某空中异形交叉口平台设计实例

吴佳璞

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司,上海市 200092）

0 引言

随着我国经济的快速发展，交通网络系统呈现蓬勃发展，城市道路基础设施不断建设与完善[1、2]。交叉口能提高交通通行效率而被广泛使用成了道路系统的重要组成部分，它是道路交通的交通咽喉[3]。由于地势环境、设计指标、规划要求等原因使得交汇道路高差较大，平面交叉口难以满足要求，因此往往要采用空中异形交叉平台。其中交叉口的施工是工程项目的重点关注方面。施工技术、流程，以及施工阶段结构受力状态的合理与否是影响结构在使用阶段安全性、适用性和耐久性的关键。而异形交叉平台由于构造上的复杂性和几何不规则性，其施工工艺和受力均不同于一般交叉平台。因此，本文以某一空中异形交叉口平台工程案例为背景，提出一套针对该类异性空中平台的满堂支架法施工工艺，并分析了该异形空中交叉平台在施工阶段的受力特点，为同类工程提供参考。

1 工程概况

某空中异形交叉平台位于某市中心城市次干路，因现状交通功能、交通服务均与规划定位不匹配，所以需要对该区域基础设施进行完善。该项目南北走向与呈祥路原有道路相连，东西方向与碧水桥衔接。因交叉口设计标高与地坪标高相差约7.0 m，经可行性研究和方案比选后建议采用高架桥形式进行搭接两通道的过渡区域。如图1、图2所示。

图1 工程项目位置图

图2 平台下效果图

交叉口平台跨径布置为16.391 m+17.609 m=34 m，与碧水桥相接宽度为40 m，与呈祥路相接桥宽为29 m。梁断面形式为单箱多室箱型断面，梁高2 m，顶板厚0.25 m，底板厚0.22 m，腹板厚0.4～0.65 m。纵向（碧水桥行车方向）按照钢筋混凝土构件设计。横梁按照预应力A类构件设计。结构平面图如图3所示，中支点结构断面如图4所示。

图3 异形平台平面构造图

图4 中支点结构断面图

2 交通组织与竖向设计

2.1 交叉口设计原则

（1）交叉口设计符合规划要求；

（2）满足交通需要，尽量增大交叉口通行能力；

（3）碧水路、晋绥路交叉口与呈祥路、碧水路交叉口间距仅180 m，属于短距离交叉口，该段道路全线拓宽2条车道，以提高通行能力；

（4）合理配时。

2.2 交叉口交通组织设计

在碧水路、呈祥路交叉口范围内，碧水路增加1条进口车道及1条出口车道；呈祥路道路等级较低且交通量不大，故不做渠化设计。同时为方便北侧居民出行及解决污水厂进出问题，在平台下设置一进一出两条辅道。

2.3 交叉口竖向设计

交叉口竖向设计的目的是通过调整交叉口范围内相关有关各点的标高，合理确定交叉口各方向斜街关系，以符合行车舒适、排水迅速及建筑美观等要求。

空中异形交叉口平台结构复杂，且与四个方向相接均为混凝土桥梁结构，所以竖向设计调整空间有限。相接桥梁均为双向2%横坡，由于地形限制，纵坡也相对较大。故竖向设计既要满足桥面标高顺接，还要考虑结构外形可以匹配过渡。为使平台结构高差不宜过大，故相接桥梁在临近交叉口的一联范围内，通过箱梁整体旋转将横坡逐渐减少至1%或更小。这样的处理在垂直相交的两个方向纵坡影响下将平台内部高差尽量减小，使得平台四个圆弧段的两端可以通过较小的坡度平顺连接，进而包括平台在内的五个相交结构立面及粱底外观上平顺、统一。

3 结构模型计算及结果分析

结合交叉口平台的满堂支架施工方法采用桥梁博士计算软件对交叉口平台进行建模计算，考虑恒载效应、刚束张拉，以及收缩徐变对结构影响进行分析，共建立了337个节点，509个单元，模型如图5所示。

图5 有限元计算模型

结构的纵向裂缝指标、横梁应力指标及承载力强度等常规指标均满足规范要求，不再赘述。现主要针对施工过程中平台两个方向的弯矩耦合及挠度值对施工提出指导。

将施工阶段分为三阶段：

阶段1：满堂支架现浇；

阶段2：张拉预应力；

阶段3：成桥及徐变。

对结构内力进行计算分析，给出总内力较大的单元，如表1、表2所列。

表1 Mx弯矩效应一览表 kN·m

表2 Mx弯矩效应一览表 kN·m

由表1、表2可知在不同的方向上的最大内力出现在不同单元上。在进行具体施工时，应同时考虑两方向上的作用，以及其耦合作用。根据模型计算得出Mx弯矩最大值多数存在于结构边缘单元上，My弯矩最大值分布在y方向（主梁纵向方向）的跨中区域，应当引起重视。先挑选关键单元对比两个方向的弯矩值如图6、图7所示。

图6 Mx弯矩效应曲线图

图7 My弯矩效应曲线图

由图6、图7可知：在两个方向同时作用下My荷载效应较大，应以My为主要控制因素。局部荷载效应过大导致结构产生挠度变形。为研究不同施工阶段对结构挠度的影响，本文给出部分挠度较大的节点进行论证。见图8所示。

图8 关键节点位移变形曲线图

从图8可知在荷载作用下，总体的挠度变化小，在允许范围之内。其中，挠度突变的节点处在截面变化段，受力比较复杂，进行施工时，应着重关注，对截面突变区域进行实时监测。第一阶段引起的挠度较大，考虑到对刚束进行张拉时，应当两端同时张力，避免张拉应力不平衡而引起局部梁体受损，导致挠度突变。

4 平台施工

4.1 施工方案

在市政工程建设中，满堂支架法在现浇混凝土箱梁施工中得到广泛的运用[4、5]。满堂支架施工时多点支撑，沉降容易控制，张拉时支架反弹量小，对主梁健康控制有利，线型也同样容易控制[6]。交叉口平台高程控制是道路交汇的主要技术指标。与一般交叉口相比，空中交叉口具有施工困难，造价高、工期长等特点，尤其是关系到结构外形控制及交叉口竖向设计，故应从经济、安全、美观等多方面考虑。根据现场实际情况可知该异形平台具有以下特点：

（1）工程在原有道路基础上进行高架系统的施工，地基的承载能力满足使用要求且排水系统完善。

（2）项目施工会影响呈祥路的通行，施工周期不能过长，与其他施工工艺相比，采用满堂支架法所需的工期更短，对周边的影响较少。

（3）交叉口平台箱梁形状不规则，不宜采用预制梁，只能通过现浇的方法进行施工，满堂支架法能更好地进行施工控制，保证箱梁外形美观，施工标高达到设计要求；且箱梁顶面需满足交叉口竖向设计要求，同时需满足箱梁等高的控制要求。

（4）满堂支架法的造价更低，能有效降低工程的资金耗费。

因此，综合项目实际特点，选择满堂支架法进行施工更适宜。现场施工如图9所示。

图9 满堂支架法施工现场之实景

施工方案如下：在箱梁结构范围内搭设密度不一适应其荷载的支架，在其顶部安装模板，并安装满足精度的高度调整装置，绑扎钢筋，浇筑混凝土。待混凝土达到设计强度后，张拉预应力，最后拆除支架完成全部施工，具体施工流程如图10所示。

图10 满堂支架法施工流程图

4.2 支架、基础预压

支架地基的稳定性是保证施工顺利进行的前提条件。施工前须对支架及基础进行预压。支架预压的目的是为了消除支架的非弹性变形[7-8]。一方面防止对混凝土梁施工时，支架基础因较大沉降或失稳而导致混凝土开裂；另一方面检验支架的安全性和收集施工沉降数据，以控制梁体浇筑线形。该项目采用预压荷载是支架承受的全部荷载的1.1～1.2倍，加载完成后直至日沉降量连续2日不超过2 mm。同时，施工期间亦必须加强梁体及支架变形的检测和控制。

4.3 模板安装

所浇筑的平台是异性平台，对模板的要求较高，需要注意一下几个问题：

（1）在安装前，应严格检查模板的形状与尺寸，在保证模板精准的基础上才能进行下一步安装程序。

（2）结构的标高控制尤为重要，主要通过交叉口竖向设计确定桥面标高，再减去铺装及结构高度，反推立模的标高。在进行立模的同时，应该考虑支架及模板的弹性变形。

（3）在地面模板的调整精度上提出更高的要求，既不能影响浇筑后地面的美观性，又能满足竖向设计要求，从而使得各模板间平面平顺过渡。

5 结语

本文以某空中交叉口平台案例为背景，提出了适用于该类结构的施工方法，并分析了该类结构施工阶段受力特点，结论如下：

（1）在交叉口竖向设计时，应尽量减小相接结构的纵横向坡度，使得异形平台竖向标高平稳过渡，避免产生因过大的高差而导致其结构设计和施工时的困难。

（2）通过空间计算，合理化桥墩支点布置，确定主要受力方向，优化箱梁结构布置，在减小结构自重的同时针对结构受力特点布置纵横梁格。

（3）对该类型结构进行满堂支架施工时，应注意以下几个方面:a.结构的内力受两个方向的影响，当施工跨度不同时，建议以大跨度控制为主要方向。b.在对现浇箱梁进行预应力钢束张拉时，张拉力应进行复核且严格按照张拉工艺进行张拉。c.进行标高控制时，针对边缘区域应加密测点，随时进行监控。d.平台浇筑前应保证控制点定位及标高准确，以满足交叉口竖向设计要求且与相接桥梁平顺过渡。