橋梁精細(xì)化設(shè)計(jì)在城市道路快速化改造的運(yùn)用

孫建中

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，人們對(duì)于快速、高效、便捷的出行要求也越來(lái)越高。高架橋梁在城市中被稱為快速路，承擔(dān)著中心城區(qū)對(duì)外快速集散功能和沿線地區(qū)交通服務(wù)功能，促進(jìn)其與各片區(qū)間、重要交通樞紐和高速公路在時(shí)間和空間上的高效銜接，在各大中城市交通路網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用。但是在城市道路快速化改造過(guò)程中往往會(huì)遇到建設(shè)用地緊張，邊界條件苛刻，地下管線復(fù)雜，周邊建構(gòu)筑物多，施工期間交通壓力大等難題。加之現(xiàn)代生活和工作節(jié)奏快，交通流量大，環(huán)保要求高，對(duì)于交通組織和施工作業(yè)提出了更高的要求，進(jìn)而在設(shè)計(jì)階段需要開展更深入的研究和精細(xì)化設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和施工方案，合理選用橋型結(jié)構(gòu)，充分利用現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)物，做到造價(jià)經(jīng)濟(jì)，施工便捷，可以盡快發(fā)揮工程效益，盡量減少施工對(duì)道路交通及周邊環(huán)境的影響。本文以寧波市環(huán)城南路東段（河清路-東外環(huán)路）快速化改造工程為例，詳細(xì)闡述精細(xì)化設(shè)計(jì)在工程建設(shè)中的實(shí)際應(yīng)用和體現(xiàn)，為同類工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況

環(huán)城南路東段（河清路～東外環(huán)路）快速路采用“高架快速路+地面輔道”建設(shè)形式。主線為城市快速路，采用雙向6～8 車道，設(shè)計(jì)速度80 km/h，是寧波市中心城區(qū)東西向中長(zhǎng)距離的快速通道，作為快速路網(wǎng)的重要組成部分，構(gòu)成中心城區(qū)“快速環(huán)路”，以客運(yùn)為主，局部路段兼顧貨運(yùn)；地面輔道為城市主干路，采用雙向4～6 車道，設(shè)計(jì)速度50 km/h，主要服務(wù)于沿線地塊居民出行、貨物運(yùn)輸，以及快速路主線的集散通道。工程總體平面見圖1。

圖1 工程總體平面圖

環(huán)城南路東段（河清路～東外環(huán)路）快速化改造工程西接?xùn)|苑立交預(yù)留的高架跳水臺(tái)，自海晏路以高架快速路形式向東，接現(xiàn)狀跨鐵路橋（落地段抬升改建），跨越盛莫路、盛梅路后落地，與東外環(huán)立交銜接，新建改建橋梁約3.5 km。其中K11+805.46～K12+835.46 區(qū)段為既有鐵路跨線橋改建區(qū)段，其余為新建高架區(qū)段（標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?5.5 m）；工程范圍區(qū)段共設(shè)置3對(duì)平行匝道（標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?.5 m）。沿線跨越河道六處，河道上現(xiàn)狀地面橋兩側(cè)均須拼寬，以滿足地面輔道設(shè)計(jì)要求。環(huán)城南路-東外環(huán)立交區(qū)域新建兩座輔道跨河橋梁（FA 輔道橋、FB 輔道橋）。原環(huán)城南路-東外環(huán)立交EN 匝道部分梁段位于新建地道上方，對(duì)其2 個(gè)中墩托換基礎(chǔ)以避讓新建地道。

2 標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)

城市快速路建設(shè)要求施工快速、便捷和安全，對(duì)道路交通及周邊環(huán)境的影響小，經(jīng)濟(jì)合理并能盡快發(fā)揮工程效益。因此標(biāo)準(zhǔn)段橋梁設(shè)計(jì)原則是工廠化制造，機(jī)械化施工。

2.1 常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)

預(yù)制吊裝是城市高架橋梁廣泛采用的一種快速施工方法。受尺寸及起吊重量限制，城市高架一般采用小箱梁預(yù)制吊裝，預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)成熟，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低，結(jié)構(gòu)剛度較大，抗扭性能較好，梁高適中，適應(yīng)跨徑較大（約25～40 m）。上下部結(jié)構(gòu)可以同步施工，所以能在保證橋梁施工質(zhì)量的前提下，最大限度地縮短現(xiàn)場(chǎng)占用周期。施工方式比較環(huán)保，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交通的影響小，是最經(jīng)濟(jì)、施工速度最快的橋型之一。工廠化預(yù)制的小箱梁質(zhì)量可控，采用的斜腹板線形美觀，符合城市高架的現(xiàn)代感要求。

考慮吊重及運(yùn)輸對(duì)沿線道路、既有橋梁的影響，以及與西側(cè)相接的東苑立交快速化改造工程的相互協(xié)調(diào)性，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)和快速化施工方案綜合比選，環(huán)城南路東段（河清路～東外環(huán)路）快速化改造工程主要采用30 m 左右跨徑小箱梁預(yù)制吊裝工藝。雙向六車道25.5 m 標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)捰? 片小箱梁組成，標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖2。雙向八車道32.5 m 標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)捰?0 片小箱梁組成。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)斷面布置圖（單位：m）

采用預(yù)制小箱梁可以利用環(huán)城南路地面道路作為運(yùn)梁通道，沿線運(yùn)輸條件較好，還可有效利用西側(cè)東苑立交快速化改造工程的預(yù)制場(chǎng)地和機(jī)具設(shè)備。采用架橋機(jī)或汽車吊架設(shè)，充分發(fā)揮其施工快速、便捷和安全的特點(diǎn)，最大限度地降低施工費(fèi)用。

2.2 跨橫向路標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)

主線高架跨越既有橫向道路或河道區(qū)段，布跨40～55 m，已超出小箱梁適用跨徑范圍。設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)支疊合梁一跨跨越，鋼主梁可在工廠制造好后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)吊裝，混凝土面板可以利用架設(shè)好的鋼主梁作為澆筑平臺(tái)和模板。一則減少了對(duì)現(xiàn)狀道路及河道的影響，再者鋼主梁制造可以與下部基礎(chǔ)平行作業(yè)，大大縮短施工工期。

疊合梁標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?5.5 m，采用多箱多室橫斷面設(shè)計(jì)，共有6 片箱梁組成，外側(cè)面與小箱梁對(duì)齊。結(jié)合工程實(shí)際情況，控制每個(gè)鋼結(jié)構(gòu)小箱梁重量在100 t 以下，首選雙汽車臺(tái)吊安裝施工。汽車吊站位靈活，場(chǎng)地進(jìn)出空間要求較小，可適應(yīng)交通擁擠、對(duì)施工環(huán)境要求較高的城市狹長(zhǎng)道路。大規(guī)模采用這種工法后，能有效降低施工成本，體現(xiàn)其綜合效益和競(jìng)爭(zhēng)力。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)段最大化設(shè)計(jì)

總體布置的重點(diǎn)是滿足道路交通功能的同時(shí)，盡量擴(kuò)大高架橋標(biāo)準(zhǔn)段的范圍：

（1）成對(duì)布設(shè)上下匝道

上下匝道受漸變段、加減速車道長(zhǎng)度的影響，每一個(gè)進(jìn)口（或出口）必然造成高架主線一定長(zhǎng)度的漸變段，成對(duì)布設(shè)出入口可把高架橋兩側(cè)的變寬段集中布置，在保證上下出入口數(shù)量的前提下，盡量減少主線高架的變寬段長(zhǎng)度，提高預(yù)制小箱梁的實(shí)施比例。

（2）合理調(diào)整出入口的位置

以平行匝道為例，進(jìn)口道變寬段=漸變段+ 加速車道，出口道變寬段=漸變段+ 減速車道，根據(jù)車道規(guī)模的不同，加速車道長(zhǎng)度一般比減速車道長(zhǎng)80～110 m，即進(jìn)口道的變寬段一般較出口道的長(zhǎng)80～110 m。同時(shí)，考慮到地面道路交織的影響，上匝道（即進(jìn)口道）接地點(diǎn)至平面交叉口距離宜大于80 m，下匝道（即出口道）接地點(diǎn)至平面交叉口距離宜大于150 m。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合上下匝道交織距離、加減速車道、橋梁布跨等因素，出口變寬段宜布設(shè)于進(jìn)口變寬段范圍內(nèi)，提高預(yù)制小箱梁的實(shí)施比例。

（3）主線高架布置盡量減少跨徑種類，提高工廠化預(yù)制效率。

3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

3.1 跨鐵路改建段節(jié)點(diǎn)

為滿足高架道路平縱橫設(shè)計(jì)的要求，既有鐵路跨線橋部分區(qū)段需進(jìn)行抬升或拓寬抬升，以與兩側(cè)新建主線高架銜接?？紤]到盡量減少?gòu)U棄工程量、降低工程改建費(fèi)用、加快施工進(jìn)度、減小對(duì)周邊環(huán)境影響、和施工便捷安全等各方面因素，既有鐵路跨線橋改建方案最大程度地利用老橋結(jié)構(gòu)。

部分區(qū)段橋?qū)捙c改建道路寬度一致，只需抬升以滿足改建后的縱斷面線形要求。原老橋結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支橋面連續(xù)預(yù)制空心板梁，主梁剛度小，連續(xù)縫易損壞，整體性較差，考慮到改建后該區(qū)段快速路通行重載車輛，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性能和耐久性要求較高，將上部空心板拆除，更換為先簡(jiǎn)支后連續(xù)的小箱梁結(jié)構(gòu)。為了減少?gòu)U棄工程量，跨徑布置與老橋空心板一致，以利用老橋樁基及墩柱。此段橋梁改建施工順序?yàn)椋翰鸪喜靠招陌寮吧w梁，接高墩柱，新建蓋梁，再架設(shè)小箱梁，最后施工后澆帶及橋面系，其構(gòu)造見圖3。其中老橋西側(cè)1 號(hào)橋墩及0 號(hào)橋臺(tái)處需進(jìn)行補(bǔ)樁，補(bǔ)鉆的樁基采用樁端注漿。

圖3 老橋改建斷面圖（單位：mm）

有的區(qū)段橋?qū)捈皹?biāo)高均與改建后道路不一致。該段改建需拆除上部結(jié)構(gòu)及墩柱、蓋梁，新建預(yù)應(yīng)力混凝土大箱梁結(jié)構(gòu)。其中Pmz26 及Pmz29 號(hào)墩與老橋墩位重合，利用原老橋4 根直徑1.0m 樁基，再補(bǔ)鉆4 根直徑1.0 m 樁基，補(bǔ)鉆的樁基采用樁端注漿。

為減少工程廢棄量，設(shè)計(jì)結(jié)合工程實(shí)際，最大限度利用老橋樁基：Pmz25-2～Pmz25-13z/Pmz25-14y、Pmz26 號(hào)墩、Pmz29 號(hào)墩完全利用老橋樁基，Pmz25號(hào)墩利用2 根老橋樁基，Pmz25-1 號(hào)墩利用6 根老橋樁基。對(duì)于老橋樁基利用與處理遵循原則如下：

（1）對(duì)于侵入河道五范圍內(nèi)的老橋基礎(chǔ)，將老橋承臺(tái)及樁頭鑿除至規(guī)劃河床底以下0.5 m，以滿足后期河道改造需要。

（2）對(duì)于不予利用且侵入地面道路內(nèi)的老橋基礎(chǔ)，將老橋樁頭鑿除至設(shè)計(jì)路面以下4 m，以降低老橋基礎(chǔ)對(duì)地面道路不均勻沉降的影響。

（3）對(duì)于保留利用的老橋樁基，在承臺(tái)鑿除時(shí)需加強(qiáng)保護(hù)，避免對(duì)樁身造成破壞。仔細(xì)鑿除老樁頂端部分，直至露出密實(shí)的混凝土表面，保證鑿除后的樁頂面嵌入新建承臺(tái)底部150 mm。割除部分露出的樁鋼筋，保證割除后的樁鋼筋伸入新建承臺(tái)底部的長(zhǎng)度不小于1 000 mm，并且掰成喇叭型。保證樁與新建承臺(tái)穩(wěn)固連接。

（4）對(duì)于利用老橋樁基并進(jìn)行補(bǔ)樁的基礎(chǔ)，在小箱梁架設(shè)完畢后應(yīng)擱置一段時(shí)間再進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換施工，以降低新老樁基不均勻沉降影響。

3.2 老橋基礎(chǔ)托換節(jié)點(diǎn)

原環(huán)城南路-東外環(huán)立交EN11～EN15 為4×30 m 單箱單室整體現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋?qū)?.0 m，下部為Y 型獨(dú)柱式橋墩，鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)。部分梁段位于需新建的地道上方，其EN13、EN14 兩個(gè)中墩須拆除以避讓地道，設(shè)計(jì)采用托換基礎(chǔ)的改建方式，即在不影響上部結(jié)構(gòu)的情況下拆除現(xiàn)狀獨(dú)柱式中墩，改用門墩型式（橫向跨越地道）支撐上部結(jié)構(gòu)，見圖4。

圖4 基礎(chǔ)托換斷面圖（單位：mm）

施工的重點(diǎn)與難點(diǎn)在于整個(gè)基礎(chǔ)托換過(guò)程中，原老橋標(biāo)高的監(jiān)測(cè)與控制。設(shè)計(jì)要求梁體變形控制值為3 mm，報(bào)警值為2 mm，老橋橋面標(biāo)高控制目標(biāo)值為比原橋面高3 mm?；A(chǔ)托換主要控制工序如下：

（1）施工新建樁基、承臺(tái)和立柱。

（2）利用原橋墩承臺(tái)搭設(shè)頂升支架。對(duì)頂升支架進(jìn)行預(yù)壓，消除支架間塑性變形。

（3）在頂升支架上，箱梁腹板下安裝千斤頂，進(jìn)行第一次梁體頂升，原結(jié)構(gòu)支座脫離，拆除原支座和擋塊等。

（4）在頂升支架上，箱梁腹板下設(shè)置臨時(shí)支座，千斤頂回油卸載，梁體回落后支撐于頂升支架的臨時(shí)支座上，要求墩頂處橋面控制點(diǎn)標(biāo)高與原橋面標(biāo)高一致。

（5）拆除原橋墩立柱。

（6）施工新建門墩蓋梁和支座墊石。

（7）新建蓋梁強(qiáng)度達(dá)到100%后張拉蓋梁第一批鋼束。

（8）在新建蓋梁上設(shè)置千斤頂，進(jìn)行第二次梁體頂升，頂升支架上臨時(shí)支座脫離。

（9）在新建蓋梁上安裝永久支座，支座進(jìn)行臨時(shí)固定。千斤頂回油，梁體回落支撐于新建蓋梁的永久支座上。

（10）張拉蓋梁第二批鋼束。

（11）新建蓋梁上千斤頂再次頂升，調(diào)整墩頂橋面控制點(diǎn)標(biāo)高（控制目標(biāo)值比原橋面高3 mm），并最終固定永久支座。

（12）拆除原橋墩承臺(tái)及樁基，新建地道。

3.3 跨河道懸澆梁節(jié)點(diǎn)

主線高架跨越河道常規(guī)采用簡(jiǎn)支疊合梁，由于河道七河口寬度超60 m，且現(xiàn)有一座地面橋梁，一跨跨越河道和地面橋的跨徑超70 m，采用單跨簡(jiǎn)支疊合梁已不適用。綜合考慮本工程橋梁總體布置、施工和造價(jià)等因素，設(shè)計(jì)采用45 m+73 m+45 m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.8～4.0 m，按二次拋物線變化，結(jié)構(gòu)外形輕盈，線條優(yōu)美。采用掛籃懸臂現(xiàn)澆、對(duì)稱逐段施工，先邊跨合龍，再中跨合龍，最終形成連續(xù)體系。該方案施工工藝成熟，可避免在河道中搭設(shè)支架，對(duì)河道以及地面道路影響小。

3.4 分合流剪刀叉節(jié)點(diǎn)

為兼顧高架道路與地面道路兩者交通要求，在海晏路與河清路之間設(shè)置“剪刀叉”兩對(duì)平行匝道，其斷面見圖5。在平面上并列布置，上下匝道錯(cuò)開布置，避免高架道路車流的短距離交織運(yùn)行，同時(shí)也使地面交叉口最多只面對(duì)兩根匝道，減輕了地面交叉口的交通負(fù)荷，改善了運(yùn)行情況及服務(wù)水平。

圖5 分合流點(diǎn)剪刀叉斷面圖（單位：m）

4 結(jié)語(yǔ)

城市道路快速化改造是當(dāng)下城市交通建設(shè)的核心內(nèi)容之一，其中橋梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化逐漸成為實(shí)際建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)。橋梁設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，所涉及的專業(yè)知識(shí)極為廣泛，需要從全局出發(fā)，統(tǒng)籌考慮，精細(xì)化設(shè)計(jì)。除了橋梁自身的結(jié)構(gòu)與性能要求外，還要綜合考慮總體布置、橋型選擇、施工工藝技術(shù)與要求，綜合管線設(shè)計(jì)及遷改、施工期間交通組織，與周邊綠化及建筑物的協(xié)調(diào)融合等多方面因素，根據(jù)規(guī)劃和現(xiàn)狀條件，因地施策，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷的優(yōu)化，使橋梁結(jié)構(gòu)不僅安全可靠而且經(jīng)濟(jì)美觀，滿足社會(huì)發(fā)展的需要，取得良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。