南浦大橋W 3匝道大修工程設計

郭強

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

0 項目背景

《上海市推進國際金融中心建設條例》明確上海金融發展布局應圍繞“一城一帶”展開，其中“一城”指陸家嘴金融城，“一帶”即指外灘金融集聚帶。隨著宏觀政策支持明確細化、世博會的成功舉辦及浦江兩岸開發的深入，外灘金融集聚帶面臨著極大的發展建設機遇。根據建設外灘金融集聚帶和打造世界級濱水公共開放空間核心區的總體規劃目標，該區域的環境品質和人文景觀都有很高的要求。

中山南路南浦大橋W 3上匝道位于外灘金融集聚帶的核心區域，西側為黃浦區目前在建規模最大的董家渡金融城開發項目，東側為待開發的南外灘濱水區和南浦地塊。由于歷史原因，中山南路西側南浦大橋W3上匝道在原設計、建設時預留了一段平坡段，供內環線從浦西接入。因此，這段匝道長度較長，向北延伸至董家渡路交叉口。

如今，隨著城市的建設發展，內環線從浦東方向形成閉環，W3上匝道的預留口已無實際用處。另一方面，中山南路地下通道新建工程董家渡路出口與現狀W3上匝道位置有沖突，需對W3上匝道進行改造。

由于W3匝道浦西接口的棄用，使這段匝道具備縮短條件，不僅可以避免與中山南路地下通道出口產生沖突，而且對提升董家渡金融城和南外灘濱水區整體景觀品質、為相鄰地塊開發提供更為便利的交通環境非常有利。因此，南浦大橋W 3上匝道實施大修工程恰逢其時，十分必要，且具備可行性。

1 工程概況

南浦大橋W3匝道大修工程范圍包括W3匝道20#墩～34#臺段280 m橋梁、臺后接坡擋墻段、匝道兩側地面主道和輔道路面維修等。維修內容包括項目范圍內橋梁、路基、路面、安全設施、交通監控、電氣工程、排水工程等。圖1為工程地理位置圖。

圖1 工程地理位置圖

2 建設條件

2.1 用地現狀及道路

南浦大橋W3匝道位于外灘金融集聚帶內的南外灘地區。根據黃浦區規劃土地管理局的規劃，地區規劃用地面積為48.6萬m2，建筑面積為149萬m2。其中保留的用地面積和建筑面積分別占23%和29%。

該地區尚有待改造的各類舊房約47萬m2，共需動遷居民約1.14萬戶，包括4個政府土地儲備項目及部分新一輪舊改居項目。圖2為南外灘地區現狀之實景。

圖2 南外灘地區現狀之實景

南浦大橋W3匝道建成于上世紀九十年代，接地點距董家渡路約50 m，終點接入南浦大橋浦西主引橋。W3匝道為雙車道設計，匝道橋面寬度為9.55 m，上部結構為空心板梁。原設計此匝道預留為內環高架一部分，于董家渡路口落地，落地段有100 m懸臂式擋土墻段。匝道由南向北為4%向下縱坡，在多稼路北側設五跨平坡，長度100 m。（匝道共34墩，平坡為22-26墩，詳見圖4）。

2.2 軌道交通

地鐵4號線區間位于南浦大橋上、下匝道之間，地鐵盾構邊距現狀上匝道平面投影約1.5 m~2 m。改造后承臺及樁基距離4號線盾構區間分別約3.5 m及4.1 m。工程改造范圍與4號線較為接近，需要采取措施考慮施工期間4號線的保護，降低工程實施對4號線的影響。

4號線修復段采用明挖法施工，基坑開挖深度約37.6 m，寬度約22 m，為地下五層結構，其中地下一層～三層為車庫，地下五層為4號線區間。采用1.2 m厚地下連續墻作為圍護結構，長度65 m。頂板覆土約4.5 m。

2.3 不良地質

根據擬建場地沿線工程地質及水文地質條件，該工程涉及到的不良地質現象主要有：填土、暗浜、障礙物等。

（1）填土：第①1層填土厚度一般為1.20~2.90 m，主要以回填土夾建筑垃圾為主，局部夾生活垃圾，表層有地坪分布，土質不均，結構性差，為該工程的不良地基土。在路基施工及管道敷設、圍護墻及樁基施工時應采取一定的地基處理措施。

（2）暗浜：暗浜底一般分布浜土（浜底淤泥），工程性質極差，通常在浜土上部分布為浜填土。浜填土多為碎石、雜土組成，結構性差。暗浜浜底淤泥、浜填土均為該工程的不良地基土，對路基施工及管道敷設、樁基施工影響較大，需采取一定的處理措施。

（3）障礙物：擬建工程基本位于現有道路上，兩側為主要居民區、企事業單位等，且橫穿多條街道路口，沿線分布大量管線及建筑物基礎，對圍護墻、管道及樁基施工影響較大。

3 主要技術標準

3.1 道路工程

（1）設計車速

W3上匝道：40 km/h。

（2）凈空

W3上匝道：≥5.0 m。

（3）車道寬度

車道寬度：3.5 m；

側向凈寬：0.50 m（路緣帶0.25 m+安全帶0.25 m）。

（4）橫坡

W3上匝道：1%。

（5）抗震等級

安全等級按一級考慮，按7度抗震設防。

3.2 橋梁工程

（1）設計荷載

汽車荷載：城-A級，2車道。

（2）橋梁寬度

0.775 m（防撞護欄）+8 m（行車道）+0.775 m（防撞護欄）=9.55 m。

（3）平曲線線形、橋面縱坡及橫坡

橋梁平曲線線形、橋面縱坡及豎曲線線形、橫坡等均按道路線形要求設置。

（4）護欄防撞等級：SB級。

（5）環境類別：I類。

（6）抗震設計：

橋梁抗震設防烈度為7度，水平向基本地震動加速度峰值為0.10 g，抗震措施按8度設防。

（7）橋梁設計安全等級：一級。

（8）設計基準期：100 a。

4 工程總體方案

W 3大修工程通過對W3上匝道縱斷面線形的調整實現匝道南移：取消匝道原平坡段，并加大接地段縱坡。對多稼路北側附近接地點間的老橋橋墩、橋跨，以及擋墻進行拆除。

改建后引橋接地點南移至會館街南側，根據縱斷面設計調整對局部路段引橋匝道進行重建，并通過銑刨加罩對新老橋搭接處及引橋接地處進行豎向設計使其與現狀道面接順。圖3為W3匝道大修前對比圖，圖4為大修橋梁立面布置圖。

圖3 W 3匝道大修前后對比圖

圖4 大修橋梁立面布置圖

匝道大修后，W3匝道落地點南移至會館街南側，原擋墻段進行拆除，因此中山南路地下道路南出口匝道在擋墻附近的原拉開段可向西收縮，恢復為標準雙車道斷面，接會館街北側地面道路。通過設置護欄及交通標線等措施實現地面-高架-地道間各向交通組織。

5 工程設計

5.1 道路工程

5.1.1 平面設計

南浦大橋W3上匝道大修段（即工程大修起點至大修后匝道接地點位置）約250 m，平面保持現狀布置，線形為直線，地面主線、橋梁上匝道及地面輔道均設置為雙車道。

大修工程中原匝道拆除段新建為地面道路，新建道路長度約130 m，按原匝道平面線形恢復。

5.1.2 縱斷面設計

取消匝道原平坡段，加大接地段縱坡進而實現匝道落地點向南移。W3匝道大修起點附近對老橋橋面進行銑刨加罩，保證新老橋橋面順接，在銜接處設置一處變坡點，豎曲線半徑2 600 m；在橋梁落地處設置一處豎曲線接地面道路，改造后W 3匝道長度較改造前縮短約150 m。

由于W 3匝道改造橋梁段采用老橋頂升切割橋墩落梁的方案，為滿足橋梁頂升過程中機械最小操作空間的要求，臺后填土高度為2.36 m。

5.1.3 橫斷面設計

該工程僅改造W3上匝道部分路段，故匝道大修段橫斷面與現狀上匝道標準橫斷面保持一致；橫斷面9.55 m=0.775 m（防撞護欄）+0.5 m（側向凈寬 =路緣帶 0.25 m+安全帶 0.25 m）+3.5 m×2+0.5 m（側向凈寬）+0.775 m（防撞護欄）。

5.1.4 路基設計

為消除新建橋臺處新增匝道填土及擋墻荷載對于地鐵四號線的影響，新建段臺后路基超挖一定深度采用泡沫混凝土換填，以保證新建橋頭路基填土不會使地鐵盾構隧道上方荷載發生變化。

5.1.5 路面設計

5.1.5.1 擋土墻內路面結構設計

為減小擋土墻內填土荷載，減少對地鐵四號線的影響，擋土墻內填筑泡沫混凝土。泡沫混凝土填筑高度至路面設計基層，故擋土墻段路面結構設計如下：4 cm瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13）+5 cm中粒式瀝青混凝土（AC-16C）+玻纖格柵+7 cm粗粒式瀝青混凝土（AC-25C）+20 cm貧混凝土基層。

5.1.5.2 新建中山南路地面道路段路面結構設計

原W3匝道部分橋梁拆除后需新建地面道路。為減少對地鐵四號線的干擾，原橋梁承臺及樁基基本保持不動，僅對進入道路路面結構層部分承臺進行切割清理。為克服新建路面下承臺與土基剛柔差異引起的路面病害，以及保護新建道路下的市政管線，新建基層采用連續配筋鋼筋混凝土結構，路面結構設計如下：4 cm瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13）+5 cm中粒式瀝青混凝土（AC-16C）+玻纖格柵+7 cm粗粒式瀝青混凝土（AC-25C）+20 cm連續配筋鋼筋混凝土基層+20 cm級配碎石墊層。

5.2 橋梁工程

5.2.1 舊橋拆除

5.2.1.1 上部結構拆除

破除28號墩至34號墩6跨20 m共960 m2橋面鋪裝、兩側共240 m水泥混凝土防撞墻、每跨9榀共54榀長度為20 m的預應力板梁。

5.2.1.2 下部結構拆除

拆除28號墩至34號墩6跨共7道共計133m3蓋梁、7根共計151 m3立柱。

5.2.2 舊橋頂升

根據降落部分的結構型式的實際情況，該降落工程采用以下兩大步驟的降落方案。

第一步：對21#~27#墩采取斷柱降落，對28#墩采取直接降落板梁，21#～28#整體降落、分步到位，連接墩柱的降落工藝。

第二步：對20#~27#墩采用在板梁下部蓋梁上放置超薄千斤頂，實施同步頂升，更換支座。

5.2.3 橋梁結構

5.2.3.1 上部結構

根據工程施工工期緊的特點，上部結構仍保留原結構，采用頂升技術將其整體降落至設計標高位置。

由于縱坡的變化，對在頂升過程中引起的橋面連續縫、伸縮縫及防撞欄桿的局部破損進行修復處理。

5.2.3.2 下部結構

28#墩位置需改建成新建橋臺結構。

新建橋臺承臺基礎利用原28#墩承臺基礎，原28#墩立柱及蓋梁切割移除。橋臺臺身現澆新做。臺身與老承臺通過植鋼筋連接。

大修后的27#墩降落施工完成后立柱段高度約40 cm，蓋梁保留，立柱實施連接前應首先對上下截斷面各鑿除一定高度的混凝土，并將立柱新老混凝土結合部分進行表面鑿毛處理，立柱后澆段采用高性能混凝土。

21#~26#墩降落施工完成后，蓋梁保留，立柱進行連接。墩柱在立柱實施連接前應首先對上下截斷面各鑿除30 cm左右高度的混凝土，并將立柱新老混凝土結合部分進行表面鑿毛處理，以利于新老混凝土的連接。立柱后澆段高度包括上下截斷面鑿除高度加100 cm連接段高度。連接段部分采用與原立柱同規格等數量的豎向主筋和箍筋。豎向主筋與立柱兩端露出部分的主筋采用擠壓套筒機械連接。

6 主要難點及技術措施

6.1 老橋頂升利用

6.1.1 主要難點

（1）整體重量較大，總重量超3 000 t，整個頂升體系的反力支撐設置難度大，確保頂升施工安全是該方案的指導性原則。

（2）降落高度最高達5 m，臨時墊塊和降落循環多，對整體穩定性提出了更高的要求，必須確保縱橫支撐體系的牢固、可靠、不失穩。

（3）頂升面積大，在約1 500 m2范圍內實現同步調坡降落，要求橋面不裂、不傾斜，對大面積多點同步控制要求高。

（4）調坡降落，橋面坡度變化較大，在頂升過程中，要針對防止千斤頂承受過大水平荷載采取措施。

（5）在降落過程中，既有整體的斷柱式降落，又有分跨的支座更換，工序復雜，在實施頂升作業時，要求采用多種結構布置形式和操作方式。

（6）在降落過程中，由于橋面在水平方向上的投影長度不斷變化，梁與蓋梁之間會產生不可避免的相對位移，在確保墩柱中心線不變的前提下，必須解決梁端位移引起的力系平衡變化問題。

6.1.2 技術措施

6.1.2.1 降落工藝

該工程斷柱降落部位采用交替式頂升工藝的逆操作，交替式頂升是在頂升過程中，梁體處于兩組千斤頂交替支撐的狀態。兩組千斤頂交替支撐時，梁體位移均處于可控狀態，在每一組支撐狀態下，支撐體系的壓縮量幾乎不產生變化，因而梁體內力也幾乎不產生變化。

6.1.2.2 桁架式托架體系

該工程頂升采用桁架式托架體系，將每個橋墩（臺）的所有鋼支撐通過型鋼連接成桁架式整體結構，并形成裝配式結構，既保證托架體系的整體穩定和安全，同時提高了裝卸容易程度，利于重復使用。

6.1.2.3 限位體系

該工程在每個橋墩位置設置格構式限位裝置，通過墩柱切斷面上段四周樹立的格構裝置卡在降落支撐支架內部，限制住切斷面上段結構，確保墩柱不發生水平偏位；在橋臺臺后位置單獨樹立鋼結構立柱架，限制住從橋面伸出的錨固好的型鋼架，從而防止梁體發生橫向偏位；在橋面每道伸縮縫位置設置牽拉限位裝置，即可防止橋梁梁體的縱向位移，又可調節伸縮縫寬度。

6.2 擋土墻設置

6.2.1 主要難點

改建W3匝道兩側分別為中山南路主路及輔道，由于中山南路主路及輔路交通流量較大，交管部門要求在施工期間不得縮減車道。若匝道落地段采用常規懸臂式擋土墻，外側墻趾開挖時所需施工寬度至少為2~3 m。為滿足交管部門的要求，保障中山南路交通順暢，需對擋土墻結構進行特殊設計。

6.2.2 技術措施

對W3上匝道引橋橋臺至接地點處進行懸臂式擋土墻設計，為了減少基坑開挖寬度，減小施工期間對于中山南路主輔路的交通影響，懸臂式擋土墻取消設置墻趾；為平衡土壓力，保持擋土墻墻身穩定，在兩側擋土墻中間設置拉桿鋼筋，使路基兩側的擋土墻通過鋼筋拉筋連接為整體結構。經計算，擋土墻設計滿足使用需求（見圖5）。

圖5 異形懸臂式擋土墻示意圖

懸臂式擋土墻設計荷載采用城-A級，地震烈度按照7度計算，地基承載力特征值：150 kPa，擋土墻混凝土等級C30。

6.3 橋頭地基處理

6.3.1 主要難點

新建橋臺處有一定填土高度，且位于地鐵四號線上方，若增加荷載，會對地鐵四號線產生較大影響。為保證地鐵結構安全，申通公司要求該工程的實施不能使地鐵盾構隧道上方的荷載產生變化。

6.3.2 技術措施

由于新建橋臺處填土高度增加，為保證盾構隧道上方荷載無變化，該工程采用了泡沫混凝土進行換填，并根據填土高度分段計算出了泡沫混凝土的換填深度（見圖6）。泡沫混凝土內設置金屬網采用Φ6 mm@5.0 cm×5.0 cm鍍鋅鐵絲網。超挖換填的范圍及換填深度見表1所列。泡沫混凝土技術指標如表2所列。

圖6 擋墻下超挖換填泡沫混凝土示意圖（單位：m）

表1 換填泡沫混凝土范圍及深度一覽表

表2 泡沫輕質土主要技術指標表

7 結語

南浦大橋W3匝道大修工程已于2017年8月建成通車。目前，改造后的W3匝道運行平穩，通行高效。該工程具有工期緊，建設條件復雜等特點，工程設計中采用了橋梁頂升、換填泡沫混凝土，以及異形擋土墻設計等特殊技術措施，可為以后遇到同類問題的工程提供參考。