城市全預(yù)制拼裝匝道橋梁設(shè)計(jì)與施工

黃華琪

（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

隨著城市交通的日益發(fā)展，近年來我國(guó)城市高架快速路的建設(shè)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。一些城市在快速路運(yùn)營(yíng)多年后，由于城市區(qū)域功能的拓展，原設(shè)計(jì)的上下匝道已無法滿足交通疏解的需求，需要拼寬新建上下匝道以改善交通條件[1-2]。

不同于公路橋梁的拼寬建設(shè)，市政高架新建匝道往往會(huì)遇到施工場(chǎng)地局促、管線搬遷困難、環(huán)保要求高等問題。因此總結(jié)已有工程案例，研究如何快速、安全、環(huán)保地進(jìn)行匝道橋梁建設(shè)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

1.1 建設(shè)背景

中興路位于上海火車站北側(cè)，是進(jìn)入北廣場(chǎng)的重要通道。新建南北高架中興路下匝道一方面可優(yōu)化南北高架對(duì)地區(qū)的服務(wù)，改善鐵路北廣場(chǎng)區(qū)域地面交通；另一方面可緩解北橫通道天目路立交改造期間新客站附近道路的交通壓力。工程全長(zhǎng)約420 m，其中橋梁全長(zhǎng)約341 m，標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?.25 m（單車道+停車帶設(shè)計(jì)），于2017年6月21日開工建設(shè)，同年12月26日建成通車，預(yù)制拼裝率達(dá)93%以上（見圖1）。

圖1 建成后的南北高架中興路下匝道

1.2 項(xiàng)目特點(diǎn)

1.2.1 環(huán)保要求嚴(yán)格

該工程根據(jù)環(huán)評(píng)報(bào)告和上海類似工程案例，要求做到以下內(nèi)容：

（1）匝道橋梁結(jié)構(gòu)邊線距離居民房?jī)艟嗖恍∮?2 m。

（2）新建工程范圍內(nèi)，全線布設(shè)聲屏障，聲屏障高度為橋面以上6.5 m；且施工期間要求盡可能減少現(xiàn)場(chǎng)澆筑量，減小對(duì)居民生活及周邊交通的影響。

1.2.2 管線制約設(shè)計(jì)

共和新路段既有直徑1.0 m合流污水管，埋深2.65 m左右，另有1.0 m鑄鐵上水管，埋深1.45 m，工程范圍內(nèi)共計(jì)5個(gè)橋臺(tái)橋墩樁基施工對(duì)污水管產(chǎn)生影響，最小凈距2.5 m。

中興路段已實(shí)施直徑2.2 m合流污水管，埋深在4.3 m左右，工程范圍內(nèi)共計(jì)5個(gè)橋墩樁基施工對(duì)污水管可能產(chǎn)生影響，樁基與污水管最小凈距在1.19 m左右。

上述管線由業(yè)主單位牽頭，與管線權(quán)屬部門、管理養(yǎng)護(hù)部門等多次協(xié)調(diào)，考慮管線搬遷的影響范圍、實(shí)施難度、工期及費(fèi)用，均不考慮搬遷，由設(shè)計(jì)單位和施工單位對(duì)管線進(jìn)行保護(hù)（見圖2）。

圖2 工程范圍內(nèi)管線與橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)系圖（單位：m）

1.2.3 場(chǎng)地空間局促

如圖3所示，中興路地處上海市區(qū)核心地段、上海火車站北側(cè)，居住人口密集，交通流量大。

圖3 工程范圍內(nèi)現(xiàn)狀道路條件

共和新路段（與南北高架拼寬段）既有南北高架距離居民房最小凈距14.7 m，為機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道和人行道，工程建設(shè)期間需確保三車道通行及人非的正常通行，最大施工作業(yè)空間約6 m。

中興路段現(xiàn)狀為雙向八車道，其中北側(cè)三車道，南側(cè)五車道。施工期間原則上要求車道數(shù)不變（壓縮車道寬度，取消部分側(cè)分帶）；部分施工作業(yè)時(shí)段，可局部壓縮一個(gè)車道，最大作業(yè)空間約12 m。

同時(shí)，由于南北高架對(duì)上海市交通的重要性，工程拼寬改造實(shí)施期間，應(yīng)維持既有高架雙向六車道通行。

1.2.4 建設(shè)工期受限

為盡可能減小施工期間對(duì)局部及周邊交通的影響，同時(shí)為北橫通道天目路立交改造施工預(yù)留施工時(shí)間，該工程須在6個(gè)月內(nèi)建成通車。

2 匝道橋梁設(shè)計(jì)方案

2.1 總體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)道路條件及南北高架墩位，中興路下匝道橋梁分為拼寬段、跨路口節(jié)點(diǎn)橋梁段及落地匝道段。其中，拼寬段標(biāo)準(zhǔn)橋面寬度5.25 m（一車道）；跨路口節(jié)點(diǎn)橋橋?qū)挒?.15 m（一車道+停車帶），位于曲線半徑60 m的道路平面上；落地匝道段寬7.25 m，位于直線段上，橋梁南側(cè)有直徑2.2 m的合流污水管（見圖4）。

圖4 中興路下匝道總體布置圖

為最大限度地縮短工期，減小施工期間對(duì)周邊居民、地面和南北高架交通及市區(qū)環(huán)境的影響，通過綜合比選：橋梁上部結(jié)構(gòu)全線采用鋼箱梁，分段工廠預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)吊裝焊接施工；下部結(jié)構(gòu)采用帶蓋梁的獨(dú)柱墩，樁基采用鉆孔灌注樁，除樁基承臺(tái)外，下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制拼裝技術(shù)；橋梁防撞護(hù)欄采用鋼護(hù)欄，整體吊裝焊接施工。

2.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)可分段預(yù)制拼裝，現(xiàn)場(chǎng)吊裝重量小、施工靈活性好，可很好滿足中興路下匝道施工作業(yè)空間受限條件，因此該工程上部結(jié)構(gòu)全線采用鋼箱梁。

拼寬段橋墩布置以與現(xiàn)狀橋梁橋墩對(duì)齊為原則。首聯(lián)跨中華新路，老橋既有結(jié)構(gòu)邊距離居民房?jī)艟鄡H14.24 m，而根據(jù)環(huán)保要求，新建結(jié)構(gòu)邊距離居民房最小凈距12 m。因此該聯(lián)根據(jù)道路功能需求，進(jìn)行異形變寬設(shè)計(jì)，橋?qū)挒?.1～5.25 m，同時(shí)為確保車輛右轉(zhuǎn)需求，首墩與南北高架錯(cuò)開布置，單孔跨徑35 m，并設(shè)置3 m挑臂，滿足道路漸變需求。最終首聯(lián)橋采用35 m鋼箱梁+3 m挑臂形式，梁高考慮與老橋剛度匹配，采用2.2 m。

拼寬段采用小挑臂箱梁，一方面可提高拼縫處橋面撓度，與老橋剛度匹配；另一方面有利于增大支座間距，提高橋梁抗傾覆穩(wěn)定（拼橋支座均采用抗拔支座，進(jìn)一步提高橋梁抗傾覆穩(wěn)定）。

跨路口節(jié)點(diǎn)橋位于曲線半徑60 m的道路平面上，且根據(jù)地面交通組織要求，橋梁跨徑不小于48 m，方案采用（35.5+50+35.5）m鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁，跨中及中支點(diǎn)梁高2.2 m，邊支點(diǎn)梁高1.7 m，與拼寬段及落地匝道段對(duì)齊（見圖5）。

落地段根據(jù)臺(tái)后填土高度2.5 m左右確定橋長(zhǎng)，跨徑布置為3×33 m，梁高1.7 m。

圖5 上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)照片

2.3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 樁基設(shè)計(jì)

該工程共和新路及中興路橋梁投影正下方均有管線限制橋梁樁基布置，根據(jù)避讓需要，樁基采用縱向雙排樁設(shè)計(jì)。同時(shí)由于工程環(huán)保要求高，橋面以上聲屏障高度6.5 m，對(duì)橫向單排樁設(shè)計(jì)極為不利，樁頭強(qiáng)度及變形控制設(shè)計(jì)。根據(jù)計(jì)算需求，該工程拼寬段及標(biāo)準(zhǔn)段采用2根1.5 m鉆孔灌注樁（首墩采用2根1.2 m鉆孔灌注樁），跨線曲線50 m鋼結(jié)構(gòu)共和新路主墩因管線限制，采用2根1.8 m鉆孔灌注樁，中興路主墩采用3根1.5 m鉆孔灌注樁。

2.3.2 橋墩蓋梁、橋臺(tái)設(shè)計(jì)

與常規(guī)高架或立交匝道橋墩相比，該工程具有以下特殊性：

（1）橋面以上聲屏障高度6.5 m，橫向抗風(fēng)控制橋墩設(shè)計(jì)。

（2）橋墩采用預(yù)制拼裝技術(shù)，灌漿套筒或金屬波紋管連接要求鋼筋間距大于現(xiàn)澆橋墩鋼筋間距，且一般為單排設(shè)計(jì)，導(dǎo)致相同截面條件下，預(yù)制拼裝橋墩截面承載能力僅為現(xiàn)澆橋墩的60%～80%。

因此該工程橋墩尺寸相對(duì)較大，且考慮模板的一致性，P2～P5、P8～P10 墩尺寸統(tǒng)一為 1.5 m×2.0 m（順橋向×橫橋向），P6、P7墩為曲線中墩，考慮墩高、離心力，以及風(fēng)載較大，橋墩截面尺寸為2.2 m×2.4 m（順橋向×橫橋向）。P1墩考慮上部結(jié)構(gòu)寬2.1 m，采用墩梁固結(jié)，橋墩采用鋼墩，墩底與承臺(tái)采用預(yù)應(yīng)力錨栓連接，橋墩下部填充C40低收縮混凝土。

蓋梁考慮支座布置、受力需求、橋墩鋼筋伸入長(zhǎng)度、景觀效果，采用倒梯形截面，支點(diǎn)高度1.8 m。

橋臺(tái)樁基及承臺(tái)由于避讓合流污水管，與臺(tái)帽臺(tái)身垂直布置。橋臺(tái)同樣采用預(yù)制拼裝技術(shù)（見圖 6）。

3 下部預(yù)制拼裝及拼橋縱縫設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)制拼裝接縫設(shè)計(jì)

3.1.1 接縫連接方式

橋墩預(yù)制拼裝的關(guān)鍵技術(shù)是拼縫的處理，其直接影響橋墩的強(qiáng)度、剛度、耐久性及抗震性能。目前國(guó)內(nèi)橋墩與承臺(tái)、蓋梁連接一般有三種形式：灌漿套筒連接、張拉預(yù)應(yīng)力連接、灌漿波紋管連接[3]。

圖6 下部結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)照片

張拉預(yù)應(yīng)力連接通過采取特殊錨固措施（自鎖式錨具）保證鋼絞線錨固可靠性，相比套筒、波紋管連接，需要張拉預(yù)應(yīng)力，施工工藝復(fù)雜，該工程不采用。

從節(jié)約造價(jià)考慮，可采用承臺(tái)和蓋梁內(nèi)預(yù)埋波紋管的連接方案[4]，但該方案立柱兩側(cè)均需外露1.5 m以上鋼筋，立柱預(yù)制、運(yùn)輸、安裝難度大。因此該工程立柱與承臺(tái)連接方式采用灌漿套筒連接；立柱與蓋梁的連接方式采用金屬波紋管連接，達(dá)到可施工性和經(jīng)濟(jì)性的平衡。

3.1.2 接縫材料

不同構(gòu)件間的接縫材料采用高強(qiáng)無收縮砂漿，砂漿墊層厚度采用20 mm。

3.1.3 套筒及金屬波紋管型號(hào)及錨固長(zhǎng)度

該工程預(yù)制橋墩主筋直徑40 mm。

套筒直徑95 mm，套筒長(zhǎng)度800 mm。金屬波紋管根據(jù)規(guī)范要求，直徑不小于鋼筋直徑+40 mm，采用《預(yù)應(yīng)力混凝土用金屬波紋管》（JG 225—2007）中JBG-80Z金屬波紋管，壁厚0.45 mm，肋高3.15 mm，材質(zhì)為304不銹鋼。波紋管保護(hù)層厚度不小于50 mm，波紋管凈距按1倍管徑控制。

蓋梁內(nèi)波紋管的錨固長(zhǎng)度按不小于30d控制，并盡量伸入到蓋梁另一側(cè)。

3.2 拼橋縱縫設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)階段考慮到南北高架運(yùn)營(yíng)已有近20年，沉降已基本趨于穩(wěn)定，為避免拼寬對(duì)原有結(jié)構(gòu)的影響，該工程縱向拼縫采用結(jié)構(gòu)不連、鋪裝連續(xù)的方案。同時(shí)為避免接縫處鋪裝開裂，拼縫處鋪裝下層采用鋼纖維混凝土，上層采用彈性混凝土。拼縫結(jié)構(gòu)如圖7所示。

實(shí)際施工階段考慮到建設(shè)工期、工程體量、新建工程計(jì)算及實(shí)測(cè)沉降情況，借鑒周家嘴路拼寬縱縫經(jīng)驗(yàn)，鋪裝面層直接采用常規(guī)瀝青混凝土，目前運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好。

圖7 拼寬縱縫設(shè)計(jì)（單位：mm）

4 超近距離管線保護(hù)設(shè)計(jì)

中環(huán)虹梅南路立交樁基施工時(shí)，承臺(tái)正下方有2.0 m污水管通過，污水管與樁基凈距僅1.0 m[5]。樁基施工時(shí)，采用板樁加固的保護(hù)措施，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污水管的變形。該方案保護(hù)措施簡(jiǎn)單高效，方案的成功實(shí)施為合流污水管的保護(hù)提供了參照案例。

為減小樁基施工、承臺(tái)開挖對(duì)地面道路及污水管、上水管的影響，樁基施工前，承臺(tái)周圍用拉森鋼板樁支護(hù)封閉，并施加支撐，近合流污水管側(cè)拉森鋼板樁在施工完成后不拔出，減小施工過程對(duì)管線的影響；鉆孔灌注樁施工時(shí)采用鋼護(hù)筒保護(hù)，可避免鉆孔過程對(duì)污水管的影響；開挖時(shí)采用陡坡開挖，減小開挖范圍。施工過程中，對(duì)管線進(jìn)行變形監(jiān)控（見圖8）。

方案進(jìn)過多輪評(píng)審，并最終實(shí)施，有效避免了施工期間對(duì)污水管的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

中興路下匝道涉及橋梁拼寬、合流污水管保護(hù)、超高聲屏障條件下上下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、全預(yù)制拼裝等設(shè)計(jì)施工問題，且工程位于上海市區(qū)核心地段，交通繁忙，工程協(xié)調(diào)難度大，施工作業(yè)空間小，工期要求緊。該工程通過前期的精細(xì)化設(shè)計(jì)、后期的高效施工組織，采用全預(yù)制拼裝技術(shù)，有序高效地完成了工程建設(shè)，為城市高架拼寬匝道的設(shè)計(jì)施工提供了借鑒。

圖8 管線保護(hù)方案（單位：m）