城市全预制拼装匝道桥梁设计与施工

黄华琪

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引 言

随着城市交通的日益发展，近年来我国城市高架快速路的建设呈爆发式增长。一些城市在快速路运营多年后，由于城市区域功能的拓展，原设计的上下匝道已无法满足交通疏解的需求，需要拼宽新建上下匝道以改善交通条件[1-2]。

不同于公路桥梁的拼宽建设，市政高架新建匝道往往会遇到施工场地局促、管线搬迁困难、环保要求高等问题。因此总结已有工程案例，研究如何快速、安全、环保地进行匝道桥梁建设，具有重要的现实意义。

1 工程概况

1.1 建设背景

中兴路位于上海火车站北侧，是进入北广场的重要通道。新建南北高架中兴路下匝道一方面可优化南北高架对地区的服务，改善铁路北广场区域地面交通；另一方面可缓解北横通道天目路立交改造期间新客站附近道路的交通压力。工程全长约420 m，其中桥梁全长约341 m，标准桥宽7.25 m（单车道+停车带设计），于2017年6月21日开工建设，同年12月26日建成通车，预制拼装率达93%以上（见图1）。

图1 建成后的南北高架中兴路下匝道

1.2 项目特点

1.2.1 环保要求严格

该工程根据环评报告和上海类似工程案例，要求做到以下内容：

（1）匝道桥梁结构边线距离居民房净距不小于12 m。

（2）新建工程范围内，全线布设声屏障，声屏障高度为桥面以上6.5 m；且施工期间要求尽可能减少现场浇筑量，减小对居民生活及周边交通的影响。

1.2.2 管线制约设计

共和新路段既有直径1.0 m合流污水管，埋深2.65 m左右，另有1.0 m铸铁上水管，埋深1.45 m，工程范围内共计5个桥台桥墩桩基施工对污水管产生影响，最小净距2.5 m。

中兴路段已实施直径2.2 m合流污水管，埋深在4.3 m左右，工程范围内共计5个桥墩桩基施工对污水管可能产生影响，桩基与污水管最小净距在1.19 m左右。

上述管线由业主单位牵头，与管线权属部门、管理养护部门等多次协调，考虑管线搬迁的影响范围、实施难度、工期及费用，均不考虑搬迁，由设计单位和施工单位对管线进行保护（见图2）。

图2 工程范围内管线与桥梁结构关系图（单位：m）

1.2.3 场地空间局促

如图3所示，中兴路地处上海市区核心地段、上海火车站北侧，居住人口密集，交通流量大。

图3 工程范围内现状道路条件

共和新路段（与南北高架拼宽段）既有南北高架距离居民房最小净距14.7 m，为机动车道、非机动车道和人行道，工程建设期间需确保三车道通行及人非的正常通行，最大施工作业空间约6 m。

中兴路段现状为双向八车道，其中北侧三车道，南侧五车道。施工期间原则上要求车道数不变（压缩车道宽度，取消部分侧分带）；部分施工作业时段，可局部压缩一个车道，最大作业空间约12 m。

同时，由于南北高架对上海市交通的重要性，工程拼宽改造实施期间，应维持既有高架双向六车道通行。

1.2.4 建设工期受限

为尽可能减小施工期间对局部及周边交通的影响，同时为北横通道天目路立交改造施工预留施工时间，该工程须在6个月内建成通车。

2 匝道桥梁设计方案

2.1 总体设计方案

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，拼宽段标准桥面宽度5.25 m（一车道）；跨路口节点桥桥宽为8.15 m（一车道+停车带），位于曲线半径60 m的道路平面上；落地匝道段宽7.25 m，位于直线段上，桥梁南侧有直径2.2 m的合流污水管（见图4）。

图4 中兴路下匝道总体布置图

为最大限度地缩短工期，减小施工期间对周边居民、地面和南北高架交通及市区环境的影响，通过综合比选：桥梁上部结构全线采用钢箱梁，分段工厂预制现场吊装焊接施工；下部结构采用带盖梁的独柱墩，桩基采用钻孔灌注桩，除桩基承台外，下部结构采用预制拼装技术；桥梁防撞护栏采用钢护栏，整体吊装焊接施工。

2.2 上部结构设计

钢结构可分段预制拼装，现场吊装重量小、施工灵活性好，可很好满足中兴路下匝道施工作业空间受限条件，因此该工程上部结构全线采用钢箱梁。

拼宽段桥墩布置以与现状桥梁桥墩对齐为原则。首联跨中华新路，老桥既有结构边距离居民房净距仅14.24 m，而根据环保要求，新建结构边距离居民房最小净距12 m。因此该联根据道路功能需求，进行异形变宽设计，桥宽为2.1～5.25 m，同时为确保车辆右转需求，首墩与南北高架错开布置，单孔跨径35 m，并设置3 m挑臂，满足道路渐变需求。最终首联桥采用35 m钢箱梁+3 m挑臂形式，梁高考虑与老桥刚度匹配，采用2.2 m。

拼宽段采用小挑臂箱梁，一方面可提高拼缝处桥面挠度，与老桥刚度匹配；另一方面有利于增大支座间距，提高桥梁抗倾覆稳定（拼桥支座均采用抗拔支座，进一步提高桥梁抗倾覆稳定）。

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（见图5）。

落地段根据台后填土高度2.5 m左右确定桥长，跨径布置为3×33 m，梁高1.7 m。

图5 上部结构现场照片

2.3 下部结构设计

2.3.1 桩基设计

该工程共和新路及中兴路桥梁投影正下方均有管线限制桥梁桩基布置，根据避让需要，桩基采用纵向双排桩设计。同时由于工程环保要求高，桥面以上声屏障高度6.5 m，对横向单排桩设计极为不利，桩头强度及变形控制设计。根据计算需求，该工程拼宽段及标准段采用2根1.5 m钻孔灌注桩（首墩采用2根1.2 m钻孔灌注桩），跨线曲线50 m钢结构共和新路主墩因管线限制，采用2根1.8 m钻孔灌注桩，中兴路主墩采用3根1.5 m钻孔灌注桩。

2.3.2 桥墩盖梁、桥台设计

与常规高架或立交匝道桥墩相比，该工程具有以下特殊性：

（1）桥面以上声屏障高度6.5 m，横向抗风控制桥墩设计。

（2）桥墩采用预制拼装技术，灌浆套筒或金属波纹管连接要求钢筋间距大于现浇桥墩钢筋间距，且一般为单排设计，导致相同截面条件下，预制拼装桥墩截面承载能力仅为现浇桥墩的60%～80%。

因此该工程桥墩尺寸相对较大，且考虑模板的一致性，P2～P5、P8～P10 墩尺寸统一为 1.5 m×2.0 m（顺桥向×横桥向），P6、P7墩为曲线中墩，考虑墩高、离心力，以及风载较大，桥墩截面尺寸为2.2 m×2.4 m（顺桥向×横桥向）。P1墩考虑上部结构宽2.1 m，采用墩梁固结，桥墩采用钢墩，墩底与承台采用预应力锚栓连接，桥墩下部填充C40低收缩混凝土。

盖梁考虑支座布置、受力需求、桥墩钢筋伸入长度、景观效果，采用倒梯形截面，支点高度1.8 m。

桥台桩基及承台由于避让合流污水管，与台帽台身垂直布置。桥台同样采用预制拼装技术（见图 6）。

3 下部预制拼装及拼桥纵缝设计

3.1 预制拼装接缝设计

3.1.1 接缝连接方式

桥墩预制拼装的关键技术是拼缝的处理，其直接影响桥墩的强度、刚度、耐久性及抗震性能。目前国内桥墩与承台、盖梁连接一般有三种形式：灌浆套筒连接、张拉预应力连接、灌浆波纹管连接[3]。

图6 下部结构施工现场照片

张拉预应力连接通过采取特殊锚固措施（自锁式锚具）保证钢绞线锚固可靠性，相比套筒、波纹管连接，需要张拉预应力，施工工艺复杂，该工程不采用。

从节约造价考虑，可采用承台和盖梁内预埋波纹管的连接方案[4]，但该方案立柱两侧均需外露1.5 m以上钢筋，立柱预制、运输、安装难度大。因此该工程立柱与承台连接方式采用灌浆套筒连接；立柱与盖梁的连接方式采用金属波纹管连接，达到可施工性和经济性的平衡。

3.1.2 接缝材料

不同构件间的接缝材料采用高强无收缩砂浆，砂浆垫层厚度采用20 mm。

3.1.3 套筒及金属波纹管型号及锚固长度

该工程预制桥墩主筋直径40 mm。

套筒直径95 mm，套筒长度800 mm。金属波纹管根据规范要求，直径不小于钢筋直径+40 mm，采用《预应力混凝土用金属波纹管》（JG 225—2007）中JBG-80Z金属波纹管，壁厚0.45 mm，肋高3.15 mm，材质为304不锈钢。波纹管保护层厚度不小于50 mm，波纹管净距按1倍管径控制。

盖梁内波纹管的锚固长度按不小于30d控制，并尽量伸入到盖梁另一侧。

3.2 拼桥纵缝设计

设计阶段考虑到南北高架运营已有近20年，沉降已基本趋于稳定，为避免拼宽对原有结构的影响，该工程纵向拼缝采用结构不连、铺装连续的方案。同时为避免接缝处铺装开裂，拼缝处铺装下层采用钢纤维混凝土，上层采用弹性混凝土。拼缝结构如图7所示。

实际施工阶段考虑到建设工期、工程体量、新建工程计算及实测沉降情况，借鉴周家嘴路拼宽纵缝经验，铺装面层直接采用常规沥青混凝土，目前运营状态良好。

图7 拼宽纵缝设计（单位：mm）

4 超近距离管线保护设计

中环虹梅南路立交桩基施工时，承台正下方有2.0 m污水管通过，污水管与桩基净距仅1.0 m[5]。桩基施工时，采用板桩加固的保护措施，并实时监测污水管的变形。该方案保护措施简单高效，方案的成功实施为合流污水管的保护提供了参照案例。

为减小桩基施工、承台开挖对地面道路及污水管、上水管的影响，桩基施工前，承台周围用拉森钢板桩支护封闭，并施加支撑，近合流污水管侧拉森钢板桩在施工完成后不拔出，减小施工过程对管线的影响；钻孔灌注桩施工时采用钢护筒保护，可避免钻孔过程对污水管的影响；开挖时采用陡坡开挖，减小开挖范围。施工过程中，对管线进行变形监控（见图8）。

方案进过多轮评审，并最终实施，有效避免了施工期间对污水管的影响。

5 结语

中兴路下匝道涉及桥梁拼宽、合流污水管保护、超高声屏障条件下上下部结构稳定、全预制拼装等设计施工问题，且工程位于上海市区核心地段，交通繁忙，工程协调难度大，施工作业空间小，工期要求紧。该工程通过前期的精细化设计、后期的高效施工组织，采用全预制拼装技术，有序高效地完成了工程建设，为城市高架拼宽匝道的设计施工提供了借鉴。

图8 管线保护方案（单位：m）