復雜工況下分離式立交橋改擴建實施方案探討

周澤昶 郭懿 周成 陸國榮

基金項目：國家自然科學基金聯合基金資助項目“岸坡復合生態防護體系與長期服役性能研究”（編號：U2340227）；2020年度第三批廣西交通運輸行業重點科技項目“廣西石漠化地區公路生態修復成套技術研發與應用示范”（編號：XFZ-KY-LYH-20200112）

作者簡介：周澤昶（1981—），碩士，高級工程師，研究方向：交通運輸工程。

文章結合柳南高速公路飛鹿分離式立交橋改擴建工程，通過分析各種比較方案，剖析實施過程中存在的技術問題，并進行過程模擬和優化比選，提出了符合各方訴求和現場實際的解決方案，可為同類型的分離式立交改擴建工程提供技術建議，促進高速公路改擴建工程的發展。

高速公路改擴建；分離式立交橋；復雜地形；小角度交叉；交通導改組織

U448.17A521825

0?引言

由于建設順序存在先后，高速公路和國省干道在路線規劃上不可避免存在諸多交叉點，對于地形平坦、垂直相交的分離式立交橋梁，一般采用直接按照原設計同種結構類型加寬加長，但少數高速公路和國道均需要加寬、且交角過小、同時又受兩側諸多地形地物因素制約的，則需要采取非常規設計方案設計和綜合有效的交通組織保通措施［1-6］。

柳南高速公路是國家“7918”高速公路網泉州至南寧的重要組成部分，是廣西最繁忙的高速公路。經過近二十年的使用，該段道路交通量已趨飽和，將現有雙向四車道全線改擴建為雙向八車道是經濟社會發展的迫切需求［7］。

本文從高速公路橋梁改擴建設計原則出發，分析K1223+010飛鹿大道分離式立交橋在設計、施工階段的方案調整和優化情況，并結合現場問題分析了原方案和各參建方提出的探討方案，認識到該類橋梁改擴建工程推進的首要難題是如何實現舊高速公路和被交路的保通，提出了“拼寬原有舊橋+新建鋼箱梁框架橋+市政改路保通”的綜合解決方案，在分離式立交橋改擴建工程技術分析應用基礎上，進一步總結推廣了小角度交叉的處理措施，以期對類似工程提供更好的技術方案，促進復雜地形下特殊立交橋改擴建的發展。

1?橋梁改擴建設計原則及保通方案

改擴建或多或少會影響原有道路的交通通行，由于本項目是廣西南北大通道，沿線交通源對本項目的依賴性大，因此保證原有高速公路的正常通行是改擴建方案實施的基本前提。實施方案包括兩部分：（1）分離式立交橋本身的橋型方案；（2）實施過程中高速公路主線和被交國道的交通組織保通方案。

1.1?橋型方案遵循的原則

技術可靠原則：根據舊橋特點選擇合適的橋型方案，合理安排建設工序，確保工程質量可靠。

高效快捷原則：橋型方案可快捷高效實施，適應大車流量高速公路改擴建較短的工期需求。

經濟適用原則；橋型方案應切合實際，不盲目追求高技術含量，嚴格控制好建設投資規模。

1.2?保通方案遵循的原則

不中斷交通原則：要求施工期間不中斷原有高速公路主線的交通，保證各個時段的通行，部分拆除、吊裝過程集中分區段實施。

少影響原則：將對柳南高速公路主線和被交路G323國道的交通影響程度減至最小，包括影響長度最小和影響時間最短，在施工期間提供接近原有通行能力的保通方案。

1.3?橋梁改擴建一般性保通實施方案

為保證施工階段四車道通行，結合路面施工交通組織方案，主線橋梁雙側拼寬，新老橋分別改造拼接。拼接過程中半幅通行、半幅施工，老橋寬度24.5 m雙側均加寬8.25 m，新老橋對向四車道通行。

步驟一：新建兩側拼寬橋梁，完成下部及上部結構施工，現澆調平層，設置臨時隔離護欄，并施工一側至臨時橋面，原老橋雙向四車道保持通行（見圖1）。

步驟二：轉移一側交通至新建橋面，雙車道通行，該半幅老橋單向兩車道通行，全斷面短期內雙向三車道通行，對另半幅老橋改造邊梁、加固、頂升等施工，同時將新橋施工至與老橋齊平，完成新老橋拼接，最后整體攤鋪瀝青路面至橋面頂層（見圖2）。

步驟三：半幅橋面整體拼接施工完后，將交通轉至該半幅，雙向四車道通行；完成另半幅新老橋拼接，最后整體施工攤鋪至橋面頂層（見圖3）。

步驟四：拆除臨時護欄，完成附屬設施施工，實現全斷面雙向八車道通行（見圖4）。

2?飛鹿立交橋改擴建原方案及存在的問題

K1223+010飛鹿大道分離式立交橋位于鹿寨縣十里亭村，原有舊橋為1 m×16 m橋式通道，服務G323國道下穿高速公路的交通通行。根據地方規劃，飛鹿立交所處位置的國道將擴建成40 m寬城市大道。因此設計單位將飛鹿立交設計方案確定為將原有橋通拆除后，新建2 m×25 m簡支箱梁橋，橋中心線與G323國道中心線小角度斜交，交角為25°，如圖5所示。此方案通過了項目初步設計及施工圖審查。

該橋施工時在保證高速公路交通正常通行的同時還要保證G323國道的正常通行，兩條道路的交通量都很大，且周圍地形地物限制因素多，交通組織難度大、安全風險高，是項目控制性工程。

根據拼寬原則并結合舊橋特點，飛鹿大道分離式立交改擴建設計為2孔25 m預應力混凝土小箱梁橋，施工橋梁需拆除舊的1孔16 m分離式立交橋。

2.1?飛鹿大道分離式立交橋設計方案

飛鹿大道分離式立交橋拆除后新建的跨徑為2×25 m，橋梁全長121.85 m。考慮地方規劃該段國道即將擴建為40 m寬城市道路，橋梁繼續采用斜交正擺形式，采用柱式橋墩和重力式組合橋臺。

2.2?飛鹿大道分離式立交橋保通導改方案

方案需同時對高速和國道進行交通導改。國道桂林往南寧方向車輛經K1222+806橋通下穿高速公路，通過導改道路實現通行；南寧往桂林方向車輛經K1223+535天橋上跨高速公路，通過導改道路實現通行。高速公路車輛通過線路右側臨時改線實現通行，如圖6所示。臨時導改方案工程數量如下頁表1所示。

根據現場實際踏勘情況，對于國道的交通導改，線路左、右側各存在以下問題：

（1）線路右側的導改線路較長，且沿線電線桿分布密集，桿線走向錯綜復雜，并有兩處高壓線鐵塔。同時，鹿寨縣實驗中學圍墻距離線路較近，改路面臨巨大的拆遷壓力。由于本項目工期較短，前期拆遷工作進度緩慢，一直無法取得有效突破，嚴重影響后續施工的正常開展。

（2）線路左側改路繞行線路更長，工程量大，占用大量耕地，且國道通往天橋的路線迂回，天橋寬度較窄，難以實現大規模分流國道的車流量。

3?擬實施方案比選分析

由于原方案對高速公路和國道進行交通導改所需征地無法解決，各參建方結合各責任單位意見，開始對橋型設計和交通導改方案進行優化研究。

各有關責任單位的意見主要有以下幾個方面：

（1）在高速公路正式開工后，處于設計階段的國道拓寬工程建設單位出示了最新批復的斷面圖，強調高速公路擴建必須留夠40 m寬紅線、雙向六車道通行的市政道路標準橫斷面，如下頁圖7所示。

（2）國道管養單位明確提出，該段國道是縣城主要北上通道，交通量特別大，高速公路改擴建要保證群眾正常出行不受阻，實施雙向交通中斷的封閉施工方案是絕對不允許的。

（3）緊鄰高速主線右側的某行政單位提出，作為占用其用地的補償條件，方便人員和車輛日常出行，要求在高速公路右側平行建設一條行車道為2 m×4 m、人行道為2 m×1.5 m，總寬度為11 m，長約350 m的道路，能緩解國道改路交通管制期間的擁堵。

結合以上意見，本著“安全施工、安全通行、控制工期”原則，經過多次會議協調，研究提出以下方案。

方案一：將高速公路改路由右側調至左側，同時為保證國道通行安全，方便新建橋梁施工，將新建橋梁沿高速公路大里程方向整體平移29.58 m，其他結構形式保持不變，平移后0#～1#墩跨中心線與現有橋通中心線重合，如圖8所示。

方案調整后的施工順序：

（1）優先施工兩側拼寬范圍內的橋梁樁基下構和橋梁兩側拼寬路基，同時根據工期合理規劃施工導改道路。

（2）導改道路施工完成后，高速公路交通通過導改道路實現通行，國道交通通過現有橋通正常通行，挖除高速公路進行1#～2#墩臺樁基、下構及上部結構施工。

（3）完成后將國道交通通過1#橋梁和1#～2#墩之間位置進行導改，封閉現有大橋交通，形成封閉施工空間。完成施工后進行拆除，同時施工高速公路范圍內0#橋墩的樁基和下構，最終完成上部結構施工，實現新建橋梁雙向八車道通行。

（4）拆除高速公路導改臨建的道路及橋梁，恢復國道原有道路通行。

方案二：優化K1223+535十里亭汽車天橋的設計方案，在該天橋實現國道雙向通行，同時在高速公路左側進行改路。然后將高速公路改路由右側調至左側，新建橋梁保持原設計結構和位置，如圖9所示。

方案調整后的施工順序：

（1）提前進行K1223+535十里亭汽車天橋新建施工，同時施工左側國道改路和兩側拼寬范圍內橋梁樁基下構以及高速公路拼寬路基。

（2）完成后，國道交通通過導改實現通行，進行G72高速公路左側改路，通過導改實現通行。

（3）挖除高速公路原有橋通，進行新建橋梁的下部結構、上部結構施工，完成后實現新建橋梁雙向八車道通行。

（4）拆除導改道路，恢復國道的交通通行。

方案三：將新建橋梁沿大里程方向整體平移29.58 m，其他結構形式不變，平移后0#～1#墩臺跨中心線與現有橋通中心線重合。然后對橋梁進行單側加寬兩車道。由于左側地勢平坦開闊，擬對高速公路左側再加寬兩車道，由雙向八車道變更為雙向十車道，其中右幅四車道，左幅六車道，將高速公路交通導改到左幅外側新增加的兩車道上，如圖10所示。

方案調整后的施工順序：

（1）首先施工兩側拼寬范圍內的橋梁樁基下構和橋梁兩側高速公路拼寬路基。

（2）將高速公路導改到左幅新增加的兩車道實現通行。待國道交通實現正常通過后，挖除臨建道路，進行1#、2#墩臺樁基、下構及上部結構施工。

（3）將國道交通導改到1#、2#墩臺中間的施工便道上實現通行，同時封閉原有橋通進行拆除施工，然后施工高速公路范圍內的0#臺樁基和下構，最終完成上部結構施工，實現新建橋梁的雙向十車道通行，恢復原有國道通行。

方案四：為分指揮部提出的加長兩側橋長方案，即把1～30 m橋加長至兩側可以兩車道通車、從而把高速公路和二級路改線均取消。

經設計院布設加長橋后，發現由于受新橋斜交正擺的影響以及線型指標問題，兩側臨時改線的兩車道能收進來的距離并不大，且右側加長距離比較大，無法完全貼合舊路，相當于做了兩條高速公路改線，其中左側主線橋加長的部分已經覆蓋了高速公路臨時改線的導改橋。右側則會侵入學校用地，征地實施困難（如圖11所示）。因此，該方案雖具備可實施性，但并不是最優方案。

方案五：路政等單位提出不拆舊橋、抬高高速路縱坡越過舊橋做新橋，社會車輛繞行兩個互通收費口，即黃冕出口下、鹿寨出口上的繞行方案。

后經設計院研究，該方案已直接排除，原因是該路段主線設計速度為120 km/h，按照路線設計規范最大縱坡為3%、最小坡長為300 m核查，該橋前后100 m范圍內有2道蓋板涵，前后300 m有4道蓋板涵，前后500 m有5道蓋板涵和1座天橋。新橋罩住舊橋至少抬高3 m（包括梁厚2.2 m+橋面鋪裝0.2 m+將來拆除舊橋需預留的0.5 m托運空間），抬縱坡會增加上述結構物恒載及降低天橋凈空，舊涵蓋板承載力無法得到保證，因此該方案技術上不可行。

在深入分析比選以上五種方案后，結合以往施工經驗和工期要求，各方推薦方案一作為拆除新建和交通導改的實施方案。

4?最終的橋型設計、交通組織和施工方案

將變更橋型方案為2孔16 m，先拼寬舊的16 m飛鹿大道分離式立交橋，再在舊橋附近新建一孔16 m橋通供市政道路使用，同時增設11 m寬市政改路輔助施工期間國道通行，如圖12所示。

4.1?最終的新橋設計方案

橋梁設計起點樁號為K1222+991，終點樁號為K1223+086，全橋長94.585 m，橋面寬41.0 m。橋梁上跨G322國道，橋軸線與該公路成25°交角，橋梁上構進行斜交正做，如圖13所示。

考慮橋下采光需要，采用兩種不同形式的橋臺相連，即實體臺與柱式臺并排。橋跨由兩孔組成，小樁號側的一孔跨徑為1 m×16 m，采用舊橋拼寬設計，上部構造為預應力混凝土空心梁，每側橋梁拼寬16片梁，全橋共32片梁，濕接縫寬40 cm，下部構造采用柱式墩臺和重力式實體臺，明挖擴大基礎。大樁號側的一孔跨徑為1 m×15.5 m，采用現澆鋼筋混凝土箱型框架橋，明挖基礎。如下頁圖14所示。

橋梁防震設計按Ⅶ度設防，橋臺要求復合地基容許承載力≥350 kPa，框架橋地基容許承載力要求≥220 kPa。舊橋拼寬部分局部地基承載力不足時，采用素混凝土樁地基處理達到設計要求后，再進行下一道工序，如下頁圖15所示。

擴建后橋下凈空≥5.0 m，由于原橋凈空僅4.5 m，為保證凈空滿足要求，橋下道路進行降坡改路處理，框架橋分段根據橋梁施工組織進行調整。

4.2?最終的交通組織方案

本著“保施工首先保通車、保通車服務于保施工”的要求，在擴大基礎開挖及下構施工時，采用分段封閉法施工，具有將作業區域與既有高速公路立體分離，保證國道行車安全要求，可減少對既有國道影響時限等優點，如圖16～18所示。

待下部構造全部施工完畢后，拆除國道所有導改設施，恢復國道全斷面12 m路基寬度范圍。

4.3?最終的施工組織方案

辦理完涉路施工許可手續后，對國道與施工區域進行隔離封閉式和基坑開挖穩定防護施工，施工流程如圖19所示：

舊橋拆除：依次拆除護欄、防拋網、鋪裝層等上部結構，人工解除梁體橫向聯系，起重機吊拆除梁體，然后再拆除背墻、鋼筋混凝土墩臺帽、墩臺身和基礎等下部結構（見圖20）。

新橋新建：將柳南高速公路進行全封閉分流即下穿國道改道后，樁基采用旋挖鉆、沖擊鉆等成熟快速工藝成孔。承臺基坑采用機械開挖+局部人工修正方式。為提高橋梁結構整體性，墩身采用泵送混凝土入模一次澆筑完成，運梁車運至待安裝部位后采用120 t架橋機進行安裝（見后頁圖21），臺背回填完成后，拆除棧橋，恢復交通（見后頁圖22）。

5?結語

通過分析柳南高速公路飛鹿分離式立交橋改擴建的現場實施條件，研究比選了多種實施方案的可行性，揭示了多重因素制約下大車流量高速公路與國道小角度交叉的分離式立交橋改擴建過程中出現的技術問題，提出了“拼寬原有舊橋、新建鋼箱梁框架橋分流、輔以市政改路保通”的新型解決方案，進一步推廣拓展了橋梁改擴建應用技術，并給出了一些針對該類方案實施的建議，歸納總結如下：

（1）橋型結構設計方案不但要質量可靠、安全實用、還須結合現場條件和制約因素綜合考慮，使設計方案能順利落地，具備施工可操作性。

（2）改擴建工程施工期間的保通非常重要，需要詳細制定既能保證施工順利進行、又能讓社會車輛安全正常通過的交通組織方案，讓改擴建的高速公路和被交叉國道均保持交通通暢有序。

（3）對于靠近縣城的分離式立交橋，在滿足基本使用功能基礎上，要盡可能考慮地方經濟社會發展需求，采取技術措施預留足夠的下穿空間。

［1］JTG B01-2020，公路工程技術標準［S］.

［2］JTG D60-2015，公路橋涵設計通用規范［S］.

［3］JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范［S］.

［4］JTG/T L11-2014，高速公路改擴建設計細則［S］.

［5］JTG/T L80-2014，高速公路改擴建交通工程與沿線設施設計細則［S］.

［6］張世平.考慮施工交通組織的橋梁改擴建方案設計——滬寧高速公路（江蘇段）擴建工程［J］.中外公路，2008，28（2）：202-206.

［7］廣西交通設計集團有限公司.廣西柳州（鹿寨）至南寧高速公路改擴建工程兩階段施工圖設計［Z］.2016.