基于互通式立交工程設(shè)計(jì)與施工研究

許立言

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000）

0 引言

衡陽(yáng)地處湖南省中南部，衡陽(yáng)城區(qū)橫跨湘江，是湖南省及中南地區(qū)重要的交通要塞，更是中南地區(qū)重要的工業(yè)城市[1]，衡州大道自東向西貫穿于衡陽(yáng)市全境，向上連接武廣高鐵、向下連接潭橫高速[2]，衡州大道的落成，不僅完善了衡陽(yáng)市交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且極大地緩解了東西交通壓力，促進(jìn)了東區(qū)與市中心的聯(lián)系，符合衡陽(yáng)市東拓南移發(fā)展思路[3]，有效地帶動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。衡州大道西外環(huán)為衡陽(yáng)市外環(huán)路西段，是規(guī)劃的城市主干道衡州大道與現(xiàn)狀城市主干道西外環(huán)路的交叉點(diǎn)，是衡陽(yáng)市西南部的大門，對(duì)完善城市交通路網(wǎng)意義重大。

1 衡州大道西外環(huán)互通式立交工程

1.1 工程概況

衡州大道位于衡陽(yáng)市中部地區(qū)，衡州大道為東西向貫穿衡陽(yáng)市的交通性主干道，跨越城中心，向東與衡陽(yáng)新火車站連接，向西連接潭衡西高速公路匝道，連接了多個(gè)城市片區(qū)。西環(huán)路為衡陽(yáng)市外環(huán)路西段，是衡陽(yáng)市內(nèi)外交通主要的疏散、匯集通道，西外環(huán)互通式立交是衡陽(yáng)西部大型交通流分散節(jié)點(diǎn)之一，是衡陽(yáng)市西南部的大門，地理位置重要，立交工程范圍如下：

南北向西外環(huán)：K0+185～K1+480，路線總長(zhǎng)度為1.295 km；

東西向衡州大道：K0+020～K1+200，道路總長(zhǎng)度為1.18 km；

衡州大道與西外環(huán)交叉點(diǎn)坐標(biāo)：X=74 856.666，Y=44 786.098。

1.2 立交選型

該路口是衡州大道與西外環(huán)路相交形成的十字型交叉口，是城市道路網(wǎng)的重要組成部分，承擔(dān)著全市性骨干交通運(yùn)輸?shù)墓δ?，立交西北象限、東南象限用地受到較大限制，東北象限、西南象限主要為農(nóng)耕地，相對(duì)較為空曠，是立交匝道集中布置的良好區(qū)域。

在城市總體規(guī)劃和城市道路網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，按照路網(wǎng)規(guī)劃要求，本著交通一體化發(fā)展戰(zhàn)略，設(shè)計(jì)方案要具有較為完善的交通功能，適宜的服務(wù)水平和適度的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與之相匹配的交通流量，主次分明，與此同時(shí)在充分考慮周邊相關(guān)建設(shè)條件的影響，滿足有橋梁結(jié)構(gòu)工程充分利用的同時(shí)，最大程度降低對(duì)現(xiàn)狀鐵路運(yùn)營(yíng)的干擾，綜合考慮設(shè)計(jì)兩種方案。方案一為對(duì)角象限布設(shè)的兩條苜蓿葉環(huán)形匝道和兩條半定向左轉(zhuǎn)匝道構(gòu)成的組合形完全互通式立交，方案二采用對(duì)角象限布設(shè)兩條苜蓿葉環(huán)線匝道和一條半定向左轉(zhuǎn)匝道加一條迂回式左轉(zhuǎn)匝道組合形成的完全互通式立交。

方案一和方案二進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩者都能夠滿足交通需求，都能確保衡州大道、西外環(huán)路兩條主線交通無(wú)交叉、無(wú)交織的快速、順暢運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)，總體交通功能完善，平面線形靈活、舒展，線形標(biāo)準(zhǔn)較高。兩個(gè)方案主線的分、合流口完全按照右出、右進(jìn)的方式設(shè)計(jì)，符合交通運(yùn)行的習(xí)慣，交通安全性較高，避免了立交東北象限多層居民樓、西北象限衡陽(yáng)酒廠車間、市中藥飲片廠倉(cāng)庫(kù)拆遷，保證了西外環(huán)路既有跨線橋的完全利用。不同之處：方案一A、F、B、G匝道上跨湘桂鐵路，其中B匝道與湘桂鐵路夾角最小為37°，立交空間對(duì)稱，出入口形式對(duì)稱；方案二匝道上的分合流口F、G為左出左進(jìn)，H匝道為左出右進(jìn)，E匝道為右出左進(jìn)，A、B、C、D均為右出右進(jìn)，共有4種方式，保證了西外環(huán)路跨線橋的完全利用，A、F、B、G匝道上跨湘桂鐵路，其中B匝道與湘桂鐵路夾角為25°，E匝道為迂回式匝道，F(xiàn)匝道為半定向匝道，因此空間不對(duì)稱，匝道出入口形式較多，匝道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，車流在匝道的行駛時(shí)間較長(zhǎng)，衡州大道主線為保證E匝道上跨時(shí)凈空滿足要求，K0+200處設(shè)置豎曲線，使E匝道提前分流后開(kāi)始上坡，K0+720處上跨衡州大道，K0+500的西邊主線下挖2 m左右，對(duì)兩側(cè)街坊鄰居標(biāo)高的銜接有較大影響，場(chǎng)地填方量比方案一小0.56萬(wàn)m3，H匝道縱斷面線形起伏較大，對(duì)行車及視距不利。從工程規(guī)模上來(lái)看，方案一規(guī)模大，橋梁總面積大，工程投資大，但占地小，為195 861 m2，方案二工程規(guī)模小，橋梁總面積小，工程投資小，但占地大，為203 561 m2。

綜上所述，從立交方案整體布局、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、立交總體交通功能、立交用地與拆遷、立交景觀效果、對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)和沿線居民出行等方面綜合分析，推薦采用立交總體方案一。

2 設(shè)計(jì)與施工

2.1 道路平、縱、橫斷面設(shè)計(jì)

平面設(shè)計(jì)主線區(qū)域內(nèi)衡州大道規(guī)劃的平面線形為兩條直線，在西外環(huán)橋下用不到1°的小偏角將兩條直線相連。根據(jù)城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)時(shí)速60 km，1°小偏角的曲線長(zhǎng)為350 m，滿足規(guī)范要求，圓曲線半徑將達(dá)到3 000 m，對(duì)主線交通安全構(gòu)成威脅，給施工放線造成影響?；谛∑俏鬟呏骶€兩側(cè)有大量廠房，東邊為農(nóng)耕地，南側(cè)靠近湘桂鐵路，盡量避免拆遷及盡可能少占用可開(kāi)發(fā)利用的土地，將西邊的直線向東延伸430 m，通過(guò)半徑2 000 m的圓曲線與規(guī)劃線位相接，線位向南偏移3.5 m，調(diào)整后衡州大道平面在西外環(huán)以西與規(guī)劃線位一致，以東通過(guò)調(diào)整滿足規(guī)范要求并且在立交設(shè)計(jì)范圍內(nèi)與規(guī)劃線位對(duì)接，東邊向南最大偏移3.5 m，調(diào)整范圍為西外環(huán)向東600 m。西外環(huán)路為既有道路，基本維持現(xiàn)狀不動(dòng)，在立交工程范圍內(nèi)設(shè)置有半徑為1 000 m的平曲線。

西外環(huán)南口下衡州大道的左轉(zhuǎn)匝道采用前半段與西環(huán)路主線橋梁并行跨過(guò)衡州大道后通過(guò)苜蓿葉環(huán)行匝道接入衡州大道，環(huán)行匝道圓曲線半徑為45 m，緩和曲線最小長(zhǎng)度為50.00 m；西外環(huán)北口下衡州大道左轉(zhuǎn)匝道與南口左轉(zhuǎn)匝道對(duì)稱，環(huán)行匝道圓曲線半徑為45 m，緩和曲線最小長(zhǎng)度為54.306 m；衡州大道東口左轉(zhuǎn)上西外環(huán)的匝道采用半定向匝道上跨衡州大道和西外環(huán)最終與衡州大道西口右轉(zhuǎn)向西環(huán)路南口的匝道匯流進(jìn)入西環(huán)路南口，匝道由兩個(gè)圓曲線夾一條直線組成，最小圓曲線半徑為150 m，緩和曲線最小長(zhǎng)度為53.125 m；衡州大道西口左轉(zhuǎn)上西環(huán)路的匝道與東口上西環(huán)路匝道對(duì)稱布置，最小圓曲線半徑為180 m，緩和曲線最小長(zhǎng)度為38 m；四條右轉(zhuǎn)匝道圓曲線最小半徑為70 m，緩和曲線最小長(zhǎng)度為38.219 m。四條匝道上跨湘桂鐵路與湘桂鐵路夾角最小度數(shù)為37°。

縱斷面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)維持西外環(huán)楊柳大橋現(xiàn)狀，位于第二層。衡州大道西邊存在廠房，維持322國(guó)道標(biāo)高不變，東邊場(chǎng)地低洼，可以適當(dāng)降低高程，但應(yīng)與兩邊場(chǎng)地標(biāo)高相協(xié)調(diào)，達(dá)到利于以后場(chǎng)地開(kāi)發(fā)的目的，整個(gè)衡州大道主線位于第二層。由于受南邊湘桂鐵路正線影響，所有進(jìn)出西外環(huán)南口的匝道均需上跨湘桂鐵路，考慮到鐵路凈空限制，衡州大道東口至西外環(huán)南口的左轉(zhuǎn)匝道考慮上跨西外環(huán)后再跨鐵路與衡州大道西口向西外環(huán)南口的右轉(zhuǎn)匝道匯入再進(jìn)入西外環(huán)，位于第三層。衡州大道西口至西外環(huán)北口的左轉(zhuǎn)匝道可上跨衡州大道和西外環(huán)后與衡州大道東口至西外環(huán)北口的右轉(zhuǎn)匝道匯流再匯入西外環(huán)，布置在第三層，也可以下穿西外環(huán)再上跨衡州大道，布置在第二層。衡州大道主線最大縱坡0.554%，最小坡長(zhǎng)170 m，匝道大于4%的坡有4處，最小坡長(zhǎng)152 m，最小凹型豎曲線半徑為800 m，最小凸型豎曲線半徑為510 m。

橫斷面設(shè)計(jì)，主線西外環(huán)現(xiàn)狀橫斷面布置為：0.5 m（土路肩）+12.0 m（機(jī)動(dòng)車道）+3.0 m（中央分隔帶）+12.0 m（機(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（土路肩）＝28.0 m，匝道分單向單車匝道和超車道單車道匝道兩種。單向單車道匝道路面凈寬度為7 m，路基寬度為8.5 m。設(shè)超車道的單車道匝道路面凈寬度為8 m，路基寬度為9.5 m。衡州大道機(jī)動(dòng)車道采用直線型路拱橫坡，統(tǒng)一為2%坡向外側(cè)，人行道采用直線型路拱橫坡，統(tǒng)一為1.5%坡向機(jī)動(dòng)車道。匝道采用單面坡坡向外側(cè)，坡度為2%，設(shè)置超高時(shí)旋轉(zhuǎn)軸采用匝道內(nèi)側(cè)路緣帶中心線，超高橫坡及漸變率按照規(guī)范取值[4]。

2.2 路基工程

基邊坡坡率采用1∶1.5填方，挖方路基邊坡率采用1∶1。鑒于衡州大道為城市主干道，兩側(cè)土地遠(yuǎn)期為城市開(kāi)發(fā)用地，故邊坡防護(hù)充分考慮到近遠(yuǎn)期結(jié)合因素，一般低挖填方路段盡可能不用或少用永久性防護(hù)方式，考慮右轉(zhuǎn)匝道外側(cè)路基盡可能少占公共用地，采用擋墻防護(hù)。匝道內(nèi)側(cè)考慮工程造價(jià)盡可能降低，采用放坡形式進(jìn)行邊坡防護(hù)。填挖方高度小于3 m路段，邊坡防護(hù)采用噴播植草防護(hù)，高度在3～5 m之間，邊坡防護(hù)采用三維網(wǎng)噴播植草防護(hù)，大于5 m，采用骨架噴播植草防護(hù)。路基邊坡匯水面較小的路段，不設(shè)排水邊溝，雨水漫流流向周邊農(nóng)田魚塘。路基邊坡匯水面較大的路段路基段設(shè)置臨時(shí)土質(zhì)排水邊溝，減少永久防護(hù)的廢棄，降低工程造價(jià)。

2.3 橋梁孔跨布置和橋型

經(jīng)比較，簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)體系比連續(xù)梁體系在造價(jià)上略為便宜，但簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)都有一共同缺點(diǎn)，即無(wú)法避免的橋墩蓋梁結(jié)構(gòu)，雖然小箱梁T梁通過(guò)牛腿支點(diǎn)、倒T蓋梁等技術(shù)措施以減小蓋梁的外露部分，但會(huì)破壞橋梁梁體縱向線形的流暢，且牛腿支點(diǎn)對(duì)今后養(yǎng)護(hù)不利。應(yīng)用蓋梁結(jié)構(gòu)，橫向柱間距較連續(xù)梁大，橋下空間利用率降低，不利于城市土地的儲(chǔ)備和利用，對(duì)城市發(fā)展不利。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)雖造價(jià)相對(duì)較高，但能適應(yīng)各種平面線型和橋?qū)挼淖兓?，整個(gè)高架線形流暢、協(xié)調(diào)，外形美觀，符合衡陽(yáng)發(fā)展的要求。由于空心板、T梁和小箱梁配套的橋墩均采用蓋梁，結(jié)合下部結(jié)構(gòu)以及土地利用等方面進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)比較，連續(xù)箱梁在造價(jià)方面的劣勢(shì)則越發(fā)不明顯。目前，連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越多地應(yīng)用在城市立交橋中，特別是景觀要求較高的立交橋，已普遍采用連續(xù)箱梁形式[5]。綜上所述，推薦匝道橋標(biāo)準(zhǔn)段采用等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁方案。

2.4 匝道橋上部結(jié)構(gòu)

湘桂鐵路跨線橋合計(jì)四聯(lián)，為使兩側(cè)混凝土梁高一致，鋼箱梁梁高取1.6 m。懸臂梁采用焊接工字梁結(jié)構(gòu)。一般部位頂板、底板、腹板厚度均為14 mm，支點(diǎn)處板厚加厚至20～24 mm，鋼材材質(zhì)為Q345qC。橋面采用正交異性板結(jié)構(gòu)，縱肋采用U型肋，間距500～600 mm。橫隔板平均間距3 m，為方便節(jié)段間現(xiàn)場(chǎng)施焊，橫隔板上布置有進(jìn)人孔。底板縱肋采用U型肋，縱肋間距700～800 mm。箱梁頂、底面設(shè)單向橫坡，由于梁底縱坡的變化，放置支座墊板予以調(diào)整，保證支座的水平放置。鋼箱梁兩端設(shè)封端隔板，方便鋼箱梁養(yǎng)護(hù)。

西外環(huán)跨線橋合計(jì)兩聯(lián)，分別為F匝道（27.7+50+27.7 ）m和E匝道（22.3+50+47.506）m，箱梁梁高2 m，采用等高單箱雙室斜腹板截面，頂寬9 m，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度均為2.25 m，懸臂梁采用焊接工字梁結(jié)構(gòu)，鋼材材質(zhì)為Q345qC。箱梁其他構(gòu)造與湘桂鐵路跨線橋基本一致。

2.5 橋下部結(jié)構(gòu)

橋墩均位于地面上，采用常規(guī)方法施工樁基，放坡開(kāi)挖施工承臺(tái)，鋼模分節(jié)施工墩身。門式墩蓋梁施工時(shí)需搭設(shè)梁式支架，施工前湘桂線為非電氣化鐵路，蓋梁施工期間需保證5.5 m的凈空要求。

鋼箱梁沿橋梁縱向分為若干個(gè)節(jié)段，為工廠制造。節(jié)段長(zhǎng)度由工廠根據(jù)道路運(yùn)輸條件、吊裝能力、施工場(chǎng)地布置等條件進(jìn)行調(diào)整，而節(jié)段劃分位置在設(shè)計(jì)許可的條件下設(shè)計(jì)，為減少現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，保證焊縫的質(zhì)量，應(yīng)盡量減少節(jié)段數(shù)。鋼箱梁節(jié)段在工廠制造完成后，經(jīng)特殊的運(yùn)輸車輛運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)起吊設(shè)備按相應(yīng)節(jié)段順序架設(shè)至臨時(shí)支架上，調(diào)整節(jié)段高程、平面線形及節(jié)段間距，確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接連成整體，然后進(jìn)行外涂裝防護(hù)，拆除臨時(shí)支架。最后進(jìn)行鋪設(shè)鋼筋混凝土層、橋面鋪裝層，安裝伸縮縫等附屬結(jié)構(gòu)工程。

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁和鋼筋混凝土箱梁采用滿布支架法施工，支架由建筑用鋼管或其他鋼制桿件搭設(shè)而成，支架基礎(chǔ)根據(jù)箱梁自重和地基條件進(jìn)行硬化處理。為保證梁體混凝土的施工質(zhì)量，支架按1.2倍的箱梁自重進(jìn)行預(yù)壓，同時(shí)待混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行張拉預(yù)應(yīng)力。

2.6 涵洞、通道工程

立交區(qū)域內(nèi)的水系主要為灌溉用的溝渠，布置的涵洞為過(guò)水涵洞，全立交共設(shè)立一處涵洞，涵洞布置情況為：衡州大道主線K0+750處設(shè)置一道4*2 m蓋板涵，涵長(zhǎng)44 m，與衡州大道主線夾角15°。通道的布設(shè)主要考慮人行道及非機(jī)動(dòng)車道通行，于H匝道布置了一孔通道，樁號(hào)HK0+767，孔跨布置為5*2.5 m，通道長(zhǎng)10 m。

3 總結(jié)

衡州大道規(guī)劃為東西向貫穿衡陽(yáng)市的交通性主干道，對(duì)完善城市交通網(wǎng)絡(luò)意義重大，西外環(huán)互通式立交作為衡州大道重要的交通節(jié)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)優(yōu)劣，對(duì)于城市交通網(wǎng)的影響重大。據(jù)此，該文在論述西外環(huán)互通式立交概況的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比分析，確定互通式立交施工方案，并對(duì)施工各主要方面進(jìn)行闡述，為后期互通式立交工程設(shè)計(jì)與施工提供依據(jù)。