某空中異形交叉口平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)例

吳佳璞

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司,上海市 200092）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展，城市道路基礎(chǔ)設(shè)施不斷建設(shè)與完善[1、2]。交叉口能提高交通通行效率而被廣泛使用成了道路系統(tǒng)的重要組成部分，它是道路交通的交通咽喉[3]。由于地勢(shì)環(huán)境、設(shè)計(jì)指標(biāo)、規(guī)劃要求等原因使得交匯道路高差較大，平面交叉口難以滿足要求，因此往往要采用空中異形交叉平臺(tái)。其中交叉口的施工是工程項(xiàng)目的重點(diǎn)關(guān)注方面。施工技術(shù)、流程，以及施工階段結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的合理與否是影響結(jié)構(gòu)在使用階段安全性、適用性和耐久性的關(guān)鍵。而異形交叉平臺(tái)由于構(gòu)造上的復(fù)雜性和幾何不規(guī)則性，其施工工藝和受力均不同于一般交叉平臺(tái)。因此，本文以某一空中異形交叉口平臺(tái)工程案例為背景，提出一套針對(duì)該類異性空中平臺(tái)的滿堂支架法施工工藝，并分析了該異形空中交叉平臺(tái)在施工階段的受力特點(diǎn)，為同類工程提供參考。

1 工程概況

某空中異形交叉平臺(tái)位于某市中心城市次干路，因現(xiàn)狀交通功能、交通服務(wù)均與規(guī)劃定位不匹配，所以需要對(duì)該區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行完善。該項(xiàng)目南北走向與呈祥路原有道路相連，東西方向與碧水橋銜接。因交叉口設(shè)計(jì)標(biāo)高與地坪標(biāo)高相差約7.0 m，經(jīng)可行性研究和方案比選后建議采用高架橋形式進(jìn)行搭接兩通道的過(guò)渡區(qū)域。如圖1、圖2所示。

圖1 工程項(xiàng)目位置圖

圖2 平臺(tái)下效果圖

交叉口平臺(tái)跨徑布置為16.391 m+17.609 m=34 m，與碧水橋相接寬度為40 m，與呈祥路相接橋?qū)挒?9 m。梁斷面形式為單箱多室箱型斷面，梁高2 m，頂板厚0.25 m，底板厚0.22 m，腹板厚0.4～0.65 m。縱向（碧水橋行車方向）按照鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。橫梁按照預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)平面圖如圖3所示，中支點(diǎn)結(jié)構(gòu)斷面如圖4所示。

圖3 異形平臺(tái)平面構(gòu)造圖

圖4 中支點(diǎn)結(jié)構(gòu)斷面圖

2 交通組織與豎向設(shè)計(jì)

2.1 交叉口設(shè)計(jì)原則

（1）交叉口設(shè)計(jì)符合規(guī)劃要求；

（2）滿足交通需要，盡量增大交叉口通行能力；

（3）碧水路、晉綏路交叉口與呈祥路、碧水路交叉口間距僅180 m，屬于短距離交叉口，該段道路全線拓寬2條車道，以提高通行能力；

（4）合理配時(shí)。

2.2 交叉口交通組織設(shè)計(jì)

在碧水路、呈祥路交叉口范圍內(nèi)，碧水路增加1條進(jìn)口車道及1條出口車道；呈祥路道路等級(jí)較低且交通量不大，故不做渠化設(shè)計(jì)。同時(shí)為方便北側(cè)居民出行及解決污水廠進(jìn)出問(wèn)題，在平臺(tái)下設(shè)置一進(jìn)一出兩條輔道。

2.3 交叉口豎向設(shè)計(jì)

交叉口豎向設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)調(diào)整交叉口范圍內(nèi)相關(guān)有關(guān)各點(diǎn)的標(biāo)高，合理確定交叉口各方向斜街關(guān)系，以符合行車舒適、排水迅速及建筑美觀等要求。

空中異形交叉口平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且與四個(gè)方向相接均為混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，所以豎向設(shè)計(jì)調(diào)整空間有限。相接橋梁均為雙向2%橫坡，由于地形限制，縱坡也相對(duì)較大。故豎向設(shè)計(jì)既要滿足橋面標(biāo)高順接，還要考慮結(jié)構(gòu)外形可以匹配過(guò)渡。為使平臺(tái)結(jié)構(gòu)高差不宜過(guò)大，故相接橋梁在臨近交叉口的一聯(lián)范圍內(nèi)，通過(guò)箱梁整體旋轉(zhuǎn)將橫坡逐漸減少至1%或更小。這樣的處理在垂直相交的兩個(gè)方向縱坡影響下將平臺(tái)內(nèi)部高差盡量減小，使得平臺(tái)四個(gè)圓弧段的兩端可以通過(guò)較小的坡度平順連接，進(jìn)而包括平臺(tái)在內(nèi)的五個(gè)相交結(jié)構(gòu)立面及粱底外觀上平順、統(tǒng)一。

3 結(jié)構(gòu)模型計(jì)算及結(jié)果分析

結(jié)合交叉口平臺(tái)的滿堂支架施工方法采用橋梁博士計(jì)算軟件對(duì)交叉口平臺(tái)進(jìn)行建模計(jì)算，考慮恒載效應(yīng)、剛束張拉，以及收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)影響進(jìn)行分析，共建立了337個(gè)節(jié)點(diǎn)，509個(gè)單元，模型如圖5所示。

圖5 有限元計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)的縱向裂縫指標(biāo)、橫梁應(yīng)力指標(biāo)及承載力強(qiáng)度等常規(guī)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，不再贅述。現(xiàn)主要針對(duì)施工過(guò)程中平臺(tái)兩個(gè)方向的彎矩耦合及撓度值對(duì)施工提出指導(dǎo)。

將施工階段分為三階段：

階段1：滿堂支架現(xiàn)澆；

階段2：張拉預(yù)應(yīng)力；

階段3：成橋及徐變。

對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算分析，給出總內(nèi)力較大的單元，如表1、表2所列。

表1 Mx彎矩效應(yīng)一覽表 kN·m

表2 Mx彎矩效應(yīng)一覽表 kN·m

由表1、表2可知在不同的方向上的最大內(nèi)力出現(xiàn)在不同單元上。在進(jìn)行具體施工時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮兩方向上的作用，以及其耦合作用。根據(jù)模型計(jì)算得出Mx彎矩最大值多數(shù)存在于結(jié)構(gòu)邊緣單元上，My彎矩最大值分布在y方向（主梁縱向方向）的跨中區(qū)域，應(yīng)當(dāng)引起重視。先挑選關(guān)鍵單元對(duì)比兩個(gè)方向的彎矩值如圖6、圖7所示。

圖6 Mx彎矩效應(yīng)曲線圖

圖7 My彎矩效應(yīng)曲線圖

由圖6、圖7可知：在兩個(gè)方向同時(shí)作用下My荷載效應(yīng)較大，應(yīng)以My為主要控制因素。局部荷載效應(yīng)過(guò)大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生撓度變形。為研究不同施工階段對(duì)結(jié)構(gòu)撓度的影響，本文給出部分撓度較大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行論證。見(jiàn)圖8所示。

圖8 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位移變形曲線圖

從圖8可知在荷載作用下，總體的撓度變化小，在允許范圍之內(nèi)。其中，撓度突變的節(jié)點(diǎn)處在截面變化段，受力比較復(fù)雜，進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)著重關(guān)注，對(duì)截面突變區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。第一階段引起的撓度較大，考慮到對(duì)剛束進(jìn)行張拉時(shí)，應(yīng)當(dāng)兩端同時(shí)張力，避免張拉應(yīng)力不平衡而引起局部梁體受損，導(dǎo)致?lián)隙韧蛔儭?/p>

4 平臺(tái)施工

4.1 施工方案

在市政工程建設(shè)中，滿堂支架法在現(xiàn)澆混凝土箱梁施工中得到廣泛的運(yùn)用[4、5]。滿堂支架施工時(shí)多點(diǎn)支撐，沉降容易控制，張拉時(shí)支架反彈量小，對(duì)主梁健康控制有利，線型也同樣容易控制[6]。交叉口平臺(tái)高程控制是道路交匯的主要技術(shù)指標(biāo)。與一般交叉口相比，空中交叉口具有施工困難，造價(jià)高、工期長(zhǎng)等特點(diǎn)，尤其是關(guān)系到結(jié)構(gòu)外形控制及交叉口豎向設(shè)計(jì)，故應(yīng)從經(jīng)濟(jì)、安全、美觀等多方面考慮。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可知該異形平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：

（1）工程在原有道路基礎(chǔ)上進(jìn)行高架系統(tǒng)的施工，地基的承載能力滿足使用要求且排水系統(tǒng)完善。

（2）項(xiàng)目施工會(huì)影響呈祥路的通行，施工周期不能過(guò)長(zhǎng)，與其他施工工藝相比，采用滿堂支架法所需的工期更短，對(duì)周邊的影響較少。

（3）交叉口平臺(tái)箱梁形狀不規(guī)則，不宜采用預(yù)制梁，只能通過(guò)現(xiàn)澆的方法進(jìn)行施工，滿堂支架法能更好地進(jìn)行施工控制，保證箱梁外形美觀，施工標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求；且箱梁頂面需滿足交叉口豎向設(shè)計(jì)要求，同時(shí)需滿足箱梁等高的控制要求。

（4）滿堂支架法的造價(jià)更低，能有效降低工程的資金耗費(fèi)。

因此，綜合項(xiàng)目實(shí)際特點(diǎn)，選擇滿堂支架法進(jìn)行施工更適宜。現(xiàn)場(chǎng)施工如圖9所示。

圖9 滿堂支架法施工現(xiàn)場(chǎng)之實(shí)景

施工方案如下：在箱梁結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)搭設(shè)密度不一適應(yīng)其荷載的支架，在其頂部安裝模板，并安裝滿足精度的高度調(diào)整裝置，綁扎鋼筋，澆筑混凝土。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，張拉預(yù)應(yīng)力，最后拆除支架完成全部施工，具體施工流程如圖10所示。

圖10 滿堂支架法施工流程圖

4.2 支架、基礎(chǔ)預(yù)壓

支架地基的穩(wěn)定性是保證施工順利進(jìn)行的前提條件。施工前須對(duì)支架及基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)壓。支架預(yù)壓的目的是為了消除支架的非彈性變形[7-8]。一方面防止對(duì)混凝土梁施工時(shí)，支架基礎(chǔ)因較大沉降或失穩(wěn)而導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂；另一方面檢驗(yàn)支架的安全性和收集施工沉降數(shù)據(jù)，以控制梁體澆筑線形。該項(xiàng)目采用預(yù)壓荷載是支架承受的全部荷載的1.1～1.2倍，加載完成后直至日沉降量連續(xù)2日不超過(guò)2 mm。同時(shí)，施工期間亦必須加強(qiáng)梁體及支架變形的檢測(cè)和控制。

4.3 模板安裝

所澆筑的平臺(tái)是異性平臺(tái)，對(duì)模板的要求較高，需要注意一下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）在安裝前，應(yīng)嚴(yán)格檢查模板的形狀與尺寸，在保證模板精準(zhǔn)的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行下一步安裝程序。

（2）結(jié)構(gòu)的標(biāo)高控制尤為重要，主要通過(guò)交叉口豎向設(shè)計(jì)確定橋面標(biāo)高，再減去鋪裝及結(jié)構(gòu)高度，反推立模的標(biāo)高。在進(jìn)行立模的同時(shí)，應(yīng)該考慮支架及模板的彈性變形。

（3）在地面模板的調(diào)整精度上提出更高的要求，既不能影響澆筑后地面的美觀性，又能滿足豎向設(shè)計(jì)要求，從而使得各模板間平面平順過(guò)渡。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某空中交叉口平臺(tái)案例為背景，提出了適用于該類結(jié)構(gòu)的施工方法，并分析了該類結(jié)構(gòu)施工階段受力特點(diǎn)，結(jié)論如下：

（1）在交叉口豎向設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小相接結(jié)構(gòu)的縱橫向坡度，使得異形平臺(tái)豎向標(biāo)高平穩(wěn)過(guò)渡，避免產(chǎn)生因過(guò)大的高差而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工時(shí)的困難。

（2）通過(guò)空間計(jì)算，合理化橋墩支點(diǎn)布置，確定主要受力方向，優(yōu)化箱梁結(jié)構(gòu)布置，在減小結(jié)構(gòu)自重的同時(shí)針對(duì)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)布置縱橫梁格。

（3）對(duì)該類型結(jié)構(gòu)進(jìn)行滿堂支架施工時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:a.結(jié)構(gòu)的內(nèi)力受兩個(gè)方向的影響，當(dāng)施工跨度不同時(shí)，建議以大跨度控制為主要方向。b.在對(duì)現(xiàn)澆箱梁進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時(shí)，張拉力應(yīng)進(jìn)行復(fù)核且嚴(yán)格按照張拉工藝進(jìn)行張拉。c.進(jìn)行標(biāo)高控制時(shí)，針對(duì)邊緣區(qū)域應(yīng)加密測(cè)點(diǎn)，隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。d.平臺(tái)澆筑前應(yīng)保證控制點(diǎn)定位及標(biāo)高準(zhǔn)確，以滿足交叉口豎向設(shè)計(jì)要求且與相接橋梁平順過(guò)渡。