既有立交改造工程難點分析與設計原則

■ 同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司 仲健

近年來，隨著城市規模的不斷擴大、交通需求的急劇增加，同時由于建設初期征拆不到位和規劃前瞻性不足等因素，建成后的立交面臨通行能力不足的弊病。考慮周邊交通的發展或路網改造形成后的新布局等因素，為改善交通功能、緩解區域交通壓力，將既有立交改造為全互通立交成為多數城市的必然選擇。

本文以太原市西中環南延工程起點處立交為例，闡述并總結立交改造工程的建設難點和拼寬橋設計原則，以期為同類工程提供有益參考和借鑒（圖1、圖2）。

圖1 改造前的西中環南中環立交衛星圖

圖2 改造后的西中環南中環立交衛星圖

工程概況

西中環南延工程北起現狀西中環南中環立交，南至姚村收費站，全長約17km。全線為城市主干道，設計速度為60km/h，主線為雙向六車道，兩側有30m的綠化帶（圖3）。

圖3 西中環南延工程平面圖

圖3 改建中的起點立交俯瞰圖

西中環南延工程建成后，將為汾河西片區新增一條貫穿城市南北的主干路。

起點立交工程范圍內主要工程包括6條新建匝道、4處拼寬匝道和1條拆除匝道（表1）。

表1 橋梁工程規模表

工程難點

西中環南中環起點立交改造設計施工過程中，主要解決了以下四個難點：一是新老橋拼寬；二是樁基防腐措施；三是橋墩改造；四是老橋拆除工程。

拼寬設計

該項目共計4處拼寬橋梁，拼寬總面積達5406.3m2，拼寬接縫長度共計766.6m。此次拼縫采用GD彈性混凝土拼縫技術[1]，克服了常規拼縫處理方式中新老橋橫向撓度差引起的縱向裂縫的缺點。

樁基防腐設計

新建NW、NS、SN、WS、SE匝道位于原太化廠區工程范圍內，干濕交替條件之下，該廠區內地下水對混凝土和鋼筋均具有強腐蝕性。腐蝕深度為10m—15m，全橋共計121處橋墩樁基需采取防腐措施。

此次樁基防腐的原則為：以隔離防護為主，同時使用抗腐蝕性能好的建筑材料。

以1.5m樁基為例，采取直徑1.7m鋼護筒，鋼板厚10mm，護筒長18m，Q345c鋼。鋼護筒的外表面包覆纖維增強復合材料（FRP），厚度不小于2.5mm。纖維增強復合材料能夠適應該項目環境腐蝕條件，材料性能與施工要求須滿足《纖維增強復合材料建設工程應用技術規范》的規定。

灌注樁成樁過程中應實時監測孔中水的PH值、硫酸根離子、氯離子的濃度。待清孔后孔中水質需達到普通成樁條件后方能下放鋼筋籠并灌注混凝土，其中，PH值不得小于5.0、硫酸根離子濃度（以SO42—計）不得大于600mg/L、氯離子濃度（以CL—計）不得大于500mg/L。

橋墩改造設計

為節約投資，部分匝道橋墩保留利用。接高高度小于35cm的橋墩，采用較簡單的改造墊石及梁底楔塊的方式接高；接高高度大于35cm的橋墩，采用墩身接高方案。該工程合計3處支座墊石改造，4處橋墩墩身接高。墊石改造明細見表2所示。

表2 墊石改造明細表

墩身接高總體方案為：鑿除既有橋墩墩頭3.15m范圍混凝土，保證既有橋墩的豎向主筋連接部分完全外露，采用焊接的方式將豎向主筋接長（雙面焊5d或單面焊10d長度），安裝模板，澆筑混凝土至設計墩頂高（圖4）。

圖4 墩柱接高立面圖

墩柱接高明細表如表3所示。

表3 墩柱接高明細表

拆除方案

NW匝道拆除共計3個步驟：附屬及橋面系拆除、梁體拆除以及橋墩拆除。

橋面瀝青混凝土采用反鏟破除，防撞護欄采用繩鋸分塊切割。

現狀匝道為30m跨徑預應力連續梁。該工程拆除梁體節段長為5m，保證拆除節段重量不超過80t。拆除節段梁底搭設鋼管支架，在支架頂部法蘭盤與梁底預留10cm—20cm的空間用于布置千斤頂。梁體切割前，將千斤頂作用于梁底進行鋼管支架預壓，塞入鋼板或木楔來填充千斤頂及梁底空隙后，方可切割梁體。

橋墩可采用繩鋸分塊切割。

拼寬橋設計

立交改造前，需完成對既有老橋竣工資料搜集、老橋測量、外觀普查、橋梁檢測、荷載試驗。拼寬段新建橋梁方案需經業主報送給原設計單位審批同意后方可實施。

下文是設計過程中立交改造需遵循的老橋測量要點及拼寬橋設計原則。

老橋測量要點

老橋測量要點除了外形特征點、高程特征點、橋長控制點以及橋梁拼接基準線外[2]，還需要注意以下兩個方面的問題：

一是橋面橫坡。測量出邊防撞墻內邊線標高、橋中心標高、中央防撞墻內邊線標高，以便推測出每個墩斷面處橋面橫坡。

二是橋墩輪廓及墩頂標高。部分地面道路改造后，需要復核梁底及花瓶墩墩頂標高，確保下穿道路滿足凈空要求。

拼寬橋設計原則

拼寬橋設計需遵循以下原則：

一是拼寬橋與老橋的荷載等級應相同。應對原有結構進行驗算，如有必要，需對老橋進行加固改造。

二是新老結構上部構造應采用同類型結構進行拼寬，為同剛度拼接設計；應盡量避免采用不同類型的結構進行拼寬，即異剛度拼接設計。同剛度拼寬設計可有效減少新老橋間縱向及橫向位移差，進一步保證橫向接縫的使用壽命。

三是盡量設計拼寬橋與老橋各自獨立，單獨受力，上部構造弱連接或不連接，下部構造不連接。拼接部分應當避免與原結構共同受力。

四是考慮到窄橋抗傾覆性能較弱，需保證拼寬橋橋寬不小于2m。拼寬橋在起終點處可設置跳臺，跳臺處需設置安全措施，防止機動車撞擊跳臺端頭處的防撞墻。

五是新橋伸縮縫需與老橋伸縮縫平面位置對齊，且采用相同類型的伸縮縫，可保證新老橋聯長一致。如因地面道路設置等限制條件，無法保證相同聯長，建議拼寬新建橋聯長不得超過老橋，盡量避免新建橋限制老橋縱向自由伸縮。

六是新橋需與老橋采用相同的支座體系，保證新老橋縱橫向變形一致。

七是拼接橋梁需保證橋路配合，拼寬橋應與原橋縱橫坡保持一致。

八是拼寬新建橋梁需采用老橋道路中心線展開縱斷及橫斷設計，根據實測標高擬合老橋縱斷及橫斷面，通過調整鋪裝調平層厚度保證新老橋橋面縱橫向平順。

九是拼寬新建橋的基礎形式原則上采用樁基礎，可盡量減少施工過程中對老橋基礎的影響。當地基條件較好時，也可采用與原橋相同的基礎形式，但應考慮樁底壓降或者地基處理等方式保證施工期及成橋后減少結構沉降的措施。

十是當拼接新老結構均為摩擦樁時，拼接部分新橋樁長應比原有老橋樁長長[3]。

結語

本文介紹了既有立交改造的設計難點及拼寬橋的設計原則。工程實踐表明，上述拼寬橋設計原則切實可行，可在改造立交工程中推廣應用。同時，建議建設單位在項目建設初期應結合遠期規劃方案，綜合考慮受限因素，分階段實施近期工程，待建設條件具備后，完善后續工程，可有效減少改造工程中可能出現的舊橋拆除、舊橋頂升、墩柱接高以及新老橋拼寬等難點工作。