城市互通立交橋梁預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計注意點

馬蕊

摘 要：互通立交是打通城市大動脈的交匯點的主要方法。交匯點快速便利的互通又是保證城市交通快捷高效運行的關(guān)鍵。互通立交的快速化施工又是加快交匯點早日互通的關(guān)鍵。合理利用預(yù)制結(jié)構(gòu)是解決互通立交快速施工的主要方式。故互通立交預(yù)制結(jié)構(gòu)合理的設(shè)計方案，是互通立交快速、高效、合格服役的前提。

關(guān)鍵詞：城市互通立交設(shè)計;預(yù)制結(jié)構(gòu);設(shè)計要點;設(shè)計與施工結(jié)合

中圖分類號：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 總體設(shè)計

立交橋全稱立體交叉橋，是城市重要交匯點建立的上下分層、多方向行駛、互不相擾的現(xiàn)代化陸地橋;立交橋種類有單純式跨線橋，簡易式立交橋;還有互通式立交橋主要有喇叭型互通式立交，苜蓿葉式，多枝交叉式。隨著城市的發(fā)展，為了加快交通通行效率和緩解交通壓力，城市高架交匯點或者重要主干道高速交匯處一般通過立交實現(xiàn)互通。本文主要討論互通式立交，以上海市濟(jì)陽路（盧浦大橋—閔行區(qū)界）快速化改建工程2標(biāo)工程為例。工程北起濟(jì)陽路、華夏西路交叉口，南至閔行區(qū)界，全長3 163.928 m，規(guī)劃紅線寬45 m～60 m。包含濟(jì)陽路主線和濟(jì)陽路與外環(huán)S20四向互通立交，以下簡稱S20立交。S20立交設(shè)計內(nèi)容包含：新建及改建外環(huán)線8條立交匝道，其中拆除現(xiàn)狀LA苜蓿葉匝道，新建SW匝道，匝道全長727.243 m;拆除現(xiàn)狀LB苜蓿葉匝道，新建ES匝道，匝道全長804.304 m;拆除重建NE（現(xiàn)狀LC匝道）匝道北側(cè)起橋段，新建匝道全長313.788 m;拆除重建WN（現(xiàn)狀LD匝道）匝道北側(cè)落地段，新建匝道全長316.534 m;新建WS匝道（現(xiàn)狀RA匝道），匝道全長228 m;新建SE匝道（現(xiàn)狀RB匝道），匝道全長192.5 m;新建EN匝道（現(xiàn)狀RC匝道），匝道全長175 m;新建NW匝道（現(xiàn)狀RD匝道），匝道全長125 m，立交匝道一般寬度為8.5 m～9.5 m。

S20立交上部結(jié)構(gòu)形式有鋼混組合梁、鋼箱梁、預(yù)應(yīng)力預(yù)制小箱梁。見圖1結(jié)構(gòu)平面布置圖。下部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土獨柱墩，樁基采用鉆孔灌注樁。以下討論本項目各種預(yù)制結(jié)構(gòu)在設(shè)計中需要注意的地方。

2 上部結(jié)構(gòu)-預(yù)制小箱梁設(shè)計注意點

預(yù)制小箱梁由于具有較大的截面抗扭強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)簡單合理，設(shè)計經(jīng)驗成熟等優(yōu)點，能夠很好地滿足高等級道路行車高速、平穩(wěn)、舒適的要求，是一種較為先進(jìn)的結(jié)構(gòu)型式。而且小箱梁可工廠化生產(chǎn)，施工便捷快速，節(jié)約工期，對周邊環(huán)境影響小，在全國各地的城市高架中被廣泛應(yīng)用，上海也在多個工程中采用了小箱梁結(jié)構(gòu)。本項目S20匝道跨徑不大于30 m的標(biāo)準(zhǔn)段上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)。設(shè)計時需要注意匝道的彎曲、橫坡、縱坡等道路總體因素對結(jié)構(gòu)布置的影響。

2.1 彎道影響

小箱梁結(jié)構(gòu)位于曲線段匝道時需要注意彎道對結(jié)構(gòu)的影響，順橋向布置原則是以直代曲，挑臂調(diào)整外緣線。由于匝道橋標(biāo)準(zhǔn)寬度基本在7.5 m～9.5 m之間，布置2片～3片小箱梁即可，濕接縫和挑臂的長度范圍有限，平面布置時要先明確主梁間距，再調(diào)整挑臂長度，局部挑臂長度超限可以通過計算挑臂承載力，增加鋼筋布置，小箱梁挑臂長度盡量不要超過1 m，局部大于1 m可以適當(dāng)增加挑臂鋼筋也能通過計算，但是挑臂尺寸小，除了自身鋼筋還需布置防撞預(yù)埋鋼筋，混凝土振搗難度大，所以盡量不增加鋼筋布置以免影響小箱梁施工質(zhì)量。

2.2 坡度影響

立交匝道橋會同時存在橫坡、縱坡、邊坡、超高的問題。其中橫坡對小箱梁布置影響比較大，小箱梁布置一般以結(jié)構(gòu)中線和道路中心線的交點為基準(zhǔn)來定位。如果不考慮橫坡，小箱梁結(jié)構(gòu)中心線在頂平面和底平面上的投影是重合的，但是考慮橫坡后，小箱梁結(jié)構(gòu)中心線在頂?shù)灼矫嫔系耐队皶衅睢Ｈ鐖D2所示，匝道斷面考慮2%的橫坡，小箱梁結(jié)構(gòu)中心線在頂?shù)酌嫔系钠顬?2 mm。如果設(shè)計時不注意此細(xì)節(jié)，以道路中心線與結(jié)構(gòu)中心在頂面的位置為基準(zhǔn)設(shè)計下部結(jié)構(gòu)，施工時小箱梁有可能吊裝不進(jìn)去，或者是一側(cè)擋塊頂住，沒有活動空間。

匝道橋一般縱坡較大，小箱梁還需要進(jìn)行梁端垂直度修正和梁長修正，梁底支座墊板一般需要同時考慮橫坡和縱坡的影響。以上數(shù)據(jù)需要提供給小箱梁預(yù)制加工廠，保證構(gòu)造準(zhǔn)確。

2.3 擋塊與支座布置影響

蓋梁上擋塊內(nèi)邊線應(yīng)該與小箱梁腹板邊線斜率一致，保證箱梁與擋塊間距上下一致。布置兩片小箱梁的匝道，建議在小箱梁外側(cè)布置擋塊即可。S20立交9.5 m寬匝道布置3片小箱梁，為保證每片箱梁的在地震作用下不落梁，每片梁之間均設(shè)置擋塊。以這種方式布置擋塊就需要注意擋塊與小箱梁之間的間距適當(dāng)大些，因為箱梁吊裝施工時會存在誤差，這種擋塊布置已經(jīng)把箱梁位置限定住，需要預(yù)留一定的施工誤差距離，否則會存在箱梁吊裝不進(jìn)去或者一側(cè)頂住擋塊的情況。同時需要注意中間擋塊高度不能太高，需要考慮小箱梁之間支點處濕接縫橫梁的施工需要一定的空間。至少留布置模板的高度，如圖2所示，中間擋塊與小箱梁濕接縫之間留30 mm距離。

前面提到由于橫坡的影響，小箱梁中心線隨著高度的變換會有偏差，支座布置時需要以箱梁底板支座中心為何為準(zhǔn)，同時施工時需要注意，由于小箱梁底板寬度小（一般為1.5 m），還需要布置兩個支座，支座類型的選擇很重要，不要為了方便，全部小箱梁結(jié)構(gòu)統(tǒng)一選擇偏大型號的支座，這樣小箱梁底板布置不下兩個支座，即使能布置下，剩下的空間也很小了，會影響梁底墊板與支座焊接，因為沒有操作空間。這樣長期下來會導(dǎo)致支座受力不均勻，影響小箱梁結(jié)構(gòu)受力和使用壽命，存在安全隱患。

3 上部結(jié)構(gòu)-預(yù)制鋼梁設(shè)計注意點

由于具有結(jié)構(gòu)自重小、跨度大、梁高小、施工快捷方便、外形可塑性強(qiáng)等優(yōu)點，鋼板箱形梁是工程中常采用的結(jié)構(gòu)形式。S20立交在匝道與主線交匯的喇叭口處采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)（見圖1示）。此處結(jié)構(gòu)為異型結(jié)構(gòu)，鋼箱梁比較容易做成此種異型結(jié)構(gòu)。設(shè)計異型鋼箱梁需注意箱子變寬處的分室和加勁肋布置。分室的縱梁從橋墩橫梁處起始，變寬段額外增加的縱向加勁從橫梁或橫隔板處起始。結(jié)構(gòu)計算要采用空間計算模型。支座盡量布置在橫梁與縱梁交叉點處。

4 上部結(jié)構(gòu)-鋼混組合梁設(shè)計注意點

鋼-混凝土組合梁同混凝土梁相比，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震作用，減小截面尺寸，增加有效使用空間，節(jié)省支模工序和模板，縮短施工周期，增加梁的延性等。同鋼梁相比，可以減小用鋼量，增大剛度，增加穩(wěn)定性和整體性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗火性和耐久性等。S20立交考慮快速化施工，和節(jié)約造價，30 m以上跨徑的標(biāo)準(zhǔn)段匝道采用鋼混組合梁。

雖然鋼混組合梁相較于混凝土梁和鋼梁有獨特的優(yōu)點，但是在匝道設(shè)計中還是需要結(jié)合實際施工現(xiàn)場實際情況來考慮鋼混組合梁在互通立交中的使用范圍。當(dāng)互通立交的匝道跨越既有道路時，且次道路交通繁忙，不可能封閉供跨線匝道施工，此跨線處選用鋼混組合結(jié)構(gòu)不是最合適的。原因如下：（1）既有道路交通繁忙，不可能封閉交通施工。（2）組合梁吊裝完成后，現(xiàn)場還需要支模澆筑混凝土，增加施工工序和施工周期，也增加了施工難度和安全隱患，間接增加施工費用，那采用組合梁不一定是經(jīng)濟(jì)的?？紤]上述原因，即使鋼混組合梁相較于鋼梁有造價低的優(yōu)點，但是在匝道跨既有道路的那部分是否采用鋼混組合結(jié)構(gòu)需要深化比較，采用鋼結(jié)構(gòu)梁或許更為合理。S20立交工程量大，整體采用組合梁結(jié)構(gòu)是經(jīng)濟(jì)合理的，只是就單獨跨線橋這部分在設(shè)計時可以細(xì)化比較哪種結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)高效。

5 下部結(jié)構(gòu)-預(yù)制蓋梁、立柱、承臺

由于S20立交施工工期緊張，需要快速化施工。原設(shè)計方案考慮下部結(jié)構(gòu)也采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，但最后施工方案并沒有采用預(yù)制下部結(jié)構(gòu)，還是采用常規(guī)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。主要原因是：（1）現(xiàn)場施工影響因素較多，導(dǎo)致跨徑和上部結(jié)構(gòu)不能同意采用同一種結(jié)構(gòu)。（2）上部結(jié)構(gòu)跨徑和種類不同，而且橋面寬度也不同，導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)種類較多。（3）下部結(jié)構(gòu)種類較多，不具備標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)規(guī)模，如果采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，會造成模板利用率低，也會導(dǎo)致預(yù)制結(jié)構(gòu)種類多管理混亂，容易出錯，可能會造成安裝錯誤，費工、費時、費錢。故互通立交下部結(jié)構(gòu)不太適用預(yù)制結(jié)構(gòu)。但是預(yù)制下部結(jié)構(gòu)還是有很多優(yōu)點，在高架主線標(biāo)準(zhǔn)段可以大量利用，會大大提高施工效率和減小施工對周邊環(huán)境的影響。

5.1 過渡墩設(shè)計

過渡墩為兩種上部結(jié)構(gòu)變化處的橋墩。由于上部結(jié)構(gòu)的不同，梁高、橫坡、支座布置、梁底寬度都不相同。故匝道過渡墩構(gòu)造設(shè)計相對復(fù)雜，設(shè)計時首先要找好定位點;其次要雙向設(shè)計，即不同上部結(jié)構(gòu)對應(yīng)側(cè)都要詳細(xì)畫出構(gòu)造圖;第三上下部結(jié)構(gòu)圖需要在圖紙上預(yù)拼裝，即細(xì)部與總體統(tǒng)一，上下部結(jié)構(gòu)要對應(yīng)上，不要存在碰撞或漏項問題;第四要主要方向的不同，不同方向?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)布置，橫坡，彎道朝向都不同;第五要注意偏心設(shè)置，在考慮偏心的情況下，結(jié)構(gòu)定位要準(zhǔn)確;第六上部結(jié)構(gòu)或下部結(jié)構(gòu)調(diào)整是一定要把對應(yīng)的結(jié)構(gòu)一并調(diào)整;最后再次復(fù)核支座位置、中心線定位、擋塊、橫坡、標(biāo)高是否一一對應(yīng)。

6 結(jié)語

中國城市化快速發(fā)展，交通先行?；ネ⒔皇墙鉀Q城市重要道路快捷互通的主要方式，重要性不言而喻。故合理互通立交的設(shè)計方案是一座合格互通立交的前提和關(guān)鍵。施工時為了盡可能小的影響現(xiàn)狀道路的交通和周邊環(huán)境，預(yù)制結(jié)構(gòu)是互通立交主要考慮的結(jié)構(gòu)形式?；ネ⒔还こ塘看螅谠O(shè)計時不但要考慮總體設(shè)計控制因素，還需要注意設(shè)計與施工現(xiàn)狀結(jié)合，預(yù)制結(jié)構(gòu)尤其要注意細(xì)部與整體對應(yīng)。