太原解放南路地下空間與高架橋梁結構的結合設計

梁 煒

[同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市200092]

0 引 言

隨著我國城市建設由擴張發展向結構調整轉變，城市中心和大型交通樞紐用地日趨緊張，而人們出行方式效率和便捷要求日益提高，相應要求交通立體化設計也越來越多。交通立體化設計，就是多種交通方式在一個平面用地上，通過分層的形式實現不同交通方式的進出及轉換，人們所熟悉的高鐵樞紐和大型機場就是交通立體化設計的典型案例。

機場和高鐵站這樣的交通樞紐，可以通過平面的精心設計，將高架系統的橋梁墩柱與地下系統的地鐵站、車庫等地下空間錯位布置。但隨著人們生活水平的提高和消費習慣的改變，城市主要核心商圈、大型醫院對大規模的人流、車流的吸引日益突出，地下空間已經不得不布設在道路紅線以內的市政橋梁下方，這就帶來了地下空間與橋梁結合設計的新問題。本文結合太原市解放南路高架橋及地下聯絡通道工程，詳細介紹了解放南路高架橋梁與大南門地鐵站至山西醫科大醫院聯絡通道地下空間的一體化設計，對地下空間與橋梁結合設計的結構平面布置、基礎共同受力計算等問題進行詳細的探討。

1 項目簡介

太原解放南路現狀為雙向四車道道路，在迎澤公園改造以及地鐵1、2 號線換乘站大南門站建設完成后，為解決迎澤公園和山西醫科大學第一醫院停車及出入問題，解放南路整體提升改造勢在必行。項目具體建設內容包括現狀解放南路地面系統提升改造及新建道路紅線下地下商業街及停車場兩部分。地面改造將現狀雙向四車道的解放南路提升為雙向六車道的城市主干路，為快速分流過境交通，設置雙向四車道的高架橋梁。地下空間新建大南門站至山西醫科大學的聯絡通道（兼做商業街）及停車場，路線長約1.27 km。該立體交通系統完成后，不僅將極大地增強解放南路的快速通達和地面疏導作用，還將大南門車站的服務功能延伸至醫科大醫院，是大中城市核心區交通疏解的典型案例。圖1 為太原解放南路改造立體交通剖面效果圖。

圖1 解放南路改造立體交通剖面效果圖

1.1 地上系統

地上系統包括兩層：地面主干路及高架系統。地面改造北起迎澤大街，終止南內環街，全長約2.44 km，采用雙向六車道，規劃道路紅線寬度為50 m。為便于地下商業街出入溝通，人行道上隔一定距離（100 m以內）設置進出地下商業街通道；側分帶上共設置3對車庫出入口。解放南路高架橋起點距迎澤大街290 m，跨過南沙河及雙塔西街后距南內環約500 m落地，全長約1.7 km，采用雙向四車道，橋面寬度為17 m。由于條件受限，中間不設上下匝道，僅服務過境交通，減少對地面交通的影響。

橋梁全長1.58 km，位于地下空間部分高架橋梁均采用標準跨徑布置，為與地下空間柱網布置一致，采用縱向標準柱網間距9 m 的整數倍布設，標準跨徑為36 m。

1.2 地下系統

地下系統也包括兩層，地下一層商業街及停車場，地下二層停車場。地下一層商業街從大南門站至山西醫科大學，全長約900 m。地下一層停車場包括醫院部分及醫科大學至南沙河道路紅線內部分。沿街按規范要求設置出入口，特別是在少年宮、山大醫院、迎澤公園西門、醫科大學等公共人流密集區。地下商業街串聯了大南門地鐵交通換乘樞紐站、少年宮、山大醫院、迎澤公園、醫科大學等，疏導了地面人流的同時，方便了居民的出行；另一方面，地下商業街兼顧了零售、娛樂、餐飲及住宿等商業開發功能。

地下二層從山大醫院至南沙河。山大醫院內部同樣設置地下兩層停車場，兩部分停車場相互連通。道路西側設置2 對車庫出入口，道路東側設置1 對車庫出入口。圖2 為解放南路改造立體交通總體平面布置圖。

圖2 解放南路改造立體交通總體平面布置圖

地下停車場將徹底解決迎澤公園及山西醫院停車難的問題。地下空間總建筑面積為7.9 萬m2，其中地下一層建筑面積為5.48 萬m2，地下一層商業街建筑面積為3.42 萬m2，地下二層建筑面積2.42 萬m2。地下車庫停車位約1 047 個，其中地下一層約476個，地下二層約571 個。太原解放南路改造立體分層系統圖見圖3。

圖3 太原解放南路改造立體分層系統圖

1.3 交通流線

車行交通在山大醫院內設置兩個機動車入口，兼顧社會車輛和院內員工車輛。除了醫院入口，迎澤公園西大門以南，另設置一進一出兩個出入口，遠離公園大門避免流線交叉，滿足由南向北車流的停車需要。整個地下一層停車庫的西南角還設有一進一出兩個機動車出入口，滿足由北向南車流的停車需要。

步行交通除連接地鐵站、山大醫院、迎澤公園西門外，還設置21 處地下出入口，平均間距不足80 m，方便行人過街，加強地鐵銜接，凈化地面交通，而且對地下商業提供便利。圖4 為太原解放南路改造立體交通流線圖。

圖4 太原解放南路改造立體交通流線圖

2 地下空間與橋梁結合設計的平面布置

單純的地下空間結構柱網布置較為自由，重點考慮商業布局和車位最大化利用。高架橋梁下的地下空間柱網布局還應考慮橋梁的跨徑布置。縱向柱網間距為9 m 開間布置，因此，本次高架橋梁采用36 m的標準分跨，保證高架橋橋墩與地下空間立柱在同一平面上。充分利用兩橋墩間6 m 寬的中分帶，設置天窗或換氣孔等設施，提高地下商業街的通行舒適感，消減地下空間壓抑感，為市民提供一個舒適的場所。圖5 為解放南路改造后地面效果圖。

圖5 解放南路改造后地面效果圖

綜合考慮地下商業街與停車需求及市政管線的布置空間，地下空間擬建寬度為33～36 m。橫向柱網間距布置應結合高架橋梁橫向受力情況綜合考慮，橋墩可以采用單墩加蓋梁形式和雙墩柱形式。采用單墩布置時，橫向柱網間距布置為8.8+8+8+8.8=33.6 m；若采用雙墩柱形式，橫向柱網間距可以布置為12+9+12=33 m，9 m 為高架橋兩橋墩中心距離。商業街中間通道9 m 柱距，確保行人具有較好的舒適感，滿足購物人群和通過人群不同需求。兩種布置方法在地下空間的使用上都是可行的，平面標準柱網間距見圖6 和圖7。考慮到本項目高架橋梁為四車道，為節約地面空間，采用單墩橋梁模式，如高架橋梁為六車道，可考慮雙墩模式。

圖6 單墩柱標準柱網平面布置圖

圖7 雙墩柱標準柱網平面布置圖

當然，如果高架橋下方僅僅是地下停車場，無論高架橋為四車道還是六車道，均可以考慮5 m 為高架橋兩橋墩中心間距，跨徑仍為36 m，這樣布置地下停車場橫向柱網間距均為14+5+14=33 m，一排可以停放四輛小汽車，也是十分經濟合理的。

地下商業街的通道布局不是筆直單調的直道，而是靈活自然的轉折變化。在間斷玻璃天窗灑下的陽光里，商業街如同一條涓涓山泉在城市的腳下流淌，飄逸灑脫，同時使建筑融入場地，將綠化向建筑地下延伸。立體綠化與建筑的結合不僅消隱了地下建筑冷漠感，生機盎然的細節也讓人的注意力從天窗頂部巨大的橋梁轉移開，從大氣現代的背景場所中營造一道貼合人性、別有洞天的世界。這個立體的建筑成為周圍環境中的一個有機組成的部分，以其大氣嶄新的形象有力展現了太原的新發展。圖8 為商業街內部效果圖。

圖8 商業街內部效果圖

3 地下空間與橋梁下部結構的結合設計

為節省工期，并減少施工對地下空間結構的影響，橋梁采用鋼箱梁結構，雙邊箱布置，橋面寬度為17 m，箱寬3.2 m，懸臂寬為3.4 m，道路中心線處梁高為1.8 m。下部結構采用單獨立柱加蓋梁形式，橋梁立柱直徑為2.5 m，蓋梁長10 m，高度為1.7 m，蓋梁上支座間距為6.4 m。承臺平面尺寸為8.6 m×8.6 m，下設5～6 根直徑1.5 m 的鉆孔灌注樁，樁數及樁長需根據地下空間與承臺構造確定。

下面將地下空間與橋梁下部結構分離和結合兩種設計方法進行計算和比較。

3.1 地下空間與橋梁下部結構分離設計

在該項目中，如采用地下空間與橋梁墩柱、承臺和樁基均分離設計有兩種方法。第一種方法是在地下空間柱網結構中間設置孔洞，便于橋梁墩柱從其中穿過，四周需要實體柱或實體墻身，保證框架受力傳遞。第二種方法是地下空間柱網在橋梁墩柱中間設置沉降縫，在橋梁墩柱的縱向兩側設置邊框架，在橋梁墩柱以外用懸挑頂底板解決。

無論采用哪種方法，要保證橋梁墩柱的受力直接傳遞至承臺或基礎，地下空間的梁柱均需退讓布置或雙邊框架加布設沉降縫，對地下空間使用的舒適性、視覺的通透性都造成較大影響。不僅如此，因結構構造復雜，且設置沉降縫貼近橋梁墩柱，給地下空間防滲設計和施工也帶來較大的困難。

本工程如采用分離式設計，單根橋梁墩柱下布置6 根直徑為1.5 m，長度為45 m 的樁基，樁基工程量為17 200 m3。地下空間還需設置540 根直徑1.2 m長度20 m 抗浮樁，工程量12 200 m3。

3.2 地下空間與橋梁下部結構結合設計

在太原解放南路工程中，采用地下空間與橋梁下部結構結合的方法，即橋梁墩柱成為地下空間框架柱，橋梁橋墩成為框架的一部分。這樣設計不僅減少框架柱網、優化地下空間舒適性和通透性，而且整個結構融為一體（如圖9 所示），在橋墩處不設置沉降縫對地下空間整體防滲益處良多。

圖9 橋梁與地下空間結合設計斷面圖

由于采用了地下空間與市政橋梁立柱結合設計，降低了節點構造的復雜性，提高了整體結構的剛度，每個橋墩下樁數由6 根減至5 根。

設計時除單獨進行了橋梁結構上部計算外，還利用了北京盈建科軟件進行了地下空間框架整體受力分析（如圖10 所示），通過適當加強橋梁樁基長度，由承載力控制的45 m 加長至55 m，控制橋墩柱沉降，并適當加強底板及配筋，提高基礎整體剛度，調節橋墩柱與其他柱之間的不均勻沉降。最終布置橋樁沉降約13 mm，與相鄰柱間沉降差約4 mm，沉降差滿足規范要求。柱網沉降分析圖見圖11。為滿足沉降差要求，橋梁樁基雖然加長，但整體剛度提高樁基數量減少，樁基工程量為17 500 m3，較分離式只增加1.8%。

圖10 空間柱網模型圖

圖11 柱網沉降分析圖（單位：mm）

地下結構地板厚度為1.5 m，地勘報告揭示解放南路所處位置地下水位較淺，百年抗浮設計水位較高，除布置一般性工程樁以外，還需一定的抗浮樁，樁徑均為0.8 m，樁長26 m，總樁數為692 根，抗浮樁工程量9 000 m3，較分離式設計降低26.2%。

4 結 語

通過對太原市解放南路地面改造與地下空間的新建工程設計的探索與實踐，結合高架橋與大南門地鐵站至山西醫科大醫院聯絡通道地下空間的一體化設計，對地下空間與橋梁結合設計的結構平面布置、基礎共同受力計算等問題進行了設計論證，使地上地下不同建筑結構物較好地相互協調和有機融合，為研究和開發城市核心區地上地下空間資源，完善城市基礎設施功能，提升城市品質提供了有益的參考。