城市立交橋梁拓寬改造工程設(shè)計(jì)實(shí)踐

嚴(yán)國齊，楊 帆，汪 劍

（1.武漢航空港發(fā)展集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430056；2.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430015；3.武漢生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

近年來，武漢市城市路網(wǎng)規(guī)模持續(xù)增加，軌道交通網(wǎng)絡(luò)不斷加密，城市骨架路網(wǎng)提高了快速性和可達(dá)性，總體出行效率不斷提升，但隨著機(jī)動車保有量加速增長，局部美中不足，受集散交織段、上下匝道、立交轉(zhuǎn)向匝道、地面銜接等因素的制約，早晚高峰常發(fā)擁堵。為此市政府有關(guān)部門組織精干力量成立專班開展現(xiàn)場調(diào)查、研究分析和方案論證，對武漢市骨架路網(wǎng)多個(gè)重要節(jié)點(diǎn)提出研究方案，以進(jìn)一步提升路網(wǎng)運(yùn)行效率，滿足市民更快更方便出行需求。

如圖1 所示為竹葉山立交和墨水湖立交的效果圖，結(jié)合兩個(gè)立交橋梁拓寬改造設(shè)計(jì)，本文詳細(xì)介紹了城市立交橋梁拓寬改造工程的特點(diǎn)及難點(diǎn)，根據(jù)立交既有現(xiàn)狀條件及限制因素，提出了拓寬改造方案，其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可為相關(guān)工程提供借鑒和參考。

圖1 竹葉山立交及墨水湖立交改造工程示意

1 工程概況

1.1 竹葉山立交改造工程概況

二環(huán)線竹葉山立交改造前為四層部分互通立交，其中H 匝道為發(fā)展大道右轉(zhuǎn)黃浦大街方向匝道，匝道為單向單車道，匝道寬8.0 m，該立交于2011年竣工通車。2016 年，為優(yōu)化和完善二環(huán)線竹葉山立交功能，對該立交H 匝道進(jìn)行拓寬改造，根據(jù)立交改造總體方案，橋梁拓寬工程主要范圍為：

（1）與右轉(zhuǎn)H 匝道相接的發(fā)展大道段：該段拓寬1～3 m，長185 m。該段現(xiàn)狀為一聯(lián)鋼箱梁，橋跨布置為（31+50+54+50）m，其典型橫斷面如圖2（a）所示。

圖2 竹葉山立交改造前典型橫斷面

（2）右轉(zhuǎn)H 匝道段：該段拓寬3 m，長211.153 m。該段現(xiàn)狀橋?qū)? m，分為三聯(lián)。第一聯(lián)和第三聯(lián)為兩跨縱向預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，橋跨布置均為（2×26）m；第二聯(lián)為鋼箱梁，橋跨布置為（33+41.153+33）m，其典型橫斷面如圖2（b）所示。

（3）與右轉(zhuǎn)H 匝道相接的黃浦大街交織段：該段拓寬3～5.5 m，長275 m。該段現(xiàn)狀橋梁分為三聯(lián)，均為三跨縱橫向預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，橋跨布置分別為（31+33+31）m、（31+27+27）m、（31+33+31）m，其典型橫斷面如圖2（c）所示。

1.2 墨水湖立交改造工程概況

二環(huán)線墨水湖立交改造前為3 層苜蓿葉+ 半定向式部分互通，立交布置為江城大道位于第二層，二環(huán)線主線方向高架位于第三層，設(shè)置江城大道漢口方向與二環(huán)線東西兩個(gè)方向的左、右轉(zhuǎn)共四條匝道，該立交于2014 年12 月竣工通車，其典型橫斷面如圖3所示。2016 年，為優(yōu)化和完善二環(huán)線墨水湖立交功能，對該立交進(jìn)行改造，根據(jù)立交改造總體方案，橋梁拓寬工程主要范圍為：

圖3 墨水湖立交改造前典型橫斷面

（1）E 匝道（墨水湖北路東往江城大道南左轉(zhuǎn)匝道）：E 匝道起點(diǎn)在二環(huán)線由東向西設(shè)置長約140 m減速車道及漸變段，在既有二環(huán)線主線段ZL11、ZL12 聯(lián)東側(cè)單側(cè)拓寬4～9 m，匝道其余部分為新增段，寬9～17 m、長978 m。

（2）F 匝道（墨水湖北路西往江城大道南右轉(zhuǎn)匝道）：F 匝道起點(diǎn)在墨水湖立交C 匝道由北向南設(shè)置長約56.885 m 減速車道及漸變段，在既有C 匝道CL3 聯(lián)西側(cè)單側(cè)拓寬4～9.5 m，匝道其余部分為新增段，寬8.1～9.5 m、長137.4 m。

（3）G 匝道（江城大道南往墨水湖北路東右轉(zhuǎn)匝道）：匝道起點(diǎn)部分新增段，寬9 m、長205 m，G 匝道終點(diǎn)在二環(huán)線由西向東設(shè)置長約170 m 加速車道及漸變段，在既有二環(huán)線主線段ZL12、ZL13 聯(lián)西側(cè)單側(cè)拓寬4～11 m。

2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

根據(jù)道路總體設(shè)計(jì)方案，竹葉山立交改造及墨水湖立交改造橋梁工程具有如下共同特點(diǎn)及難點(diǎn)：

（1）兩立交均已經(jīng)建成通車，為優(yōu)化和完善二環(huán)線立交功能，需在二環(huán)線上采用拓寬形式進(jìn)行改造，且不能長時(shí)間中斷橋上和橋下交通。

（2）兩立交及地面路口交通非常繁忙，拓寬改造橋梁需采用施工工期短、對交通影響小、對既有橋梁結(jié)構(gòu)影響小的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)拓寬改造橋梁結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量與原結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（3）原有主線及匝道結(jié)構(gòu)形式較多，主要有鋼筋混凝土連續(xù)箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁、鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁，其中主線預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)置有橫向預(yù)應(yīng)力，對拓寬形式的選擇有一定影響。

（4）改造范圍內(nèi)道路沿線現(xiàn)狀地下管線較多，主要包括軍用、電力、排水、給水、燃?xì)?、電信、通訊、路燈以及交管等管線。橋梁方案設(shè)計(jì)中橋墩及基礎(chǔ)布置應(yīng)盡可能避免管線遷改。

（5）與近期實(shí)施的軌道線路（軌道8 號線）以及遠(yuǎn)景年實(shí)施的軌道線路（軌道10 號線）等兩條線路相關(guān)，其中軌道8 號線與竹葉山立交改造工程橋梁共線約1 km，軌道10 號線與兩工程相交并設(shè)站。橋梁方案應(yīng)與8、10 號軌道站點(diǎn)和線路進(jìn)行充分協(xié)調(diào)。

除上述特點(diǎn)外，對于墨水湖立交改造工程，還需要考慮以下幾點(diǎn)：

（1）新增E、F 匝道需跨越江城大道城市綜合體地下空間，匝道立墩應(yīng)結(jié)合地下空間工程布置。

（2）涉及到拓寬的主線預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁上設(shè)置有6 m 高封閉聲屏障，拓寬后需拆除既有聲屏障，并在新建拓寬段箱梁上恢復(fù)，由于拓寬箱梁相對較窄，聲屏障高度對拓寬箱梁結(jié)構(gòu)受力影響較大。

3 橋梁拓寬方案構(gòu)思

3.1 總體方案

目前，常用的橋梁拓寬形式主要有三種：（1）上部構(gòu)造與下部構(gòu)造均不連接；（2）上部構(gòu)造與下部構(gòu)造均連接；（3）上部構(gòu)造連接而下部構(gòu)造不連接[1－5]。

對于竹葉山立交與右轉(zhuǎn)H 匝道相接的發(fā)展大道段，拓寬段長約185 m，拓寬1～3 m，原橋梁結(jié)構(gòu)為（31+50+54+50）m=185 m 鋼結(jié)構(gòu)箱梁，其中墩均設(shè)置有側(cè)墩及外伸橫梁，且橫梁外伸寬度超過拓寬寬度，如圖4 所示。若采用上部構(gòu)造不連接的形式，需在原橋梁側(cè)墩縱向兩側(cè)設(shè)置拓寬橋梁橋墩，但考慮到地面人行道及地下管線較為復(fù)雜且較難遷改，新建橋墩難以實(shí)施，故該段采用上部構(gòu)造連接、利用既有下部結(jié)構(gòu)的方式，不再新建橋墩，通過改造鋼箱梁懸臂來實(shí)現(xiàn)橋面拓寬。

圖4 與右轉(zhuǎn)H 匝道相接的發(fā)展大道段平面示意

對于立交其余路段，為使新、舊橋各自受力明確、互不影響、方便施工，同時(shí)考慮到區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況較差，采用新、舊橋相互獨(dú)立，上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)均不連接的拓寬方式，上部結(jié)構(gòu)緊靠在一起，設(shè)置縱向伸縮縫，下部結(jié)構(gòu)各自獨(dú)立。

3.2 上部結(jié)構(gòu)方案

由于兩工程均為立交改造工程，新建橋梁設(shè)計(jì)原則應(yīng)從屬于老橋，其上部結(jié)構(gòu)形式、體系、梁型、斷面及基礎(chǔ)應(yīng)與盡量老橋保持一致，同時(shí)考慮到立交橋及地面路口交通非常繁忙，為滿足橋下凈空要求，減小對現(xiàn)狀立交影響，拓寬橋梁結(jié)構(gòu)形式需采用跨越能力相對較大、梁高相對較小、施工工期短、對交通影響小的結(jié)構(gòu)形式，故拓寬段均采用連續(xù)鋼箱梁。

3.3 下部結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)既有立交現(xiàn)狀，拓寬橋梁橋墩布置應(yīng)考慮以下因素：

（1）為盡量減小新、舊橋梁在各種荷載作用下產(chǎn)生的變形差異，使新、舊橋梁變形協(xié)調(diào)，新、舊橋梁跨徑布置應(yīng)盡量保持統(tǒng)一，同時(shí)新建橋梁墩型應(yīng)盡量與既有橋梁保持一致；

（2）新建橋墩樁基應(yīng)與舊橋橋墩樁基保持一定的距離，應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求，盡量減小新、舊橋梁樁基的相互影響；

（3）橋墩布置應(yīng)考慮樁基與近期與遠(yuǎn)期盾構(gòu)區(qū)間的安全距離；

（4）立交范圍內(nèi)地下管線分布較密，種類較廣，橋墩布置應(yīng)盡量減小管線遷改；

（5）新建橋墩應(yīng)盡量減少地面人行道及非機(jī)動車道改造。

綜上各個(gè)因素，匝道墩型大部分?jǐn)M采用板式花瓶墩，為盡量減少新建橋墩對舊橋下部結(jié)構(gòu)、地面車道、地鐵、地下管線等影響，因地制宜采用雙柱框架墩或圓柱墩，考慮到工期影響部分墩柱及蓋梁采用鋼結(jié)構(gòu)。

4 橋梁拓寬方案設(shè)計(jì)

4.1 竹葉山立交改造橋梁方案設(shè)計(jì)

與右轉(zhuǎn)H 匝道相接的發(fā)展大道段，該段橋面拓寬采用結(jié)構(gòu)拓寬的方式，即在現(xiàn)狀鋼箱梁上焊接拓寬鋼梁增加橋面寬度，根據(jù)拓寬寬度，拓寬梁分別采用翼緣拓寬和箱室拓寬兩種形式。

其余路段通過新建一幅橋梁來實(shí)現(xiàn)橋面拓寬，新建橋梁和現(xiàn)狀橋梁之間設(shè)置縱向伸縮縫，為盡量使新建橋梁與現(xiàn)狀橋梁橋跨對應(yīng)，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁，新建橋梁共布置16 個(gè)橋墩，由于地面道路及地鐵等因素的限制，采用雙柱框架墩，墩柱及蓋梁考慮到工期影響采用鋼結(jié)構(gòu)。竹葉山立交改造橋梁總體平面布置圖如圖5 所示，橋梁典型斷面如圖6所示。

圖5 竹葉山立交改造新建橋梁總體平面布置

圖6 竹葉山立交拓寬段橋梁典型斷面（單位：m）

4.2 墨水湖立交改造橋梁方案設(shè)計(jì)

墨水湖立交匝道新增段采用斜腹板連續(xù)鋼箱梁方案，拓寬段采用直腹板連續(xù)鋼箱梁方案，橋墩主要采用板式花瓶墩，局部由于立墩條件限制采用雙柱墩或者雙柱框架墩，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。其中，需特別指出的是，E 匝道拓寬段由于拓寬箱梁相對較窄，聲屏障高度較大，聲屏障橫向水平荷載較大，對拓寬箱梁結(jié)構(gòu)受力影響較大，因此設(shè)計(jì)采用墩梁固結(jié)措施以抵抗聲屏障水平荷載。墨水湖立交改造橋梁總體平面布置圖如圖7 所示，橋梁典型斷面如圖8 所示。

圖7 墨水湖立交改造新建橋梁總體平面布置

圖8 墨水湖立交改造橋梁典型斷面（單位：m）

5 結(jié) 語

竹葉山立交拓寬改造工程于2017 年5 月建成通車，墨水湖立交拓寬改造工程于2018 年12 月建成通車，目前兩立交運(yùn)行情況良好，有效提升了立交運(yùn)行效率，改善了擁堵狀況。其中竹葉山立交改造被譽(yù)為“建設(shè)快、動作小、作用大”的“微改造”，具有四兩撥千斤作用，其改造經(jīng)驗(yàn)被推廣至武漢市其它擁堵節(jié)點(diǎn)改造工程，該工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可為同類型橋梁的建設(shè)提供參考。