城市立交橋梁拓寬改造工程設計實踐

嚴國齊，楊 帆，汪 劍

（1.武漢航空港發展集團有限公司，湖北 武漢 430056；2.武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430015；3.武漢生態環境設計研究院有限公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

近年來，武漢市城市路網規模持續增加，軌道交通網絡不斷加密，城市骨架路網提高了快速性和可達性，總體出行效率不斷提升，但隨著機動車保有量加速增長，局部美中不足，受集散交織段、上下匝道、立交轉向匝道、地面銜接等因素的制約，早晚高峰常發擁堵。為此市政府有關部門組織精干力量成立專班開展現場調查、研究分析和方案論證，對武漢市骨架路網多個重要節點提出研究方案，以進一步提升路網運行效率，滿足市民更快更方便出行需求。

如圖1 所示為竹葉山立交和墨水湖立交的效果圖，結合兩個立交橋梁拓寬改造設計，本文詳細介紹了城市立交橋梁拓寬改造工程的特點及難點，根據立交既有現狀條件及限制因素，提出了拓寬改造方案，其實踐經驗可為相關工程提供借鑒和參考。

圖1 竹葉山立交及墨水湖立交改造工程示意

1 工程概況

1.1 竹葉山立交改造工程概況

二環線竹葉山立交改造前為四層部分互通立交，其中H 匝道為發展大道右轉黃浦大街方向匝道，匝道為單向單車道，匝道寬8.0 m，該立交于2011年竣工通車。2016 年，為優化和完善二環線竹葉山立交功能，對該立交H 匝道進行拓寬改造，根據立交改造總體方案，橋梁拓寬工程主要范圍為：

（1）與右轉H 匝道相接的發展大道段：該段拓寬1～3 m，長185 m。該段現狀為一聯鋼箱梁，橋跨布置為（31+50+54+50）m，其典型橫斷面如圖2（a）所示。

圖2 竹葉山立交改造前典型橫斷面

（2）右轉H 匝道段：該段拓寬3 m，長211.153 m。該段現狀橋寬8 m，分為三聯。第一聯和第三聯為兩跨縱向預應力混凝土箱梁，橋跨布置均為（2×26）m；第二聯為鋼箱梁，橋跨布置為（33+41.153+33）m，其典型橫斷面如圖2（b）所示。

（3）與右轉H 匝道相接的黃浦大街交織段：該段拓寬3～5.5 m，長275 m。該段現狀橋梁分為三聯，均為三跨縱橫向預應力混凝土箱梁，橋跨布置分別為（31+33+31）m、（31+27+27）m、（31+33+31）m，其典型橫斷面如圖2（c）所示。

1.2 墨水湖立交改造工程概況

二環線墨水湖立交改造前為3 層苜蓿葉+ 半定向式部分互通，立交布置為江城大道位于第二層，二環線主線方向高架位于第三層，設置江城大道漢口方向與二環線東西兩個方向的左、右轉共四條匝道，該立交于2014 年12 月竣工通車，其典型橫斷面如圖3所示。2016 年，為優化和完善二環線墨水湖立交功能，對該立交進行改造，根據立交改造總體方案，橋梁拓寬工程主要范圍為：

圖3 墨水湖立交改造前典型橫斷面

（1）E 匝道（墨水湖北路東往江城大道南左轉匝道）：E 匝道起點在二環線由東向西設置長約140 m減速車道及漸變段，在既有二環線主線段ZL11、ZL12 聯東側單側拓寬4～9 m，匝道其余部分為新增段，寬9～17 m、長978 m。

（2）F 匝道（墨水湖北路西往江城大道南右轉匝道）：F 匝道起點在墨水湖立交C 匝道由北向南設置長約56.885 m 減速車道及漸變段，在既有C 匝道CL3 聯西側單側拓寬4～9.5 m，匝道其余部分為新增段，寬8.1～9.5 m、長137.4 m。

（3）G 匝道（江城大道南往墨水湖北路東右轉匝道）：匝道起點部分新增段，寬9 m、長205 m，G 匝道終點在二環線由西向東設置長約170 m 加速車道及漸變段，在既有二環線主線段ZL12、ZL13 聯西側單側拓寬4～11 m。

2 工程特點及難點

根據道路總體設計方案，竹葉山立交改造及墨水湖立交改造橋梁工程具有如下共同特點及難點：

（1）兩立交均已經建成通車，為優化和完善二環線立交功能，需在二環線上采用拓寬形式進行改造，且不能長時間中斷橋上和橋下交通。

（2）兩立交及地面路口交通非常繁忙，拓寬改造橋梁需采用施工工期短、對交通影響小、對既有橋梁結構影響小的結構形式，同時拓寬改造橋梁結構形式應盡量與原結構協調統一。

（3）原有主線及匝道結構形式較多，主要有鋼筋混凝土連續箱梁、預應力混凝土連續箱梁、鋼結構連續箱梁，其中主線預應力混凝土箱梁設置有橫向預應力，對拓寬形式的選擇有一定影響。

（4）改造范圍內道路沿線現狀地下管線較多，主要包括軍用、電力、排水、給水、燃氣、電信、通訊、路燈以及交管等管線。橋梁方案設計中橋墩及基礎布置應盡可能避免管線遷改。

（5）與近期實施的軌道線路（軌道8 號線）以及遠景年實施的軌道線路（軌道10 號線）等兩條線路相關，其中軌道8 號線與竹葉山立交改造工程橋梁共線約1 km，軌道10 號線與兩工程相交并設站。橋梁方案應與8、10 號軌道站點和線路進行充分協調。

除上述特點外，對于墨水湖立交改造工程，還需要考慮以下幾點：

（1）新增E、F 匝道需跨越江城大道城市綜合體地下空間，匝道立墩應結合地下空間工程布置。

（2）涉及到拓寬的主線預應力混凝土箱梁上設置有6 m 高封閉聲屏障，拓寬后需拆除既有聲屏障，并在新建拓寬段箱梁上恢復，由于拓寬箱梁相對較窄，聲屏障高度對拓寬箱梁結構受力影響較大。

3 橋梁拓寬方案構思

3.1 總體方案

目前，常用的橋梁拓寬形式主要有三種：（1）上部構造與下部構造均不連接；（2）上部構造與下部構造均連接；（3）上部構造連接而下部構造不連接[1－5]。

對于竹葉山立交與右轉H 匝道相接的發展大道段，拓寬段長約185 m，拓寬1～3 m，原橋梁結構為（31+50+54+50）m=185 m 鋼結構箱梁，其中墩均設置有側墩及外伸橫梁，且橫梁外伸寬度超過拓寬寬度，如圖4 所示。若采用上部構造不連接的形式，需在原橋梁側墩縱向兩側設置拓寬橋梁橋墩，但考慮到地面人行道及地下管線較為復雜且較難遷改，新建橋墩難以實施，故該段采用上部構造連接、利用既有下部結構的方式，不再新建橋墩，通過改造鋼箱梁懸臂來實現橋面拓寬。

圖4 與右轉H 匝道相接的發展大道段平面示意

對于立交其余路段，為使新、舊橋各自受力明確、互不影響、方便施工，同時考慮到區域內地質情況較差，采用新、舊橋相互獨立，上部結構和下部結構均不連接的拓寬方式，上部結構緊靠在一起，設置縱向伸縮縫，下部結構各自獨立。

3.2 上部結構方案

由于兩工程均為立交改造工程，新建橋梁設計原則應從屬于老橋，其上部結構形式、體系、梁型、斷面及基礎應與盡量老橋保持一致，同時考慮到立交橋及地面路口交通非常繁忙，為滿足橋下凈空要求，減小對現狀立交影響，拓寬橋梁結構形式需采用跨越能力相對較大、梁高相對較小、施工工期短、對交通影響小的結構形式，故拓寬段均采用連續鋼箱梁。

3.3 下部結構方案

根據既有立交現狀，拓寬橋梁橋墩布置應考慮以下因素：

（1）為盡量減小新、舊橋梁在各種荷載作用下產生的變形差異，使新、舊橋梁變形協調，新、舊橋梁跨徑布置應盡量保持統一，同時新建橋梁墩型應盡量與既有橋梁保持一致；

（2）新建橋墩樁基應與舊橋橋墩樁基保持一定的距離，應滿足相關規范要求，盡量減小新、舊橋梁樁基的相互影響；

（3）橋墩布置應考慮樁基與近期與遠期盾構區間的安全距離；

（4）立交范圍內地下管線分布較密，種類較廣，橋墩布置應盡量減小管線遷改；

（5）新建橋墩應盡量減少地面人行道及非機動車道改造。

綜上各個因素，匝道墩型大部分擬采用板式花瓶墩，為盡量減少新建橋墩對舊橋下部結構、地面車道、地鐵、地下管線等影響，因地制宜采用雙柱框架墩或圓柱墩，考慮到工期影響部分墩柱及蓋梁采用鋼結構。

4 橋梁拓寬方案設計

4.1 竹葉山立交改造橋梁方案設計

與右轉H 匝道相接的發展大道段，該段橋面拓寬采用結構拓寬的方式，即在現狀鋼箱梁上焊接拓寬鋼梁增加橋面寬度，根據拓寬寬度，拓寬梁分別采用翼緣拓寬和箱室拓寬兩種形式。

其余路段通過新建一幅橋梁來實現橋面拓寬，新建橋梁和現狀橋梁之間設置縱向伸縮縫，為盡量使新建橋梁與現狀橋梁橋跨對應，橋梁上部結構采用鋼箱梁，新建橋梁共布置16 個橋墩，由于地面道路及地鐵等因素的限制，采用雙柱框架墩，墩柱及蓋梁考慮到工期影響采用鋼結構。竹葉山立交改造橋梁總體平面布置圖如圖5 所示，橋梁典型斷面如圖6所示。

圖5 竹葉山立交改造新建橋梁總體平面布置

圖6 竹葉山立交拓寬段橋梁典型斷面（單位：m）

4.2 墨水湖立交改造橋梁方案設計

墨水湖立交匝道新增段采用斜腹板連續鋼箱梁方案，拓寬段采用直腹板連續鋼箱梁方案，橋墩主要采用板式花瓶墩，局部由于立墩條件限制采用雙柱墩或者雙柱框架墩，基礎采用樁基礎。其中，需特別指出的是，E 匝道拓寬段由于拓寬箱梁相對較窄，聲屏障高度較大，聲屏障橫向水平荷載較大，對拓寬箱梁結構受力影響較大，因此設計采用墩梁固結措施以抵抗聲屏障水平荷載。墨水湖立交改造橋梁總體平面布置圖如圖7 所示，橋梁典型斷面如圖8 所示。

圖7 墨水湖立交改造新建橋梁總體平面布置

圖8 墨水湖立交改造橋梁典型斷面（單位：m）

5 結 語

竹葉山立交拓寬改造工程于2017 年5 月建成通車，墨水湖立交拓寬改造工程于2018 年12 月建成通車，目前兩立交運行情況良好，有效提升了立交運行效率，改善了擁堵狀況。其中竹葉山立交改造被譽為“建設快、動作小、作用大”的“微改造”，具有四兩撥千斤作用，其改造經驗被推廣至武漢市其它擁堵節點改造工程，該工程實踐經驗可為同類型橋梁的建設提供參考。