太原解放南路地下空間與高架橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)合設(shè)計

梁 煒

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引 言

隨著我國城市建設(shè)由擴(kuò)張發(fā)展向結(jié)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)變，城市中心和大型交通樞紐用地日趨緊張，而人們出行方式效率和便捷要求日益提高，相應(yīng)要求交通立體化設(shè)計也越來越多。交通立體化設(shè)計，就是多種交通方式在一個平面用地上，通過分層的形式實現(xiàn)不同交通方式的進(jìn)出及轉(zhuǎn)換，人們所熟悉的高鐵樞紐和大型機(jī)場就是交通立體化設(shè)計的典型案例。

機(jī)場和高鐵站這樣的交通樞紐，可以通過平面的精心設(shè)計，將高架系統(tǒng)的橋梁墩柱與地下系統(tǒng)的地鐵站、車庫等地下空間錯位布置。但隨著人們生活水平的提高和消費(fèi)習(xí)慣的改變，城市主要核心商圈、大型醫(yī)院對大規(guī)模的人流、車流的吸引日益突出，地下空間已經(jīng)不得不布設(shè)在道路紅線以內(nèi)的市政橋梁下方，這就帶來了地下空間與橋梁結(jié)合設(shè)計的新問題。本文結(jié)合太原市解放南路高架橋及地下聯(lián)絡(luò)通道工程，詳細(xì)介紹了解放南路高架橋梁與大南門地鐵站至山西醫(yī)科大醫(yī)院聯(lián)絡(luò)通道地下空間的一體化設(shè)計，對地下空間與橋梁結(jié)合設(shè)計的結(jié)構(gòu)平面布置、基礎(chǔ)共同受力計算等問題進(jìn)行詳細(xì)的探討。

1 項目簡介

太原解放南路現(xiàn)狀為雙向四車道道路，在迎澤公園改造以及地鐵1、2 號線換乘站大南門站建設(shè)完成后，為解決迎澤公園和山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院停車及出入問題，解放南路整體提升改造勢在必行。項目具體建設(shè)內(nèi)容包括現(xiàn)狀解放南路地面系統(tǒng)提升改造及新建道路紅線下地下商業(yè)街及停車場兩部分。地面改造將現(xiàn)狀雙向四車道的解放南路提升為雙向六車道的城市主干路，為快速分流過境交通，設(shè)置雙向四車道的高架橋梁。地下空間新建大南門站至山西醫(yī)科大學(xué)的聯(lián)絡(luò)通道（兼做商業(yè)街）及停車場，路線長約1.27 km。該立體交通系統(tǒng)完成后，不僅將極大地增強(qiáng)解放南路的快速通達(dá)和地面疏導(dǎo)作用，還將大南門車站的服務(wù)功能延伸至醫(yī)科大醫(yī)院，是大中城市核心區(qū)交通疏解的典型案例。圖1 為太原解放南路改造立體交通剖面效果圖。

圖1 解放南路改造立體交通剖面效果圖

1.1 地上系統(tǒng)

地上系統(tǒng)包括兩層：地面主干路及高架系統(tǒng)。地面改造北起迎澤大街，終止南內(nèi)環(huán)街，全長約2.44 km，采用雙向六車道，規(guī)劃道路紅線寬度為50 m。為便于地下商業(yè)街出入溝通，人行道上隔一定距離（100 m以內(nèi)）設(shè)置進(jìn)出地下商業(yè)街通道；側(cè)分帶上共設(shè)置3對車庫出入口。解放南路高架橋起點距迎澤大街290 m，跨過南沙河及雙塔西街后距南內(nèi)環(huán)約500 m落地，全長約1.7 km，采用雙向四車道，橋面寬度為17 m。由于條件受限，中間不設(shè)上下匝道，僅服務(wù)過境交通，減少對地面交通的影響。

橋梁全長1.58 km，位于地下空間部分高架橋梁均采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑布置，為與地下空間柱網(wǎng)布置一致，采用縱向標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)間距9 m 的整數(shù)倍布設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為36 m。

1.2 地下系統(tǒng)

地下系統(tǒng)也包括兩層，地下一層商業(yè)街及停車場，地下二層停車場。地下一層商業(yè)街從大南門站至山西醫(yī)科大學(xué)，全長約900 m。地下一層停車場包括醫(yī)院部分及醫(yī)科大學(xué)至南沙河道路紅線內(nèi)部分。沿街按規(guī)范要求設(shè)置出入口，特別是在少年宮、山大醫(yī)院、迎澤公園西門、醫(yī)科大學(xué)等公共人流密集區(qū)。地下商業(yè)街串聯(lián)了大南門地鐵交通換乘樞紐站、少年宮、山大醫(yī)院、迎澤公園、醫(yī)科大學(xué)等，疏導(dǎo)了地面人流的同時，方便了居民的出行；另一方面，地下商業(yè)街兼顧了零售、娛樂、餐飲及住宿等商業(yè)開發(fā)功能。

地下二層從山大醫(yī)院至南沙河。山大醫(yī)院內(nèi)部同樣設(shè)置地下兩層停車場，兩部分停車場相互連通。道路西側(cè)設(shè)置2 對車庫出入口，道路東側(cè)設(shè)置1 對車庫出入口。圖2 為解放南路改造立體交通總體平面布置圖。

圖2 解放南路改造立體交通總體平面布置圖

地下停車場將徹底解決迎澤公園及山西醫(yī)院停車難的問題。地下空間總建筑面積為7.9 萬m2，其中地下一層建筑面積為5.48 萬m2，地下一層商業(yè)街建筑面積為3.42 萬m2，地下二層建筑面積2.42 萬m2。地下車庫停車位約1 047 個，其中地下一層約476個，地下二層約571 個。太原解放南路改造立體分層系統(tǒng)圖見圖3。

圖3 太原解放南路改造立體分層系統(tǒng)圖

1.3 交通流線

車行交通在山大醫(yī)院內(nèi)設(shè)置兩個機(jī)動車入口，兼顧社會車輛和院內(nèi)員工車輛。除了醫(yī)院入口，迎澤公園西大門以南，另設(shè)置一進(jìn)一出兩個出入口，遠(yuǎn)離公園大門避免流線交叉，滿足由南向北車流的停車需要。整個地下一層停車庫的西南角還設(shè)有一進(jìn)一出兩個機(jī)動車出入口，滿足由北向南車流的停車需要。

步行交通除連接地鐵站、山大醫(yī)院、迎澤公園西門外，還設(shè)置21 處地下出入口，平均間距不足80 m，方便行人過街，加強(qiáng)地鐵銜接，凈化地面交通，而且對地下商業(yè)提供便利。圖4 為太原解放南路改造立體交通流線圖。

圖4 太原解放南路改造立體交通流線圖

2 地下空間與橋梁結(jié)合設(shè)計的平面布置

單純的地下空間結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)布置較為自由，重點考慮商業(yè)布局和車位最大化利用。高架橋梁下的地下空間柱網(wǎng)布局還應(yīng)考慮橋梁的跨徑布置?？v向柱網(wǎng)間距為9 m 開間布置，因此，本次高架橋梁采用36 m的標(biāo)準(zhǔn)分跨，保證高架橋橋墩與地下空間立柱在同一平面上。充分利用兩橋墩間6 m 寬的中分帶，設(shè)置天窗或換氣孔等設(shè)施，提高地下商業(yè)街的通行舒適感，消減地下空間壓抑感，為市民提供一個舒適的場所。圖5 為解放南路改造后地面效果圖。

圖5 解放南路改造后地面效果圖

綜合考慮地下商業(yè)街與停車需求及市政管線的布置空間，地下空間擬建寬度為33～36 m。橫向柱網(wǎng)間距布置應(yīng)結(jié)合高架橋梁橫向受力情況綜合考慮，橋墩可以采用單墩加蓋梁形式和雙墩柱形式。采用單墩布置時，橫向柱網(wǎng)間距布置為8.8+8+8+8.8=33.6 m；若采用雙墩柱形式，橫向柱網(wǎng)間距可以布置為12+9+12=33 m，9 m 為高架橋兩橋墩中心距離。商業(yè)街中間通道9 m 柱距，確保行人具有較好的舒適感，滿足購物人群和通過人群不同需求。兩種布置方法在地下空間的使用上都是可行的，平面標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)間距見圖6 和圖7?？紤]到本項目高架橋梁為四車道，為節(jié)約地面空間，采用單墩橋梁模式，如高架橋梁為六車道，可考慮雙墩模式。

圖6 單墩柱標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)平面布置圖

圖7 雙墩柱標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)平面布置圖

當(dāng)然，如果高架橋下方僅僅是地下停車場，無論高架橋為四車道還是六車道，均可以考慮5 m 為高架橋兩橋墩中心間距，跨徑仍為36 m，這樣布置地下停車場橫向柱網(wǎng)間距均為14+5+14=33 m，一排可以停放四輛小汽車，也是十分經(jīng)濟(jì)合理的。

地下商業(yè)街的通道布局不是筆直單調(diào)的直道，而是靈活自然的轉(zhuǎn)折變化。在間斷玻璃天窗灑下的陽光里，商業(yè)街如同一條涓涓山泉在城市的腳下流淌，飄逸灑脫，同時使建筑融入場地，將綠化向建筑地下延伸。立體綠化與建筑的結(jié)合不僅消隱了地下建筑冷漠感，生機(jī)盎然的細(xì)節(jié)也讓人的注意力從天窗頂部巨大的橋梁轉(zhuǎn)移開，從大氣現(xiàn)代的背景場所中營造一道貼合人性、別有洞天的世界。這個立體的建筑成為周圍環(huán)境中的一個有機(jī)組成的部分，以其大氣嶄新的形象有力展現(xiàn)了太原的新發(fā)展。圖8 為商業(yè)街內(nèi)部效果圖。

圖8 商業(yè)街內(nèi)部效果圖

3 地下空間與橋梁下部結(jié)構(gòu)的結(jié)合設(shè)計

為節(jié)省工期，并減少施工對地下空間結(jié)構(gòu)的影響，橋梁采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，雙邊箱布置，橋面寬度為17 m，箱寬3.2 m，懸臂寬為3.4 m，道路中心線處梁高為1.8 m。下部結(jié)構(gòu)采用單獨(dú)立柱加蓋梁形式，橋梁立柱直徑為2.5 m，蓋梁長10 m，高度為1.7 m，蓋梁上支座間距為6.4 m。承臺平面尺寸為8.6 m×8.6 m，下設(shè)5～6 根直徑1.5 m 的鉆孔灌注樁，樁數(shù)及樁長需根據(jù)地下空間與承臺構(gòu)造確定。

下面將地下空間與橋梁下部結(jié)構(gòu)分離和結(jié)合兩種設(shè)計方法進(jìn)行計算和比較。

3.1 地下空間與橋梁下部結(jié)構(gòu)分離設(shè)計

在該項目中，如采用地下空間與橋梁墩柱、承臺和樁基均分離設(shè)計有兩種方法。第一種方法是在地下空間柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)中間設(shè)置孔洞，便于橋梁墩柱從其中穿過，四周需要實體柱或?qū)嶓w墻身，保證框架受力傳遞。第二種方法是地下空間柱網(wǎng)在橋梁墩柱中間設(shè)置沉降縫，在橋梁墩柱的縱向兩側(cè)設(shè)置邊框架，在橋梁墩柱以外用懸挑頂?shù)装褰鉀Q。

無論采用哪種方法，要保證橋梁墩柱的受力直接傳遞至承臺或基礎(chǔ)，地下空間的梁柱均需退讓布置或雙邊框架加布設(shè)沉降縫，對地下空間使用的舒適性、視覺的通透性都造成較大影響。不僅如此，因結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，且設(shè)置沉降縫貼近橋梁墩柱，給地下空間防滲設(shè)計和施工也帶來較大的困難。

本工程如采用分離式設(shè)計，單根橋梁墩柱下布置6 根直徑為1.5 m，長度為45 m 的樁基，樁基工程量為17 200 m3。地下空間還需設(shè)置540 根直徑1.2 m長度20 m 抗浮樁，工程量12 200 m3。

3.2 地下空間與橋梁下部結(jié)構(gòu)結(jié)合設(shè)計

在太原解放南路工程中，采用地下空間與橋梁下部結(jié)構(gòu)結(jié)合的方法，即橋梁墩柱成為地下空間框架柱，橋梁橋墩成為框架的一部分。這樣設(shè)計不僅減少框架柱網(wǎng)、優(yōu)化地下空間舒適性和通透性，而且整個結(jié)構(gòu)融為一體（如圖9 所示），在橋墩處不設(shè)置沉降縫對地下空間整體防滲益處良多。

圖9 橋梁與地下空間結(jié)合設(shè)計斷面圖

由于采用了地下空間與市政橋梁立柱結(jié)合設(shè)計，降低了節(jié)點構(gòu)造的復(fù)雜性，提高了整體結(jié)構(gòu)的剛度，每個橋墩下樁數(shù)由6 根減至5 根。

設(shè)計時除單獨(dú)進(jìn)行了橋梁結(jié)構(gòu)上部計算外，還利用了北京盈建科軟件進(jìn)行了地下空間框架整體受力分析（如圖10 所示），通過適當(dāng)加強(qiáng)橋梁樁基長度，由承載力控制的45 m 加長至55 m，控制橋墩柱沉降，并適當(dāng)加強(qiáng)底板及配筋，提高基礎(chǔ)整體剛度，調(diào)節(jié)橋墩柱與其他柱之間的不均勻沉降。最終布置橋樁沉降約13 mm，與相鄰柱間沉降差約4 mm，沉降差滿足規(guī)范要求。柱網(wǎng)沉降分析圖見圖11。為滿足沉降差要求，橋梁樁基雖然加長，但整體剛度提高樁基數(shù)量減少，樁基工程量為17 500 m3，較分離式只增加1.8%。

圖10 空間柱網(wǎng)模型圖

圖11 柱網(wǎng)沉降分析圖（單位：mm）

地下結(jié)構(gòu)地板厚度為1.5 m，地勘報告揭示解放南路所處位置地下水位較淺，百年抗浮設(shè)計水位較高，除布置一般性工程樁以外，還需一定的抗浮樁，樁徑均為0.8 m，樁長26 m，總樁數(shù)為692 根，抗浮樁工程量9 000 m3，較分離式設(shè)計降低26.2%。

4 結(jié) 語

通過對太原市解放南路地面改造與地下空間的新建工程設(shè)計的探索與實踐，結(jié)合高架橋與大南門地鐵站至山西醫(yī)科大醫(yī)院聯(lián)絡(luò)通道地下空間的一體化設(shè)計，對地下空間與橋梁結(jié)合設(shè)計的結(jié)構(gòu)平面布置、基礎(chǔ)共同受力計算等問題進(jìn)行了設(shè)計論證，使地上地下不同建筑結(jié)構(gòu)物較好地相互協(xié)調(diào)和有機(jī)融合，為研究和開發(fā)城市核心區(qū)地上地下空間資源，完善城市基礎(chǔ)設(shè)施功能，提升城市品質(zhì)提供了有益的參考。