上海市南北高架中兴路下匝道桥梁设计

李建中，尹 臻，2

（1.同济大学，上海市200092；2.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

上海市南北高架中兴路下匝道桥梁设计

李建中1，尹 臻1，2

（1.同济大学，上海市200092；2.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

为了缓解北横通道天目路立交改造期间静安区的交通压力，提出建设南北高架中兴路下匝道方案，提高新客站北广场使用率和缓解天目路立交改造期间的交通压力。现详细介绍该桥跨径布置、主梁选型、断面布置及下部结构选型等内容，仅供同行参考。

匝道桥梁；跨径布置；桩基比选；拼宽桥梁纵缝；钢桥面铺装

1 项目背景

近年来，上海市城市建设正处于快速发展阶段，城市总体空间布局由原来的“单中心”向“多心、多核、一轴两链”转变。随着城市空间布局的调整，交通需求结构也将产生新的变化，东西向城市发展主轴交通需求将日益快速增长，仅依靠延安路高架无法支持未来发展需要，亟需增加城市东西向通道容量。北横通道的建设对延安高架和内环北段交通有分流作用，缓解延安路高架联系虹桥枢纽的交通压力。北横通道施工期间，对往来新客站的交通将产生影响。

南北高架在铁路以北区域到达新客站功能缺失，需通过天目路立交进入新客站南广场才能进入新客站。因此天目路立交到新客站南广场的交通压力较大，交通服务水平较低。由于新客站北广场可达性差，需通过地面道路才能到达，周边道路交通压力大，且北广场的利用率有待进一步提升。北横通道天目路立交改造期间，南北高架进入新客站均需通过周边道路，因此北横通道天目路立交改造期间，需提供一条交通疏解通道，既能缓解前往新客站的交通压力，优化南北高架对地区的服务，又能提升铁路北广场的利用率，改善铁路北广场区域地面交通。

为了缓解北横通道天目路立交改造期间静安区的交通压力，本文提出建设南北高架中兴路下匝道方案，以提高新客站北广场使用率和缓解天目路立交改造期间的交通压力（见图1）。

图1 桥梁平面布置图

2 桥梁设计

2.1 跨径布置及桥梁结构形式比选

该项工程部分桥梁与南北高架拼接，考虑变形沉降等因素，拼宽桥墩布置按照桥墩位置尽量与现状桥梁桥墩对齐的原则，并考虑道路中心线圆曲线的影响，桥跨布置为27～35 m。

根据道路条件及南北高架墩位，中兴路下匝道桥梁分为拼宽段、跨路口节点桥梁段及落地匝道段，其中拼宽段桥面宽度为5.25 m（1车道）；跨路口节点桥桥宽为8.15 m（1车道+停车带），位于曲线半径60 m的道路平面上。落地匝道段宽为7.25 m，位于直线段上。

桥梁全长约348.4 m，桥面面积约2 380 m2。

该项工程位于上海市中心区域，地面交通繁忙，且毗邻居民区，桥梁方案的选择应优先考虑以下因素：

（1）施工速度快，施工过程对周边环境及地面交通的影响；

（2）桥梁景观效果好，与既有南北高架相协调；

（3）施工噪声小，施工过程无扬尘，环保、高效。

基于上述因素，桥梁结构比选，提出以下两种方案。

2.1.1 方案一：钢箱梁方案

匝道桥全线采用连续钢箱梁桥，下部结构采用独柱墩+承台+钻孔灌注桩。

桥梁采用钢箱梁断面，除跨路口节点段外，其余梁高与既有南北高架相同，为1.7 m。

工程起始段，为道路渐变区，10 m范围内基本无活载作用；且该区域毗邻居民小区，应尽量缩短桥面留白段，以减小匝道建设对居民的影响，因此首联桥采用35 m钢箱梁+10 m挑臂形式。

跨路口节点桥，位于曲线半径60 m的道路平面上，且根据地面交通组织要求，桥梁跨径不小于48 m，方案采用（35.5+50+35.5）m钢结构连续箱梁，跨中及中支点梁高2.2 m，边支点梁高1.7 m与拼宽段及落地匝道段对齐。

下部结构采用独柱墩，墩顶中部采用与南北高架相同线条装饰，景观协调性较好。

桥梁上部结构采用分段吊装，现场焊接施工，施工速度快，施工过程对周边交通影响小。

桥梁跨径布置见表1所列。

表1 方案一跨径布置表

2.1.2 方案二：小箱梁+钢箱梁

该方案中的拼宽段及落地匝道段采用预制小箱梁结构，下部结构为盖梁+桥墩+承台+钻孔灌注桩形式。

变宽过渡段位于道路平曲线上，考虑到小箱梁曲线段横隔梁及湿接头浇筑质量难以保证，该段采用变宽钢箱梁。

跨路口节点桥曲线半径仅60 m，且跨径需大于48 m，无法采用小箱梁结构，因此该处节点仍采用（35.5+50+35.5）m连续钢箱梁。

小箱梁结构可采用汽车吊整片吊装施工，施工速度快，施工对地面交通影响较小。但是，小箱梁需整片预制运输，单片梁重达110 t，运输过程对沿线地面道路要求较高。

桥梁跨径布置见表2所列。

表2 方案二跨径布置表

2.1.3 桥梁方案综合比选

桥梁方案综合比选如下（见表3）。

表3 方案综合比选表

方案一上部结构采用全钢结构，造价相对较高，但该工程建设规模较小，且由于节点桥及变宽桥的限制，方案二在经济性上优势并不明显；另一方面钢箱梁可工厂预制，分节段运输、安装，对运梁沿途地面道路要求相对较低可实施性强。综上所述，该工程上部结构推荐采用钢箱梁桥，下部结构采用独柱墩+承台+钻孔灌注桩。

2.2 桥梁横断面比选

钢箱梁可采用直腹板断面及斜腹板断面。

该工程桥宽较小，为保证受力需求及抗倾覆稳定性，底板宽度不宜太小，因此腹板斜率较小，与直腹板差异不明显；且该工程跨路口节点桥存在变高，斜腹板的存在，使得钢箱梁在构造、加工及安装上的复杂程度大大提高。

因此从简化箱梁构造、减小施工难度、提高施工速度考虑，该工程推荐采用直腹板断面（见图2）。

图2 桥梁断面设计比选方案方案图

2.3 桥墩形式比选

高架桥墩台形式的选定，除应有足够的强度和稳定性外，同时应结合上部结构的选型，使上下部结构协调一致、轻巧美观；与城市环境和谐、匀称；尽量少占地、通透好等，保证桥下地面交通行车有较好的视线，给行人一种舒适感。

该工程桥宽较小，独柱墩既能满足抗倾覆及结构受力要求。根据桥梁支座布置需要，该工程可选用花瓶墩及带盖梁的独柱墩（见图3）。

图3 桥墩外形比选方案图

花瓶墩墩身采用曲线过渡，单墩造型优美；带盖梁独柱墩顶部扩大头与下部墩身间采用直线过渡，造型略显单调，从单墩角度考虑，其景观效果较花瓶墩差。但既有南北高架为带盖梁双柱墩，外形以直线勾勒，花瓶墩的曲线元素与南北高架的整体景观不协调；同时，为提高大跨曲线梁桥的抗倾覆性能，需设计盖梁以满足支座布置空间的要求，因此拼宽段及落地匝道段采用带盖梁的独柱墩，使匝道本身桥墩形式一致。

综上所述，从整体景观协调及匝道自身墩型一致性考虑，该工程推荐带盖梁独柱墩。

2.4 桥梁桩基比选（见表4）

表4 桩型综合比选表

在上海市已建的市政道路桥梁基础工程中都不乏采用PHC桩及钻孔灌注桩的实例，从施工工期、单位造价来说，PHC桩占有一定优势。但PHC管桩因施工振动、挤土效应等，不能满足管线保护的需求，且施工噪音较大，对市区环境影响较大。在一些工程的桩基施工中，也出现了很多桩尖无法沉至设计标高且相差距离很大，或桩尖已达设计标高而贯入度远不能满足要求的情况，由于不像钻孔桩施工过程中可以较方便地对地勘成果进行比对，因此预制桩沉桩出现问题，处理起来相对更棘手，有时反而影响工期，也不利于桩基施工质量的控制。

钻孔灌注桩，成桩较易、对桩周土挠动微小，施工作业空间小，施工过程基本无噪音，对环境影响小。且通过选择合理的持力层，单桩承载能力较高，可减少桩基数量，降低成桥后沉降。

综上所述，推荐钻孔灌注桩作为该工程的基础桩型。

2.5 拼宽桥梁纵缝设计

新旧桥梁的连接不同于新建桥梁，有许多需要考虑的特殊问题：（1）如何选择合理的连接接缝构造。（2）拓宽桥梁力学特性，包括：桥梁拓宽后对旧桥受力特性的影响，新桥和旧桥不均匀沉降，以及收缩徐变差对新旧桥和接缝整体和局部受力特性的影响。（3）新桥和旧桥不同规范荷载等级对桥梁拼宽构造和受力特性的影响。（4）桥梁拓宽拼接施工的问题，包括混凝土材料的选择，不中断交通施工工艺，沉降控制和连接时机选择等。

国内外在扩建工程中新旧桥梁梁体连接的型式主要有以下几种。

2.5.1 结构不连，铺装连续

该方法主梁结构不连续，两者之间预留一条纵缝，通过连续铺设桥面铺装的方式将纵缝覆盖，形成桥面连续。由于新老桥梁不相连，避免了新旧结构的相互影响，不会增加旧桥结构负担，同时施工方便，前期费用相对较小。但由于新老桥变形差异的存在，结构在长期运营中不可避免地会出现接缝处桥面铺装开裂，为后期养护维修带来隐患。如上海市周家嘴路高架拼宽，纵缝采用该方法（见图4）。

图4 弹性混凝土拼缝实景

2.5.2 结构不连，设伸缩缝

该方法在新老桥之间预留一定的间隙，安装纵向伸缩缝。纵向伸缩缝能利用自身构造很好地适应新旧桥主梁间的纵向和竖向变形差,使新旧桥变形平顺过渡,优化行车条件,而某些伸缩缝还在表面作了防滑处理,可以保障雨雪天气行车安全。该方法主要适用于单座桥梁的拼宽，高速公路及全线高架桥拼桥，采用纵向伸缩缝（见图5），安装及维护费用较高，一般不建议使用。

图5 型钢伸缩缝实景

2.5.3 结构刚性连接

该方法施工前先割除老桥一定宽度范围的桥面板（保留桥面钢筋），浇筑新拼桥梁，待纵向预应力张拉完成后，浇筑与老桥连接的湿接缝。最后完成桥面铺装，形成桥面连续结构（见图6）。

图6 中小桥拼桥刚性连接示意图

该方法将新老桥梁联成一体，结构整体性和耐久性能比较好。相比于结构不连、铺装连续和设置纵向伸缩缝,新旧桥采用刚性连接是最理想的方案，既避免了桥梁拼缝处因差异变形导致的拼缝处铺装开裂，确保桥面平顺、行车安全，又避免了设置纵向伸缩缝的昂贵造价。 但是,新旧桥刚性连接技术难度最大,混凝土收缩徐变、桥墩沉降，以及行车带来的新旧桥变形差都会转化为内力,对结构的局部受力和整体受力形成较大的影响,随着跨径的增大,这种影响变得更加显著。该方案一般应用于空心板、小箱梁结构。

2.5.4 拼桥纵缝方案综合比选

综合考虑到南北高架运营已有近20 a，沉降已基本趋于稳定，为避免拼宽对原有结构的影响，建议采用结构不连，铺装连续的方案。为避免接缝处铺装开裂，建议拼缝处铺装改用弹性混凝土。

2.6 桥面铺装

桥面铺装是桥梁行车行车系的重要组成部分，铺装层的使用性能直接影响到行车的安全性、舒适性和桥梁耐久性。而钢桥面铺装所面临的条件更为严峻，在使用过程中出现的问题也更多。一般，钢桥面铺装的设计需要考虑到如下一些特殊要求：

（1）钢板变形、振动对桥面铺装的变形随从性要求高。

（2）桥面铺装的高低温性能要求高。

（3）荷载作用下，加劲肋、横隔板、纵隔板顶部的铺装层表面出现负弯矩区，使得铺装层最大拉应力或拉应变出现在铺装层表面，抗裂性能要求高。

（4）桥面防水要求高。

目前我国钢桥面通常采用以下四种铺装体系：双层SMA铺装体系，环氧沥青混凝土铺装体系，浇筑式沥青混凝土铺装体系，轻型组合桥面+SMA铺装体系。综合比选如表5所列。

表5 桥面铺装比选表

上海市南北高架交通量大，钢桥疲劳问题突出，推荐采用轻型组合桥面+SMA铺装体系。

根据既有南北高架铺装情况，该工程铺装设计如下：9.5 cm沥青铺装（根据实际南北高架铺装调整）+2 mm防水层+7cmC50钢纤维混凝土（钢桥面上设35 mm圆头栓钉）。

3 结 语

本文结合上海市南北高架中兴路下匝道工程对匝道桥梁的方案设计进行了详细介绍。该设计方案在贯彻工程性能良好、经济安全合理、满足道路交通功能总体设计要求的基础上，注意桥梁结构的美观，体现较强时代感，以与城市的发展相协调，并能充分体现以人为本的设计理念及快速施工的特点。

渝广高速年内通车

近日，渝广高速复兴互通正在进行沥青路面铺设。渝广高速公路重庆段起于重庆市绕城高速公路，止于合川区香龙镇，全长约70 km，是重庆连接西安、北京最便捷通道。目前，全线主体工程接近尾声，进入路面及附属设施施工阶段，年内建成通车。届时，重庆至广安车程将由现在的90 min缩短至50 min，到西安也仅需7 h。

U442.5

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1009-7716（2017）03-0112-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.031

2017-01-01

李建中（1963-），男，湖北咸丰人，博士，教授，从事桥梁抗震和车-桥体系振动研究方面的研究工作。