城市立交上蓋結構設計與研究

蔡憲棠

（廣州市市政工程設計研究總院，廣東　廣州　510060）

城市立交上蓋結構設計與研究

蔡憲棠

（廣州市市政工程設計研究總院，廣東廣州510060）

結合道路改造及周邊建筑的規劃整合，在城市立交上方建設結構平臺，形成公園綠地或廣場，可使城市用地得到集約化利用，并改善區域環境及品質。介紹鮮有可參照先例的城市立交上蓋結構工程，對這種思路進行了有益的嘗試。本工程規模較大，且目前國內外鮮有可參照的先例，對結構設計思路、相關問題與細節進行探討與總結，以期對城市改造過程中節約集約國土利用，進行類似結構體設計提供參考。

城市立交；上蓋結構；市政改造；設計與研究

1　工程概況及背景

東環高速公路東圃立交位于廣州市區東南部，現狀為半苜蓿葉型立交。2007年9月，高速公路停止收費，納入年票制，道路等級由原高速公路調整為城市快速路。

由于原設計為高速公路，考慮通行收費，東環高速與沿線市政道路的交通轉換均通過集中設置收費站立交形式實現。調整為城市快速路后，仍利用原立交匝道實現交通轉換，致使高速路與市政道路立交匝道繞行嚴重，通行能力低下。同時原有立交周邊范圍逐步城市化，原有立交為配合原收費廣場的設置，占地較寬，對城市用地造成極大的浪費。

鑒于上述狀況，為響應國家節約集約用地政策［1-4］，對東圃立交進行市政化調整改造，使東環高速路與沿線市政路網的交通轉換直接、便捷，提高路網服務水平；同時通過立交改造，為城市發展盤活存量用地。

根據規劃調整及優化設計，立交改造騰挪出了兩塊建設用地，但東西兩側住宅區域被立交主線及多條匝道隔開，不利于集約用地，為減小噪聲污染，提升區域景觀環境，橫跨快速路設置一個大平臺，將東西兩側建筑裙樓連接為一體。平臺上方設計為公園廣場，為市民提供綠化、休閑的空間。

整個上蓋平臺跨越東環高速主線、6條立交匝道及人行道，在地面以上形成長約410 m封閉的6孔隧道，并設有消防坡道，平臺面積近5萬m2。城市立交上方設計這么大規模的上蓋平臺，在國內國際上較為罕見。同時該項目存在單體面積大、蓋下交通復雜、墩柱布置困難、跨徑大且無規律、上部荷載大且多樣化、結構標高尺寸等受限因素多、施工條件復雜，以及通風、消防問題突出等諸多難題。該工程項目的布置效果圖如圖1所示。

2　總體設計

2.1平面布置

本工程沿東環高速主線縱向布置，平面長度與兩側新建建筑物裙樓長度基本相等，約410 m，平面寬度覆蓋整個東圃立交的車行道及兩側人行道部分，且包含東西兩側消防車道范圍，為98～124 m。

圖1　項目布置效果圖

2.2立面布置

為了與兩側新建建筑物裙樓高度上相銜接，同時滿足上蓋下的行車安全和順暢，在立交范圍內的上蓋結構頂標高沿縱向分兩個臺階設計，兩個平臺間以5%坡度連接。上蓋結構底距離地面車行道的距離不僅滿足不小于5 m的行車凈空要求，且要滿足安裝射流風機的要求。

消防車道范圍內從現狀地面起按8%的坡度接至兩側裙樓結構頂標高。人行上平臺除了中部多臺電梯通過小區裙樓上平臺外，在上蓋四個角設置了梯道及電梯通往平臺。東環主線處立面布置示意圖如圖2所示。

圖2　東環主線處立面布置示意圖

2.3橫斷面布置

從橫斷面上看，上蓋工程東西向分別跨越東圃立交E匝道、F匝道、東環高速公路主線、L匝道、I匝道、J匝道及人行道。框架柱布置在東圃立交人行道、綠化帶或路基外側放坡帶上。典型橫斷面示意圖如圖3所示。

圖3　典型橫斷面示意圖

3　結構設計［5，6］

3.1結構體系

本上蓋結構的屋蓋是裝配式預制混凝土箱梁結構，頂面設置現澆層連成整體，箱梁通過支座及錨栓、擋塊與縱向框架梁連接。橫向結構是由簡支預制箱梁和框架梁柱組成的排架體系，橫向的柱距（預制箱梁長度）為10～30 m，橫向柱中心線相互平行布置，墩柱布置在東圃立交人行道、綠化帶或路基外側放坡帶。縱向結構是由框架梁和柱組成的框架結構體系，上蓋結構的柱網在縱向的柱距為10 m、12 m，縱向柱中心連線為圓順的線條。縱向柱之間的墻體起分隔作用，同時與框架梁構成深梁結構承受上蓋荷載，并傳遞給柱和基礎。基礎采用樁基礎，除跨越管線采用雙樁承臺外，其余均采用單樁承臺。

3.2上部結構方案比選

本工程上部綠化荷載較大，跨度相對一般建筑結構大，而受兩側建筑平臺標高及下方道路凈空限制，梁高應盡可能降低，同時需保證下方東環高速主線的正常運營。從經濟性、施工可行性等方面考慮，提出預制小箱梁、預制空心板梁、組合鋼箱梁方案進行比選。

預制小箱梁和預制空心板梁施工期間對地面交通影響都較小，結構耐久性較好，養護方便。空心板梁相對小箱梁可減小部分梁高，但由于本工程梁體跨度大部分都在20～30 m，且荷載較大，經比較小箱梁經濟性較優；且采用小箱梁可極大地減少預制梁的片數，減少工期及投資。

組合鋼箱梁梁高最小，但費用高，且不適于潮濕、污染的環境，后期管養工作較多，對地面交通影響較大。

通過技術經濟比較，上蓋上部結構推薦采用預制箱梁。

3.3下部結構設計

受通行車限界的影響，下部結構的尺寸不能太大，不適宜采用預制橋梁結構常規的柱-蓋梁框架體系，因此將柱之間的鋼筋混凝土墻體與蓋梁、柱形成深梁結構，共同承受上部荷載的作用。這樣處理使結構保持輕巧的同時，承載力大大提高，且整體性也得到了加強。

結構尺寸須考慮深梁、柱、樁基的受力驗算，并結合整體抗震計算，及深梁高寬比等構造要求進行選擇。采用的框架柱采用鋼筋混凝土矩形斷面，框架柱截面尺寸為0.8 m（寬）×1.6 m（長）或0.9 m（寬）×1.6 m（長）；變形縫處框架柱為雙柱結構。順框架梁方向10～12 m設置一個柱，與承臺及框架梁連接為整體。框架梁（蓋梁）采用現澆鋼筋混凝土矩形斷面，截面尺寸1.7 m（寬）×1.25 m（高），設250 mm×150 mm倒角，采用現場澆筑成型。框架柱之間澆筑鋼筋混凝土墻體，墻體根據結構抗剪的要求，厚度從跨中到支點為0.3～0.55 m。

樁基礎采用灌注樁，樁徑根據上部荷載情況采用1.2～2 m。大部分樁基位于東圃立交路基范圍，北側部分軸樁基及框架柱位于東圃高架橋梁中央分隔帶范圍。

4　相關技術問題研究

由于本工程與常規市政項目存在較大差異，在此羅列一些設計過程中的重點及難點，或為確保結構耐久性及使用過程中的安全采取的設計細節，以供參考。

4.1設計規范的選擇

由于工程跨越市政道路，從蓋底功能上類似于隧道，而其結構荷載屬于綠化、景觀及消防車等建筑荷載，因且在規范適用性上存在一定的模糊。經與審查單位溝通，并聽取評審會專家意見，本工程主體工程按照橋隧結構進行設計，執行有關橋隧工程設計規范（建設部頒CJJ系列）。上蓋屋面構造、消防等執行有關建筑工程設計規范（住建部頒GB系列）。

4.2噪聲問題

由于匝道眾多、兩側住宅建筑距離立交較近，噪聲問題是市民關心的一個重要問題，也是上蓋設置的一個重要目的。因此采用全區段全封閉設計，且蓋板上方設置了園林綠化，可極大地減小住宅區噪聲污染。

4.3通風及排煙

按全射流縱向通風系統設計，兼作火災事故時的排煙系統。系統設計結合正常、阻塞及火災工況時的運營通風方案、交通控制方案和人員疏散方案綜合考慮。

射流風機采用串并聯布置。共有3組射流風機，其中中間一組風機為火災時備用。

東環高速主線以可以通行危險品車考慮，設置機械通風排煙系統，左右線各設3組9臺直徑

1120射流風機，單臺功率37 kW。平時通風時，正常工況20 km/h時速及以上時可不開啟風機，阻塞工況10 km/h時速及以下時單線開啟3臺射流風機滿足需風量要求。火災工況時，單線開啟6臺射流風機滿足臨界風速排除煙氣。

東環高速主線兩側輔道按禁行危險品車，可通過大貨車、大客車考慮，設置機械通風排煙系統，兩側輔道各設3組6臺直徑 1 120射流風機單臺功率37 kW。平時通風時，正常工況20 km/h時速以上時可不開啟風機，阻塞工況10 km/h時速及以下時單線開啟3臺射流風機滿足需風量要求。火災工況時，單線開啟4臺射流風機滿足臨界風速排除煙氣。

分別在主線和輔線的左右線上蓋公路各設置2套一氧化碳、煙霧檢測儀和1套風速風向儀。

4.4消防［7］

消防系統采用消火栓滅火系統及磷酸銨鹽干粉滅火系統，消火栓給水系統為獨立環狀管網。消防水源由市政給水管網供水，經本工程泵房加壓，加壓后供水。

隧道內設火災自動報警系統，系統采用集中報警系統，集中報警系統由火災報警控制器、消防聯動控制器、感溫光纖火災探測系統處理機、電氣消防監控主機、消防廣播機柜和消防電話主機組成；集中報警系統設置消防控制室（中控室）內，隧道（每孔）的報警區域設定為140 m，控制中心的各個房間作為一個報警區域。

火災報警系統上位機接收來自火災報警控制器和電氣消防監控主機的信息，并以直觀的圖形界面進行集中監視。并系統聯動排煙風機、消防水泵、應急照明等設備。

4.5人行疏散通道

根據消防規范要求，本工程沿縱向在東環高速公路主線段中墻中部及地面人行道邊墻中部各設置一個人行疏散橫通道（凈寬2.0 m，凈高2.2 m），供緊急情況下人行通行。人行疏散橫通道處采取防火分隔措施，門采用乙級防火門。

4.6頂蓋排水

在立交改造的同時建設完備的排水管網，在上蓋對應位置預留落水口，將收集的雨水通過落水管排至市政管網。

4.7屋面防水及鋪裝

與一般市政工程不同，本工程上蓋為花園式種植屋面，為確保結構耐久性，應進行屋面防水設計。基本構造層次為預制箱梁結構、調平層、普通防水層、耐根穿刺防水層、保護層、排（蓄）水層、過濾層、種植土層和植被層等。本上蓋屋面防水構造采用3 mm厚雙層APP改性瀝青卷材+4 mm厚耐根穿刺防水層+40 mm厚鋼筋混凝土剛性防水層。

4.8防拋物網

在市政路上方建設公園廣場，應注意上方拋物對行車的安全。本工程在跨越東環高速公路段的南北兩側各設置通長的鐵絲防拋網，網高1.2 m（鋼筋混凝土護欄墻頂計起）。另外平臺上方不建議設置足球場、網球場等對下方道路危險性較高的設施。

4.9變形縫

由于結構連續長度較大，考慮到溫度、不均勻沉降易造成結構開裂，上蓋結構每隔約72 m沿線路橫向設置一道橫向變形縫。變形縫內填充泡沫塑料，上部填放襯墊材料，并用卷材封蓋，頂部加扣混凝土或金屬蓋板。

4.10綠化及覆土

進行該類項目設計時，應特別注意綠化覆土及大型樹木的荷載效應非常可觀，應對荷載大小及分布進行嚴格的控制，并形成文件以避免后期施工及養護時荷載超載。從經濟性和受力合理性考慮，結構上方綠化帶布置應結合柱網布置設計，大型植物及印象小品宜盡量布置在立柱周圍。

5　結語

隨著城市化進程的不斷推進、道路交通流量不斷增長，以及人們對城市居住環境及景觀需求的不斷提升，部分區域市政道路或立交改造提上日程，本文提出了一種集約化利用土地、改善周邊環境的共贏新思路，具有較廣闊的應用前景；并對主體結構設計、細節問題進行了探討與總結，對城市改造過程中進行類似結構體設計提供了參考與依據。

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U44

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1009-7716（2016）07-0112-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.033

2016-03-04

蔡憲棠（1985-），男，福建寧德人，工學碩士，工程師，從事橋梁設計工作。