既有立交改造工程難點分析與設(shè)計原則

■ 同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司 仲健

近年來，隨著城市規(guī)模的不斷擴大、交通需求的急劇增加，同時由于建設(shè)初期征拆不到位和規(guī)劃前瞻性不足等因素，建成后的立交面臨通行能力不足的弊病?？紤]周邊交通的發(fā)展或路網(wǎng)改造形成后的新布局等因素，為改善交通功能、緩解區(qū)域交通壓力，將既有立交改造為全互通立交成為多數(shù)城市的必然選擇。

本文以太原市西中環(huán)南延工程起點處立交為例，闡述并總結(jié)立交改造工程的建設(shè)難點和拼寬橋設(shè)計原則，以期為同類工程提供有益參考和借鑒（圖1、圖2）。

圖1 改造前的西中環(huán)南中環(huán)立交衛(wèi)星圖

圖2 改造后的西中環(huán)南中環(huán)立交衛(wèi)星圖

工程概況

西中環(huán)南延工程北起現(xiàn)狀西中環(huán)南中環(huán)立交，南至姚村收費站，全長約17km。全線為城市主干道，設(shè)計速度為60km/h，主線為雙向六車道，兩側(cè)有30m的綠化帶（圖3）。

圖3 西中環(huán)南延工程平面圖

圖3 改建中的起點立交俯瞰圖

西中環(huán)南延工程建成后，將為汾河西片區(qū)新增一條貫穿城市南北的主干路。

起點立交工程范圍內(nèi)主要工程包括6條新建匝道、4處拼寬匝道和1條拆除匝道（表1）。

表1 橋梁工程規(guī)模表

工程難點

西中環(huán)南中環(huán)起點立交改造設(shè)計施工過程中，主要解決了以下四個難點：一是新老橋拼寬；二是樁基防腐措施；三是橋墩改造；四是老橋拆除工程。

拼寬設(shè)計

該項目共計4處拼寬橋梁，拼寬總面積達5406.3m2，拼寬接縫長度共計766.6m。此次拼縫采用GD彈性混凝土拼縫技術(shù)[1]，克服了常規(guī)拼縫處理方式中新老橋橫向撓度差引起的縱向裂縫的缺點。

樁基防腐設(shè)計

新建NW、NS、SN、WS、SE匝道位于原太化廠區(qū)工程范圍內(nèi)，干濕交替條件之下，該廠區(qū)內(nèi)地下水對混凝土和鋼筋均具有強腐蝕性。腐蝕深度為10m—15m，全橋共計121處橋墩樁基需采取防腐措施。

此次樁基防腐的原則為：以隔離防護為主，同時使用抗腐蝕性能好的建筑材料。

以1.5m樁基為例，采取直徑1.7m鋼護筒，鋼板厚10mm，護筒長18m，Q345c鋼。鋼護筒的外表面包覆纖維增強復(fù)合材料（FRP），厚度不小于2.5mm。纖維增強復(fù)合材料能夠適應(yīng)該項目環(huán)境腐蝕條件，材料性能與施工要求須滿足《纖維增強復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。

灌注樁成樁過程中應(yīng)實時監(jiān)測孔中水的PH值、硫酸根離子、氯離子的濃度。待清孔后孔中水質(zhì)需達到普通成樁條件后方能下放鋼筋籠并灌注混凝土，其中，PH值不得小于5.0、硫酸根離子濃度（以SO42—計）不得大于600mg/L、氯離子濃度（以CL—計）不得大于500mg/L。

橋墩改造設(shè)計

為節(jié)約投資，部分匝道橋墩保留利用。接高高度小于35cm的橋墩，采用較簡單的改造墊石及梁底楔塊的方式接高；接高高度大于35cm的橋墩，采用墩身接高方案。該工程合計3處支座墊石改造，4處橋墩墩身接高。墊石改造明細見表2所示。

表2 墊石改造明細表

墩身接高總體方案為：鑿除既有橋墩墩頭3.15m范圍混凝土，保證既有橋墩的豎向主筋連接部分完全外露，采用焊接的方式將豎向主筋接長（雙面焊5d或單面焊10d長度），安裝模板，澆筑混凝土至設(shè)計墩頂高（圖4）。

圖4 墩柱接高立面圖

墩柱接高明細表如表3所示。

表3 墩柱接高明細表

拆除方案

NW匝道拆除共計3個步驟：附屬及橋面系拆除、梁體拆除以及橋墩拆除。

橋面瀝青混凝土采用反鏟破除，防撞護欄采用繩鋸分塊切割。

現(xiàn)狀匝道為30m跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁。該工程拆除梁體節(jié)段長為5m，保證拆除節(jié)段重量不超過80t。拆除節(jié)段梁底搭設(shè)鋼管支架，在支架頂部法蘭盤與梁底預(yù)留10cm—20cm的空間用于布置千斤頂。梁體切割前，將千斤頂作用于梁底進行鋼管支架預(yù)壓，塞入鋼板或木楔來填充千斤頂及梁底空隙后，方可切割梁體。

橋墩可采用繩鋸分塊切割。

拼寬橋設(shè)計

立交改造前，需完成對既有老橋竣工資料搜集、老橋測量、外觀普查、橋梁檢測、荷載試驗。拼寬段新建橋梁方案需經(jīng)業(yè)主報送給原設(shè)計單位審批同意后方可實施。

下文是設(shè)計過程中立交改造需遵循的老橋測量要點及拼寬橋設(shè)計原則。

老橋測量要點

老橋測量要點除了外形特征點、高程特征點、橋長控制點以及橋梁拼接基準線外[2]，還需要注意以下兩個方面的問題：

一是橋面橫坡。測量出邊防撞墻內(nèi)邊線標高、橋中心標高、中央防撞墻內(nèi)邊線標高，以便推測出每個墩斷面處橋面橫坡。

二是橋墩輪廓及墩頂標高。部分地面道路改造后，需要復(fù)核梁底及花瓶墩墩頂標高，確保下穿道路滿足凈空要求。

拼寬橋設(shè)計原則

拼寬橋設(shè)計需遵循以下原則：

一是拼寬橋與老橋的荷載等級應(yīng)相同。應(yīng)對原有結(jié)構(gòu)進行驗算，如有必要，需對老橋進行加固改造。

二是新老結(jié)構(gòu)上部構(gòu)造應(yīng)采用同類型結(jié)構(gòu)進行拼寬，為同剛度拼接設(shè)計；應(yīng)盡量避免采用不同類型的結(jié)構(gòu)進行拼寬，即異剛度拼接設(shè)計。同剛度拼寬設(shè)計可有效減少新老橋間縱向及橫向位移差，進一步保證橫向接縫的使用壽命。

三是盡量設(shè)計拼寬橋與老橋各自獨立，單獨受力，上部構(gòu)造弱連接或不連接，下部構(gòu)造不連接。拼接部分應(yīng)當(dāng)避免與原結(jié)構(gòu)共同受力。

四是考慮到窄橋抗傾覆性能較弱，需保證拼寬橋橋?qū)挷恍∮?m。拼寬橋在起終點處可設(shè)置跳臺，跳臺處需設(shè)置安全措施，防止機動車撞擊跳臺端頭處的防撞墻。

五是新橋伸縮縫需與老橋伸縮縫平面位置對齊，且采用相同類型的伸縮縫，可保證新老橋聯(lián)長一致。如因地面道路設(shè)置等限制條件，無法保證相同聯(lián)長，建議拼寬新建橋聯(lián)長不得超過老橋，盡量避免新建橋限制老橋縱向自由伸縮。

六是新橋需與老橋采用相同的支座體系，保證新老橋縱橫向變形一致。

七是拼接橋梁需保證橋路配合，拼寬橋應(yīng)與原橋縱橫坡保持一致。

八是拼寬新建橋梁需采用老橋道路中心線展開縱斷及橫斷設(shè)計，根據(jù)實測標高擬合老橋縱斷及橫斷面，通過調(diào)整鋪裝調(diào)平層厚度保證新老橋橋面縱橫向平順。

九是拼寬新建橋的基礎(chǔ)形式原則上采用樁基礎(chǔ)，可盡量減少施工過程中對老橋基礎(chǔ)的影響。當(dāng)?shù)鼗鶙l件較好時，也可采用與原橋相同的基礎(chǔ)形式，但應(yīng)考慮樁底壓降或者地基處理等方式保證施工期及成橋后減少結(jié)構(gòu)沉降的措施。

十是當(dāng)拼接新老結(jié)構(gòu)均為摩擦樁時，拼接部分新橋樁長應(yīng)比原有老橋樁長長[3]。

結(jié)語

本文介紹了既有立交改造的設(shè)計難點及拼寬橋的設(shè)計原則。工程實踐表明，上述拼寬橋設(shè)計原則切實可行，可在改造立交工程中推廣應(yīng)用。同時，建議建設(shè)單位在項目建設(shè)初期應(yīng)結(jié)合遠期規(guī)劃方案，綜合考慮受限因素，分階段實施近期工程，待建設(shè)條件具備后，完善后續(xù)工程，可有效減少改造工程中可能出現(xiàn)的舊橋拆除、舊橋頂升、墩柱接高以及新老橋拼寬等難點工作。