城市互通立交橋梁預制結構設計注意點

馬蕊

摘 要：互通立交是打通城市大動脈的交匯點的主要方法。交匯點快速便利的互通又是保證城市交通快捷高效運行的關鍵。互通立交的快速化施工又是加快交匯點早日互通的關鍵。合理利用預制結構是解決互通立交快速施工的主要方式。故互通立交預制結構合理的設計方案，是互通立交快速、高效、合格服役的前提。

關鍵詞：城市互通立交設計;預制結構;設計要點;設計與施工結合

中圖分類號：U442.5 文獻標識碼：A

1 總體設計

立交橋全稱立體交叉橋，是城市重要交匯點建立的上下分層、多方向行駛、互不相擾的現代化陸地橋;立交橋種類有單純式跨線橋，簡易式立交橋;還有互通式立交橋主要有喇叭型互通式立交，苜蓿葉式，多枝交叉式。隨著城市的發展，為了加快交通通行效率和緩解交通壓力，城市高架交匯點或者重要主干道高速交匯處一般通過立交實現互通。本文主要討論互通式立交，以上海市濟陽路（盧浦大橋—閔行區界）快速化改建工程2標工程為例。工程北起濟陽路、華夏西路交叉口，南至閔行區界，全長3 163.928 m，規劃紅線寬45 m～60 m。包含濟陽路主線和濟陽路與外環S20四向互通立交，以下簡稱S20立交。S20立交設計內容包含：新建及改建外環線8條立交匝道，其中拆除現狀LA苜蓿葉匝道，新建SW匝道，匝道全長727.243 m;拆除現狀LB苜蓿葉匝道，新建ES匝道，匝道全長804.304 m;拆除重建NE（現狀LC匝道）匝道北側起橋段，新建匝道全長313.788 m;拆除重建WN（現狀LD匝道）匝道北側落地段，新建匝道全長316.534 m;新建WS匝道（現狀RA匝道），匝道全長228 m;新建SE匝道（現狀RB匝道），匝道全長192.5 m;新建EN匝道（現狀RC匝道），匝道全長175 m;新建NW匝道（現狀RD匝道），匝道全長125 m，立交匝道一般寬度為8.5 m～9.5 m。

S20立交上部結構形式有鋼混組合梁、鋼箱梁、預應力預制小箱梁。見圖1結構平面布置圖。下部結構為現澆混凝土獨柱墩，樁基采用鉆孔灌注樁。以下討論本項目各種預制結構在設計中需要注意的地方。

2 上部結構-預制小箱梁設計注意點

預制小箱梁由于具有較大的截面抗扭強度、抗彎強度，結構簡單合理，設計經驗成熟等優點，能夠很好地滿足高等級道路行車高速、平穩、舒適的要求，是一種較為先進的結構型式。而且小箱梁可工廠化生產，施工便捷快速，節約工期，對周邊環境影響小，在全國各地的城市高架中被廣泛應用，上海也在多個工程中采用了小箱梁結構。本項目S20匝道跨徑不大于30 m的標準段上部結構采用預制小箱梁結構。設計時需要注意匝道的彎曲、橫坡、縱坡等道路總體因素對結構布置的影響。

2.1 彎道影響

小箱梁結構位于曲線段匝道時需要注意彎道對結構的影響，順橋向布置原則是以直代曲，挑臂調整外緣線。由于匝道橋標準寬度基本在7.5 m～9.5 m之間，布置2片～3片小箱梁即可，濕接縫和挑臂的長度范圍有限，平面布置時要先明確主梁間距，再調整挑臂長度，局部挑臂長度超限可以通過計算挑臂承載力，增加鋼筋布置，小箱梁挑臂長度盡量不要超過1 m，局部大于1 m可以適當增加挑臂鋼筋也能通過計算，但是挑臂尺寸小，除了自身鋼筋還需布置防撞預埋鋼筋，混凝土振搗難度大，所以盡量不增加鋼筋布置以免影響小箱梁施工質量。

2.2 坡度影響

立交匝道橋會同時存在橫坡、縱坡、邊坡、超高的問題。其中橫坡對小箱梁布置影響比較大，小箱梁布置一般以結構中線和道路中心線的交點為基準來定位。如果不考慮橫坡，小箱梁結構中心線在頂平面和底平面上的投影是重合的，但是考慮橫坡后，小箱梁結構中心線在頂底平面上的投影會有偏差。如圖2所示，匝道斷面考慮2%的橫坡，小箱梁結構中心線在頂底面上的偏差為32 mm。如果設計時不注意此細節，以道路中心線與結構中心在頂面的位置為基準設計下部結構，施工時小箱梁有可能吊裝不進去，或者是一側擋塊頂住，沒有活動空間。

匝道橋一般縱坡較大，小箱梁還需要進行梁端垂直度修正和梁長修正，梁底支座墊板一般需要同時考慮橫坡和縱坡的影響。以上數據需要提供給小箱梁預制加工廠，保證構造準確。

2.3 擋塊與支座布置影響

蓋梁上擋塊內邊線應該與小箱梁腹板邊線斜率一致，保證箱梁與擋塊間距上下一致。布置兩片小箱梁的匝道，建議在小箱梁外側布置擋塊即可。S20立交9.5 m寬匝道布置3片小箱梁，為保證每片箱梁的在地震作用下不落梁，每片梁之間均設置擋塊。以這種方式布置擋塊就需要注意擋塊與小箱梁之間的間距適當大些，因為箱梁吊裝施工時會存在誤差，這種擋塊布置已經把箱梁位置限定住，需要預留一定的施工誤差距離，否則會存在箱梁吊裝不進去或者一側頂住擋塊的情況。同時需要注意中間擋塊高度不能太高，需要考慮小箱梁之間支點處濕接縫橫梁的施工需要一定的空間。至少留布置模板的高度，如圖2所示，中間擋塊與小箱梁濕接縫之間留30 mm距離。

前面提到由于橫坡的影響，小箱梁中心線隨著高度的變換會有偏差，支座布置時需要以箱梁底板支座中心為何為準，同時施工時需要注意，由于小箱梁底板寬度小（一般為1.5 m），還需要布置兩個支座，支座類型的選擇很重要，不要為了方便，全部小箱梁結構統一選擇偏大型號的支座，這樣小箱梁底板布置不下兩個支座，即使能布置下，剩下的空間也很小了，會影響梁底墊板與支座焊接，因為沒有操作空間。這樣長期下來會導致支座受力不均勻，影響小箱梁結構受力和使用壽命，存在安全隱患。

3 上部結構-預制鋼梁設計注意點

由于具有結構自重小、跨度大、梁高小、施工快捷方便、外形可塑性強等優點，鋼板箱形梁是工程中常采用的結構形式。S20立交在匝道與主線交匯的喇叭口處采用鋼箱梁結構（見圖1示）。此處結構為異型結構，鋼箱梁比較容易做成此種異型結構。設計異型鋼箱梁需注意箱子變寬處的分室和加勁肋布置。分室的縱梁從橋墩橫梁處起始，變寬段額外增加的縱向加勁從橫梁或橫隔板處起始。結構計算要采用空間計算模型。支座盡量布置在橫梁與縱梁交叉點處。

4 上部結構-鋼混組合梁設計注意點

鋼-混凝土組合梁同混凝土梁相比，可以減輕結構自重，減小地震作用，減小截面尺寸，增加有效使用空間，節省支模工序和模板，縮短施工周期，增加梁的延性等。同鋼梁相比，可以減小用鋼量，增大剛度，增加穩定性和整體性，增強結構抗火性和耐久性等。S20立交考慮快速化施工，和節約造價，30 m以上跨徑的標準段匝道采用鋼混組合梁。

雖然鋼混組合梁相較于混凝土梁和鋼梁有獨特的優點，但是在匝道設計中還是需要結合實際施工現場實際情況來考慮鋼混組合梁在互通立交中的使用范圍。當互通立交的匝道跨越既有道路時，且次道路交通繁忙，不可能封閉供跨線匝道施工，此跨線處選用鋼混組合結構不是最合適的。原因如下：（1）既有道路交通繁忙，不可能封閉交通施工。（2）組合梁吊裝完成后，現場還需要支模澆筑混凝土，增加施工工序和施工周期，也增加了施工難度和安全隱患，間接增加施工費用，那采用組合梁不一定是經濟的。考慮上述原因，即使鋼混組合梁相較于鋼梁有造價低的優點，但是在匝道跨既有道路的那部分是否采用鋼混組合結構需要深化比較，采用鋼結構梁或許更為合理。S20立交工程量大，整體采用組合梁結構是經濟合理的，只是就單獨跨線橋這部分在設計時可以細化比較哪種結構更經濟高效。

5 下部結構-預制蓋梁、立柱、承臺

由于S20立交施工工期緊張，需要快速化施工。原設計方案考慮下部結構也采用預制結構，但最后施工方案并沒有采用預制下部結構，還是采用常規的現澆混凝土結構。主要原因是：（1）現場施工影響因素較多，導致跨徑和上部結構不能同意采用同一種結構。（2）上部結構跨徑和種類不同，而且橋面寬度也不同，導致下部結構種類較多。（3）下部結構種類較多，不具備標準化生產規模，如果采用預制結構，會造成模板利用率低，也會導致預制結構種類多管理混亂，容易出錯，可能會造成安裝錯誤，費工、費時、費錢。故互通立交下部結構不太適用預制結構。但是預制下部結構還是有很多優點，在高架主線標準段可以大量利用，會大大提高施工效率和減小施工對周邊環境的影響。

5.1 過渡墩設計

過渡墩為兩種上部結構變化處的橋墩。由于上部結構的不同，梁高、橫坡、支座布置、梁底寬度都不相同。故匝道過渡墩構造設計相對復雜，設計時首先要找好定位點;其次要雙向設計，即不同上部結構對應側都要詳細畫出構造圖;第三上下部結構圖需要在圖紙上預拼裝，即細部與總體統一，上下部結構要對應上，不要存在碰撞或漏項問題;第四要主要方向的不同，不同方向對應的結構布置，橫坡，彎道朝向都不同;第五要注意偏心設置，在考慮偏心的情況下，結構定位要準確;第六上部結構或下部結構調整是一定要把對應的結構一并調整;最后再次復核支座位置、中心線定位、擋塊、橫坡、標高是否一一對應。

6 結語

中國城市化快速發展，交通先行。互通立交是解決城市重要道路快捷互通的主要方式，重要性不言而喻。故合理互通立交的設計方案是一座合格互通立交的前提和關鍵。施工時為了盡可能小的影響現狀道路的交通和周邊環境，預制結構是互通立交主要考慮的結構形式。互通立交工程量大，在設計時不但要考慮總體設計控制因素，還需要注意設計與施工現狀結合，預制結構尤其要注意細部與整體對應。