南浦大橋W 3匝道大修工程設(shè)計(jì)

郭強(qiáng)

（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 項(xiàng)目背景

《上海市推進(jìn)國際金融中心建設(shè)條例》明確上海金融發(fā)展布局應(yīng)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(xì)化、世博會(huì)的成功舉辦及浦江兩岸開發(fā)的深入，外灘金融集聚帶面臨著極大的發(fā)展建設(shè)機(jī)遇。根據(jù)建設(shè)外灘金融集聚帶和打造世界級(jí)濱水公共開放空間核心區(qū)的總體規(guī)劃目標(biāo)，該區(qū)域的環(huán)境品質(zhì)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(qū)域，西側(cè)為黃浦區(qū)目前在建規(guī)模最大的董家渡金融城開發(fā)項(xiàng)目，東側(cè)為待開發(fā)的南外灘濱水區(qū)和南浦地塊。由于歷史原因，中山南路西側(cè)南浦大橋W3上匝道在原設(shè)計(jì)、建設(shè)時(shí)預(yù)留了一段平坡段，供內(nèi)環(huán)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(shè)發(fā)展，內(nèi)環(huán)線從浦東方向形成閉環(huán)，W3上匝道的預(yù)留口已無實(shí)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(xiàn)狀W3上匝道位置有沖突，需對(duì)W3上匝道進(jìn)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(chǎn)生沖突，而且對(duì)提升董家渡金融城和南外灘濱水區(qū)整體景觀品質(zhì)、為相鄰地塊開發(fā)提供更為便利的交通環(huán)境非常有利。因此，南浦大橋W 3上匝道實(shí)施大修工程恰逢其時(shí)，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(tái)段280 m橋梁、臺(tái)后接坡?lián)鯄Χ巍⒃训纼蓚?cè)地面主道和輔道路面維修等。維修內(nèi)容包括項(xiàng)目范圍內(nèi)橋梁、路基、路面、安全設(shè)施、交通監(jiān)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(shè)條件

2.1 用地現(xiàn)狀及道路

南浦大橋W3匝道位于外灘金融集聚帶內(nèi)的南外灘地區(qū)。根據(jù)黃浦區(qū)規(guī)劃土地管理局的規(guī)劃，地區(qū)規(guī)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(qū)尚有待改造的各類舊房約47萬m2，共需動(dòng)遷居民約1.14萬戶，包括4個(gè)政府土地儲(chǔ)備項(xiàng)目及部分新一輪舊改居項(xiàng)目。圖2為南外灘地區(qū)現(xiàn)狀之實(shí)景。

圖2 南外灘地區(qū)現(xiàn)狀之實(shí)景

南浦大橋W3匝道建成于上世紀(jì)九十年代，接地點(diǎn)距董家渡路約50 m，終點(diǎn)接入南浦大橋浦西主引橋。W3匝道為雙車道設(shè)計(jì)，匝道橋面寬度為9.55 m，上部結(jié)構(gòu)為空心板梁。原設(shè)計(jì)此匝道預(yù)留為內(nèi)環(huán)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(cè)設(shè)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(hào)線區(qū)間位于南浦大橋上、下匝道之間，地鐵盾構(gòu)邊距現(xiàn)狀上匝道平面投影約1.5 m~2 m。改造后承臺(tái)及樁基距離4號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間分別約3.5 m及4.1 m。工程改造范圍與4號(hào)線較為接近，需要采取措施考慮施工期間4號(hào)線的保護(hù)，降低工程實(shí)施對(duì)4號(hào)線的影響。

4號(hào)線修復(fù)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(jié)構(gòu)，其中地下一層～三層為車庫，地下五層為4號(hào)線區(qū)間。采用1.2 m厚地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，長度65 m。頂板覆土約4.5 m。

2.3 不良地質(zhì)

根據(jù)擬建場(chǎng)地沿線工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，該工程涉及到的不良地質(zhì)現(xiàn)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(zhì)不均，結(jié)構(gòu)性差，為該工程的不良地基土。在路基施工及管道敷設(shè)、圍護(hù)墻及樁基施工時(shí)應(yīng)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(zhì)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(jié)構(gòu)性差。暗浜浜底淤泥、浜填土均為該工程的不良地基土，對(duì)路基施工及管道敷設(shè)、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(xiàn)有道路上，兩側(cè)為主要居民區(qū)、企事業(yè)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(chǔ)，對(duì)圍護(hù)墻、管道及樁基施工影響較大。

3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 道路工程

（1）設(shè)計(jì)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(cè)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(jí)

安全等級(jí)按一級(jí)考慮，按7度抗震設(shè)防。

3.2 橋梁工程

（1）設(shè)計(jì)荷載

汽車荷載：城-A級(jí)，2車道。

（2）橋梁寬度

0.775 m（防撞護(hù)欄）+8 m（行車道）+0.775 m（防撞護(hù)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(shè)置。

（4）護(hù)欄防撞等級(jí)：SB級(jí)。

（5）環(huán)境類別：I類。

（6）抗震設(shè)計(jì)：

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

（7）橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)。

（8）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a。

4 工程總體方案

W 3大修工程通過對(duì)W3上匝道縱斷面線形的調(diào)整實(shí)現(xiàn)匝道南移：取消匝道原平坡段，并加大接地段縱坡。對(duì)多稼路北側(cè)附近接地點(diǎn)間的老橋橋墩、橋跨，以及擋墻進(jìn)行拆除。

改建后引橋接地點(diǎn)南移至?xí)^街南側(cè)，根據(jù)縱斷面設(shè)計(jì)調(diào)整對(duì)局部路段引橋匝道進(jìn)行重建，并通過銑刨加罩對(duì)新老橋搭接處及引橋接地處進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)使其與現(xiàn)狀道面接順。圖3為W3匝道大修前對(duì)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(duì)比圖

圖4 大修橋梁立面布置圖

匝道大修后，W3匝道落地點(diǎn)南移至?xí)^街南側(cè)，原擋墻段進(jìn)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(fù)為標(biāo)準(zhǔn)雙車道斷面，接會(huì)館街北側(cè)地面道路。通過設(shè)置護(hù)欄及交通標(biāo)線等措施實(shí)現(xiàn)地面-高架-地道間各向交通組織。

5 工程設(shè)計(jì)

5.1 道路工程

5.1.1 平面設(shè)計(jì)

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

5.1.2 縱斷面設(shè)計(jì)

取消匝道原平坡段，加大接地段縱坡進(jìn)而實(shí)現(xiàn)匝道落地點(diǎn)向南移。W3匝道大修起點(diǎn)附近對(duì)老橋橋面進(jìn)行銑刨加罩，保證新老橋橋面順接，在銜接處設(shè)置一處變坡點(diǎn)，豎曲線半徑2 600 m；在橋梁落地處設(shè)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(jī)械最小操作空間的要求，臺(tái)后填土高度為2.36 m。

5.1.3 橫斷面設(shè)計(jì)

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(xiàn)狀上匝道標(biāo)準(zhǔn)橫斷面保持一致；橫斷面9.55 m=0.775 m（防撞護(hù)欄）+0.5 m（側(cè)向凈寬 =路緣帶 0.25 m+安全帶 0.25 m）+3.5 m×2+0.5 m（側(cè)向凈寬）+0.775 m（防撞護(hù)欄）。

5.1.4 路基設(shè)計(jì)

為消除新建橋臺(tái)處新增匝道填土及擋墻荷載對(duì)于地鐵四號(hào)線的影響，新建段臺(tái)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(huì)使地鐵盾構(gòu)隧道上方荷載發(fā)生變化。

5.1.5 路面設(shè)計(jì)

5.1.5.1 擋土墻內(nèi)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為減小擋土墻內(nèi)填土荷載，減少對(duì)地鐵四號(hào)線的影響，擋土墻內(nèi)填筑泡沫混凝土。泡沫混凝土填筑高度至路面設(shè)計(jì)基層，故擋土墻段路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

原W3匝道部分橋梁拆除后需新建地面道路。為減少對(duì)地鐵四號(hào)線的干擾，原橋梁承臺(tái)及樁基基本保持不動(dòng)，僅對(duì)進(jìn)入道路路面結(jié)構(gòu)層部分承臺(tái)進(jìn)行切割清理。為克服新建路面下承臺(tái)與土基剛?cè)岵町愐鸬穆访娌『Γ约氨Ｗo(hù)新建道路下的市政管線，新建基層采用連續(xù)配筋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xù)配筋鋼筋混凝土基層+20 cm級(jí)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(jié)構(gòu)拆除

破除28號(hào)墩至34號(hào)墩6跨20 m共960 m2橋面鋪裝、兩側(cè)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(yù)應(yīng)力板梁。

5.2.1.2 下部結(jié)構(gòu)拆除

拆除28號(hào)墩至34號(hào)墩6跨共7道共計(jì)133m3蓋梁、7根共計(jì)151 m3立柱。

5.2.2 舊橋頂升

根據(jù)降落部分的結(jié)構(gòu)型式的實(shí)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(duì)21#~27#墩采取斷柱降落，對(duì)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(duì)20#~27#墩采用在板梁下部蓋梁上放置超薄千斤頂，實(shí)施同步頂升，更換支座。

5.2.3 橋梁結(jié)構(gòu)

5.2.3.1 上部結(jié)構(gòu)

根據(jù)工程施工工期緊的特點(diǎn)，上部結(jié)構(gòu)仍保留原結(jié)構(gòu)，采用頂升技術(shù)將其整體降落至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。

由于縱坡的變化，對(duì)在頂升過程中引起的橋面連續(xù)縫、伸縮縫及防撞欄桿的局部破損進(jìn)行修復(fù)處理。

5.2.3.2 下部結(jié)構(gòu)

28#墩位置需改建成新建橋臺(tái)結(jié)構(gòu)。

新建橋臺(tái)承臺(tái)基礎(chǔ)利用原28#墩承臺(tái)基礎(chǔ)，原28#墩立柱及蓋梁切割移除。橋臺(tái)臺(tái)身現(xiàn)澆新做。臺(tái)身與老承臺(tái)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(shí)施連接前應(yīng)首先對(duì)上下截?cái)嗝娓麒彸欢ǜ叨鹊幕炷粒⒘⒅吕匣炷两Y(jié)合部分進(jìn)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(jìn)行連接。墩柱在立柱實(shí)施連接前應(yīng)首先對(duì)上下截?cái)嗝娓麒彸?0 cm左右高度的混凝土，并將立柱新老混凝土結(jié)合部分進(jìn)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?cái)嗝骅彸叨燃?00 cm連接段高度。連接段部分采用與原立柱同規(guī)格等數(shù)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(jī)械連接。

6 主要難點(diǎn)及技術(shù)措施

6.1 老橋頂升利用

6.1.1 主要難點(diǎn)

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

（2）降落高度最高達(dá)5 m，臨時(shí)墊塊和降落循環(huán)多，對(duì)整體穩(wěn)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(wěn)。

（3）頂升面積大，在約1 500 m2范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步調(diào)坡降落，要求橋面不裂、不傾斜，對(duì)大面積多點(diǎn)同步控制要求高。

（4）調(diào)坡降落，橋面坡度變化較大，在頂升過程中，要針對(duì)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(fù)雜，在實(shí)施頂升作業(yè)時(shí)，要求采用多種結(jié)構(gòu)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(huì)產(chǎn)生不可避免的相對(duì)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(shù)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(tài)。兩組千斤頂交替支撐時(shí)，梁體位移均處于可控狀態(tài)，在每一組支撐狀態(tài)下，支撐體系的壓縮量幾乎不產(chǎn)生變化，因而梁體內(nèi)力也幾乎不產(chǎn)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(gè)橋墩（臺(tái)）的所有鋼支撐通過型鋼連接成桁架式整體結(jié)構(gòu)，并形成裝配式結(jié)構(gòu)，既保證托架體系的整體穩(wěn)定和安全，同時(shí)提高了裝卸容易程度，利于重復(fù)使用。

6.1.2.3 限位體系

該工程在每個(gè)橋墩位置設(shè)置格構(gòu)式限位裝置，通過墩柱切斷面上段四周樹立的格構(gòu)裝置卡在降落支撐支架內(nèi)部，限制住切斷面上段結(jié)構(gòu)，確保墩柱不發(fā)生水平偏位；在橋臺(tái)臺(tái)后位置單獨(dú)樹立鋼結(jié)構(gòu)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(fā)生橫向偏位；在橋面每道伸縮縫位置設(shè)置牽拉限位裝置，即可防止橋梁梁體的縱向位移，又可調(diào)節(jié)伸縮縫寬度。

6.2 擋土墻設(shè)置

6.2.1 主要難點(diǎn)

改建W3匝道兩側(cè)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(guī)懸臂式擋土墻，外側(cè)墻趾開挖時(shí)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(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

6.2.2 技術(shù)措施

對(duì)W3上匝道引橋橋臺(tái)至接地點(diǎn)處進(jìn)行懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)，為了減少基坑開挖寬度，減小施工期間對(duì)于中山南路主輔路的交通影響，懸臂式擋土墻取消設(shè)置墻趾；為平衡土壓力，保持擋土墻墻身穩(wěn)定，在兩側(cè)擋土墻中間設(shè)置拉桿鋼筋，使路基兩側(cè)的擋土墻通過鋼筋拉筋連接為整體結(jié)構(gòu)。經(jīng)計(jì)算，擋土墻設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)荷載采用城-A級(jí)，地震烈度按照7度計(jì)算，地基承載力特征值：150 kPa，擋土墻混凝土等級(jí)C30。

6.3 橋頭地基處理

6.3.1 主要難點(diǎn)

新建橋臺(tái)處有一定填土高度，且位于地鐵四號(hào)線上方，若增加荷載，會(huì)對(duì)地鐵四號(hào)線產(chǎn)生較大影響。為保證地鐵結(jié)構(gòu)安全，申通公司要求該工程的實(shí)施不能使地鐵盾構(gòu)隧道上方的荷載產(chǎn)生變化。

6.3.2 技術(shù)措施

由于新建橋臺(tái)處填土高度增加，為保證盾構(gòu)隧道上方荷載無變化，該工程采用了泡沫混凝土進(jìn)行換填，并根據(jù)填土高度分段計(jì)算出了泡沫混凝土的換填深度（見圖6）。泡沫混凝土內(nèi)設(shè)置金屬網(wǎng)采用Φ6 mm@5.0 cm×5.0 cm鍍鋅鐵絲網(wǎng)。超挖換填的范圍及換填深度見表1所列。泡沫混凝土技術(shù)指標(biāo)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(zhì)土主要技術(shù)指標(biāo)表

7 結(jié)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(yùn)行平穩(wěn)，通行高效。該工程具有工期緊，建設(shè)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，工程設(shè)計(jì)中采用了橋梁頂升、換填泡沫混凝土，以及異形擋土墻設(shè)計(jì)等特殊技術(shù)措施，可為以后遇到同類問題的工程提供參考。