某空中異形交叉口平臺設計實例

吳佳璞

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司,上海市 200092）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通網(wǎng)絡系統(tǒng)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展，城市道路基礎設施不斷建設與完善[1、2]。交叉口能提高交通通行效率而被廣泛使用成了道路系統(tǒng)的重要組成部分，它是道路交通的交通咽喉[3]。由于地勢環(huán)境、設計指標、規(guī)劃要求等原因使得交匯道路高差較大，平面交叉口難以滿足要求，因此往往要采用空中異形交叉平臺。其中交叉口的施工是工程項目的重點關注方面。施工技術、流程，以及施工階段結構受力狀態(tài)的合理與否是影響結構在使用階段安全性、適用性和耐久性的關鍵。而異形交叉平臺由于構造上的復雜性和幾何不規(guī)則性，其施工工藝和受力均不同于一般交叉平臺。因此，本文以某一空中異形交叉口平臺工程案例為背景，提出一套針對該類異性空中平臺的滿堂支架法施工工藝，并分析了該異形空中交叉平臺在施工階段的受力特點，為同類工程提供參考。

1 工程概況

某空中異形交叉平臺位于某市中心城市次干路，因現(xiàn)狀交通功能、交通服務均與規(guī)劃定位不匹配，所以需要對該區(qū)域基礎設施進行完善。該項目南北走向與呈祥路原有道路相連，東西方向與碧水橋銜接。因交叉口設計標高與地坪標高相差約7.0 m，經(jīng)可行性研究和方案比選后建議采用高架橋形式進行搭接兩通道的過渡區(qū)域。如圖1、圖2所示。

圖1 工程項目位置圖

圖2 平臺下效果圖

交叉口平臺跨徑布置為16.391 m+17.609 m=34 m，與碧水橋相接寬度為40 m，與呈祥路相接橋寬為29 m。梁斷面形式為單箱多室箱型斷面，梁高2 m，頂板厚0.25 m，底板厚0.22 m，腹板厚0.4～0.65 m。縱向（碧水橋行車方向）按照鋼筋混凝土構件設計。橫梁按照預應力A類構件設計。結構平面圖如圖3所示，中支點結構斷面如圖4所示。

圖3 異形平臺平面構造圖

圖4 中支點結構斷面圖

2 交通組織與豎向設計

2.1 交叉口設計原則

（1）交叉口設計符合規(guī)劃要求；

（2）滿足交通需要，盡量增大交叉口通行能力；

（3）碧水路、晉綏路交叉口與呈祥路、碧水路交叉口間距僅180 m，屬于短距離交叉口，該段道路全線拓寬2條車道，以提高通行能力；

（4）合理配時。

2.2 交叉口交通組織設計

在碧水路、呈祥路交叉口范圍內(nèi)，碧水路增加1條進口車道及1條出口車道；呈祥路道路等級較低且交通量不大，故不做渠化設計。同時為方便北側居民出行及解決污水廠進出問題，在平臺下設置一進一出兩條輔道。

2.3 交叉口豎向設計

交叉口豎向設計的目的是通過調(diào)整交叉口范圍內(nèi)相關有關各點的標高，合理確定交叉口各方向斜街關系，以符合行車舒適、排水迅速及建筑美觀等要求。

空中異形交叉口平臺結構復雜，且與四個方向相接均為混凝土橋梁結構，所以豎向設計調(diào)整空間有限。相接橋梁均為雙向2%橫坡，由于地形限制，縱坡也相對較大。故豎向設計既要滿足橋面標高順接，還要考慮結構外形可以匹配過渡。為使平臺結構高差不宜過大，故相接橋梁在臨近交叉口的一聯(lián)范圍內(nèi)，通過箱梁整體旋轉將橫坡逐漸減少至1%或更小。這樣的處理在垂直相交的兩個方向縱坡影響下將平臺內(nèi)部高差盡量減小，使得平臺四個圓弧段的兩端可以通過較小的坡度平順連接，進而包括平臺在內(nèi)的五個相交結構立面及粱底外觀上平順、統(tǒng)一。

3 結構模型計算及結果分析

結合交叉口平臺的滿堂支架施工方法采用橋梁博士計算軟件對交叉口平臺進行建模計算，考慮恒載效應、剛束張拉，以及收縮徐變對結構影響進行分析，共建立了337個節(jié)點，509個單元，模型如圖5所示。

圖5 有限元計算模型

結構的縱向裂縫指標、橫梁應力指標及承載力強度等常規(guī)指標均滿足規(guī)范要求，不再贅述?，F(xiàn)主要針對施工過程中平臺兩個方向的彎矩耦合及撓度值對施工提出指導。

將施工階段分為三階段：

階段1：滿堂支架現(xiàn)澆；

階段2：張拉預應力；

階段3：成橋及徐變。

對結構內(nèi)力進行計算分析，給出總內(nèi)力較大的單元，如表1、表2所列。

表1 Mx彎矩效應一覽表 kN·m

表2 Mx彎矩效應一覽表 kN·m

由表1、表2可知在不同的方向上的最大內(nèi)力出現(xiàn)在不同單元上。在進行具體施工時，應同時考慮兩方向上的作用，以及其耦合作用。根據(jù)模型計算得出Mx彎矩最大值多數(shù)存在于結構邊緣單元上，My彎矩最大值分布在y方向（主梁縱向方向）的跨中區(qū)域，應當引起重視。先挑選關鍵單元對比兩個方向的彎矩值如圖6、圖7所示。

圖6 Mx彎矩效應曲線圖

圖7 My彎矩效應曲線圖

由圖6、圖7可知：在兩個方向同時作用下My荷載效應較大，應以My為主要控制因素。局部荷載效應過大導致結構產(chǎn)生撓度變形。為研究不同施工階段對結構撓度的影響，本文給出部分撓度較大的節(jié)點進行論證。見圖8所示。

圖8 關鍵節(jié)點位移變形曲線圖

從圖8可知在荷載作用下，總體的撓度變化小，在允許范圍之內(nèi)。其中，撓度突變的節(jié)點處在截面變化段，受力比較復雜，進行施工時，應著重關注，對截面突變區(qū)域進行實時監(jiān)測。第一階段引起的撓度較大，考慮到對剛束進行張拉時，應當兩端同時張力，避免張拉應力不平衡而引起局部梁體受損，導致?lián)隙韧蛔儭?/p>

4 平臺施工

4.1 施工方案

在市政工程建設中，滿堂支架法在現(xiàn)澆混凝土箱梁施工中得到廣泛的運用[4、5]。滿堂支架施工時多點支撐，沉降容易控制，張拉時支架反彈量小，對主梁健康控制有利，線型也同樣容易控制[6]。交叉口平臺高程控制是道路交匯的主要技術指標。與一般交叉口相比，空中交叉口具有施工困難，造價高、工期長等特點，尤其是關系到結構外形控制及交叉口豎向設計，故應從經(jīng)濟、安全、美觀等多方面考慮。根據(jù)現(xiàn)場實際情況可知該異形平臺具有以下特點：

（1）工程在原有道路基礎上進行高架系統(tǒng)的施工，地基的承載能力滿足使用要求且排水系統(tǒng)完善。

（2）項目施工會影響呈祥路的通行，施工周期不能過長，與其他施工工藝相比，采用滿堂支架法所需的工期更短，對周邊的影響較少。

（3）交叉口平臺箱梁形狀不規(guī)則，不宜采用預制梁，只能通過現(xiàn)澆的方法進行施工，滿堂支架法能更好地進行施工控制，保證箱梁外形美觀，施工標高達到設計要求；且箱梁頂面需滿足交叉口豎向設計要求，同時需滿足箱梁等高的控制要求。

（4）滿堂支架法的造價更低，能有效降低工程的資金耗費。

因此，綜合項目實際特點，選擇滿堂支架法進行施工更適宜?，F(xiàn)場施工如圖9所示。

圖9 滿堂支架法施工現(xiàn)場之實景

施工方案如下：在箱梁結構范圍內(nèi)搭設密度不一適應其荷載的支架，在其頂部安裝模板，并安裝滿足精度的高度調(diào)整裝置，綁扎鋼筋，澆筑混凝土。待混凝土達到設計強度后，張拉預應力，最后拆除支架完成全部施工，具體施工流程如圖10所示。

圖10 滿堂支架法施工流程圖

4.2 支架、基礎預壓

支架地基的穩(wěn)定性是保證施工順利進行的前提條件。施工前須對支架及基礎進行預壓。支架預壓的目的是為了消除支架的非彈性變形[7-8]。一方面防止對混凝土梁施工時，支架基礎因較大沉降或失穩(wěn)而導致混凝土開裂；另一方面檢驗支架的安全性和收集施工沉降數(shù)據(jù)，以控制梁體澆筑線形。該項目采用預壓荷載是支架承受的全部荷載的1.1～1.2倍，加載完成后直至日沉降量連續(xù)2日不超過2 mm。同時，施工期間亦必須加強梁體及支架變形的檢測和控制。

4.3 模板安裝

所澆筑的平臺是異性平臺，對模板的要求較高，需要注意一下幾個問題：

（1）在安裝前，應嚴格檢查模板的形狀與尺寸，在保證模板精準的基礎上才能進行下一步安裝程序。

（2）結構的標高控制尤為重要，主要通過交叉口豎向設計確定橋面標高，再減去鋪裝及結構高度，反推立模的標高。在進行立模的同時，應該考慮支架及模板的彈性變形。

（3）在地面模板的調(diào)整精度上提出更高的要求，既不能影響澆筑后地面的美觀性，又能滿足豎向設計要求，從而使得各模板間平面平順過渡。

5 結語

本文以某空中交叉口平臺案例為背景，提出了適用于該類結構的施工方法，并分析了該類結構施工階段受力特點，結論如下：

（1）在交叉口豎向設計時，應盡量減小相接結構的縱橫向坡度，使得異形平臺豎向標高平穩(wěn)過渡，避免產(chǎn)生因過大的高差而導致其結構設計和施工時的困難。

（2）通過空間計算，合理化橋墩支點布置，確定主要受力方向，優(yōu)化箱梁結構布置，在減小結構自重的同時針對結構受力特點布置縱橫梁格。

（3）對該類型結構進行滿堂支架施工時，應注意以下幾個方面:a.結構的內(nèi)力受兩個方向的影響，當施工跨度不同時，建議以大跨度控制為主要方向。b.在對現(xiàn)澆箱梁進行預應力鋼束張拉時，張拉力應進行復核且嚴格按照張拉工藝進行張拉。c.進行標高控制時，針對邊緣區(qū)域應加密測點，隨時進行監(jiān)控。d.平臺澆筑前應保證控制點定位及標高準確，以滿足交叉口豎向設計要求且與相接橋梁平順過渡。