬橋橋下凈高高于老橋橋下凈高，除了將拼寬橋的梁板在橋橫向設(shè)計(jì)成平放，使橫橋向梁底保持水平外，還要適當(dāng)降低梁高(與老橋梁高相比)，對(duì)梁板進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。如嘉興至紹興跨江公路通道北岸接線工程嘉興1號(hào)樞紐7號(hào)橋設(shè)計(jì)[6]就是按照這種方法設(shè)計(jì)的。

圖4　夏家公鐵立交橋跨鐵路橋跨新老橋空心板濕接縫剛性連接示意

嘉興1號(hào)樞紐7號(hào)橋位于1號(hào)樞紐的A匝道上。匝道一端與新建的主線(嘉興至紹興跨江公路)相連接，另一端與已運(yùn)營(yíng)的乍嘉蘇高速公路相連接。設(shè)計(jì)時(shí)因受條件限制，A匝道與乍嘉蘇高速公路的連接處位于乍嘉蘇高速公路滬昆公鐵立交橋右幅橋上，故需對(duì)已在運(yùn)營(yíng)的滬昆公鐵立交橋右幅橋進(jìn)行拼寬。拼寬后的滬昆公鐵立交橋在嘉興至紹興跨江公路通道北岸接線工程中稱作嘉興1號(hào)樞紐7號(hào)橋。拼寬方案是在老橋右幅的右側(cè)作全橋不等寬拼寬處理。老橋全橋?qū)?8 m，雙向4車道，全長(zhǎng)843.48 m。其上部結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，橋面連續(xù)；邊跨跨徑20 m；主跨(第15跨)跨徑30 m，跨越滬昆鐵路；橋下凈高6.8 m。下部結(jié)構(gòu)為柱式墩臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。拼寬橋的上下部結(jié)構(gòu)與老橋一致，拼寬寬度為7.25 m。老橋修建后，橋下鐵路進(jìn)行了電器化改造，現(xiàn)有的橋下凈高已經(jīng)不能滿足鐵路部門(mén)的要求，故有關(guān)部門(mén)提出拼寬橋的橋下凈高要高于老橋凈高5 cm。為此，拼寬橋跨鐵路跨設(shè)計(jì)時(shí)采取了以下措施：一是對(duì)30 m的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，梁高采用115 cm，比老橋梁高減少了5 cm(老橋梁高120 cm)，設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果能滿足規(guī)范要求[2、7-8]；二是將拼寬橋的梁板在橋橫向設(shè)計(jì)成平放，使橫橋向梁底保持水平；三是橋面橫坡由橋面鋪裝層來(lái)調(diào)整。因考慮到調(diào)整后的橋面鋪裝層最小厚度不能太小，故對(duì)跨鐵路橋跨的拼寬部分的橋面橫坡進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)緩，由2%調(diào)至1.5%(老橋?yàn)?%)，把相鄰前后2跨橋面橫坡作為過(guò)渡跨，由2%過(guò)渡到1.5%，其余跨不變。另外，還對(duì)跨鐵路的橋跨新老橋縱向濕接縫進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)[5]。嘉興1號(hào)樞紐7號(hào)橋跨鐵路橋跨空心板拼空心板拼接橫斷面示意如圖5所示。

1.4拼寬橋與老橋跨徑相同，但上部結(jié)構(gòu)和梁高都不同

對(duì)拼寬橋跨路跨的拼寬寬度大，橋面橫坡引起的橋面高差也大，橋下凈高要求不小于老橋凈高的拼寬橋設(shè)計(jì)，可采用拼寬橋的跨徑與老橋相同，但上部結(jié)構(gòu)和梁高都不同的設(shè)計(jì)方法。因拼寬寬度大，引起的橋面高差也大，靠通過(guò)橋面鋪裝層調(diào)整、梁板在橋橫向設(shè)計(jì)成平放和適當(dāng)降低梁高(與老橋梁高相比)的方法已經(jīng)不能滿足橋下凈高要求，故可采用與老橋不同的上部結(jié)構(gòu)，比較多地降低梁高，滿足橋下凈高要求。如甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州南塘至黃華段拓寬工程中的樂(lè)清高架橋設(shè)計(jì)[3]就是按照這種方法設(shè)計(jì)的。

圖5　嘉興1號(hào)樞紐7號(hào)橋跨鐵路橋跨新老橋拼接橫斷面示意

樂(lè)清高架橋位于樂(lè)清市，橫跨樂(lè)清市區(qū)，橋下道路眾多。老橋全長(zhǎng)8 777.06 m，寬24.5 m，雙向4車道。拼寬橋設(shè)計(jì)時(shí)，采用對(duì)老橋左右兩側(cè)各拼寬8 m處理。老橋上部結(jié)構(gòu)形式大多數(shù)為簡(jiǎn)支20 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.0 m，一般6跨1聯(lián)，橋面連續(xù)。拼寬橋?qū)? m，橋面橫坡2%，在左幅橋258～260跨(右幅橋257～259跨)、左幅橋282～283跨(右幅橋281～282跨)和左幅橋335～338跨(右幅橋334～337跨)處跨越現(xiàn)有地方道路。因橋下道路不允許下挖，且拼寬橋的橋下凈高又不能降低，故只能從拼寬橋的梁高來(lái)解決?？紤]到拼寬8 m后由橋面橫坡引起的高差是0.16 m，拼寬橋梁高只能取0.8 m，小箱梁結(jié)構(gòu)已經(jīng)不適用，所以對(duì)跨越地方道路的所在聯(lián)采用了梁高0.8 m的簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，橋面連續(xù)，1聯(lián)跨數(shù)與老橋同。因空心板和小箱梁的剛度有較大差異，故為加強(qiáng)拼寬橋與老橋的橫向聯(lián)系和變形協(xié)調(diào)，對(duì)空心板梁進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，對(duì)頂板、腹板都進(jìn)行了加厚，梁板之間采用橋面板剛性連接，如圖6、圖7所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算，在各種荷載組合下，拼寬橋空心板的抗彎、斜截面抗剪承載能力、應(yīng)力、剛度均滿足全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件要求[2、7-8]。

圖6　樂(lè)清高架橋新老橋空心板拼小箱梁橫斷面示意

圖7　樂(lè)清高架橋新老橋空心板拼小箱梁濕接縫剛性連接示意

2滿足凈寬要求設(shè)計(jì)

對(duì)拼寬橋跨路橋跨的橋下凈高不作要求，但橋下凈寬不能小于老橋橋下凈寬的拼寬橋設(shè)計(jì)，可采用拼寬橋與老橋的上部結(jié)構(gòu)相同，但跨徑和梁高都不同的設(shè)計(jì)方法。這種方法主要用在老橋與橋下道路是斜交，而橋墩又是正交布置的拼寬橋設(shè)計(jì)。如果采用拼寬橋的跨徑與老橋相同，就無(wú)法順利跨越橋下道路，橋墩會(huì)落在橋下道路上，減小橋下道路凈寬。另外，為使拼寬橋的伸縮縫與老橋伸縮縫在同一條直線上，新老橋跨路部分的上部結(jié)構(gòu)1聯(lián)長(zhǎng)度應(yīng)相同。如甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州南塘至黃華段拓寬工程中的樂(lè)清高架橋設(shè)計(jì)[3]就是按照這種方法設(shè)計(jì)的。

樂(lè)清高架橋老橋在左幅橋第10跨(右幅橋第13跨)處跨越現(xiàn)有地方道路。老橋橋下凈高有富余，凈寬無(wú)富余，老橋與橋下道路斜交53度。跨路部分老橋上部結(jié)構(gòu)采用16 m+20 m+16 m三跨1聯(lián)現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁(左幅橋第10～12跨3跨1聯(lián)，右幅橋第11～13跨3跨1聯(lián))，下部結(jié)構(gòu)左幅橋10、11號(hào)墩和右幅橋11、12號(hào)墩采用獨(dú)柱墩，其余采用雙柱墩。樂(lè)清高架橋左幅橋第10跨(右幅橋第13跨)拼寬前橋下道路如圖8所示。

拼寬橋設(shè)計(jì)時(shí)，為了順利跨越橋下道路，并使新老橋的伸縮縫在同一條直線上順利對(duì)接，跨路部分這一聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用與老橋相同的結(jié)構(gòu)(現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁)，1聯(lián)跨數(shù)和長(zhǎng)度也相同(左幅橋第10～12跨3跨1聯(lián)，右幅橋第11～13跨3跨1聯(lián))，但跨徑不同。拼寬橋跨徑調(diào)整為19.5 m+16.5 m+16 m三跨1聯(lián)，下部結(jié)構(gòu)左幅橋10號(hào)墩和右幅橋12號(hào)墩采用獨(dú)柱墩，其余采用雙柱墩。這樣拼寬橋的橋墩可避開(kāi)原有橋下道路的行車道，滿足橋下道路的凈寬要求。樂(lè)清高架橋9～13跨橋跨布置平面示意如圖9所示。

圖8　樂(lè)清高架橋左幅橋第10跨(右幅橋第13跨)拼寬前橋下道路

考慮到新老橋上部結(jié)構(gòu)跨徑不一致，故在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)連續(xù)箱梁的拼接設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的有限元模擬計(jì)算[2.7.8]。驗(yàn)算表明，各種荷載組合下，濕接縫的抗彎、斜截面抗剪承載能力和裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。樂(lè)清高架橋現(xiàn)澆箱梁拼現(xiàn)澆箱梁橫斷面示意和濕接縫剛性連接示意分別如圖10、圖11所示。

圖9　樂(lè)清高架橋9～13跨橋跨布置平面示意

圖10　樂(lè)清高架橋新老橋現(xiàn)澆箱梁拼現(xiàn)澆箱梁橫斷面示意

圖11　樂(lè)清高架橋新老橋現(xiàn)澆箱梁拼現(xiàn)澆箱梁濕接縫剛性連接示意

3結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的幾種拼寬橋設(shè)計(jì)方法都是針對(duì)分離式立交橋拼寬設(shè)計(jì)提出的，基本上包含了目前分離式立交橋拼寬設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的設(shè)計(jì)方法。多年來(lái)的工程實(shí)踐表明，這些設(shè)計(jì)方法切實(shí)可行，安全可靠，可在分離式立交橋拼寬設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.浙江省甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州南塘至黃華段工程兩階段施工圖設(shè)計(jì)文件[Z].杭州：浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2013.

[4]浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.浙江省杭州(紅墾)至金華高速公路改擴(kuò)建兩階段施工圖設(shè)計(jì)文件[Z].杭州：浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2013.

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[7]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

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Introduction of Widening Design of Separated Overpasses in Reconstruction and Expansion Project

QI Junqiang

Abstract:With multiple project designs that have been implemented as examples, this paper introduces various widening design methods for separated overpasses in reconstruction and expansion projects, and presents the problems encountered during design and the corresponding solutions.

Keywords:separated overpass; widening design; design example

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.019

收稿日期：2016-02-15

作者簡(jiǎn)介：祁軍強(qiáng)(1959-)，男，浙江省紹興市人，本科，高工。

文章編號(hào)：1009-6477(2016)03-0084-06中圖分類號(hào)：U442.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A