既有立交改造工程难点分析与设计原则

■ 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 仲健

近年来，随着城市规模的不断扩大、交通需求的急剧增加，同时由于建设初期征拆不到位和规划前瞻性不足等因素，建成后的立交面临通行能力不足的弊病。考虑周边交通的发展或路网改造形成后的新布局等因素，为改善交通功能、缓解区域交通压力，将既有立交改造为全互通立交成为多数城市的必然选择。

本文以太原市西中环南延工程起点处立交为例，阐述并总结立交改造工程的建设难点和拼宽桥设计原则，以期为同类工程提供有益参考和借鉴（图1、图2）。

图1 改造前的西中环南中环立交卫星图

图2 改造后的西中环南中环立交卫星图

工程概况

西中环南延工程北起现状西中环南中环立交，南至姚村收费站，全长约17km。全线为城市主干道，设计速度为60km/h，主线为双向六车道，两侧有30m的绿化带（图3）。

图3 西中环南延工程平面图

图3 改建中的起点立交俯瞰图

西中环南延工程建成后，将为汾河西片区新增一条贯穿城市南北的主干路。

起点立交工程范围内主要工程包括6条新建匝道、4处拼宽匝道和1条拆除匝道（表1）。

表1 桥梁工程规模表

工程难点

西中环南中环起点立交改造设计施工过程中，主要解决了以下四个难点：一是新老桥拼宽；二是桩基防腐措施；三是桥墩改造；四是老桥拆除工程。

拼宽设计

该项目共计4处拼宽桥梁，拼宽总面积达5406.3m2，拼宽接缝长度共计766.6m。此次拼缝采用GD弹性混凝土拼缝技术[1]，克服了常规拼缝处理方式中新老桥横向挠度差引起的纵向裂缝的缺点。

桩基防腐设计

新建NW、NS、SN、WS、SE匝道位于原太化厂区工程范围内，干湿交替条件之下，该厂区内地下水对混凝土和钢筋均具有强腐蚀性。腐蚀深度为10m—15m，全桥共计121处桥墩桩基需采取防腐措施。

此次桩基防腐的原则为：以隔离防护为主，同时使用抗腐蚀性能好的建筑材料。

以1.5m桩基为例，采取直径1.7m钢护筒，钢板厚10mm，护筒长18m，Q345c钢。钢护筒的外表面包覆纤维增强复合材料（FRP），厚度不小于2.5mm。纤维增强复合材料能够适应该项目环境腐蚀条件，材料性能与施工要求须满足《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》的规定。

灌注桩成桩过程中应实时监测孔中水的PH值、硫酸根离子、氯离子的浓度。待清孔后孔中水质需达到普通成桩条件后方能下放钢筋笼并灌注混凝土，其中，PH值不得小于5.0、硫酸根离子浓度（以SO42—计）不得大于600mg/L、氯离子浓度（以CL—计）不得大于500mg/L。

桥墩改造设计

为节约投资，部分匝道桥墩保留利用。接高高度小于35cm的桥墩，采用较简单的改造垫石及梁底楔块的方式接高；接高高度大于35cm的桥墩，采用墩身接高方案。该工程合计3处支座垫石改造，4处桥墩墩身接高。垫石改造明细见表2所示。

表2 垫石改造明细表

墩身接高总体方案为：凿除既有桥墩墩头3.15m范围混凝土，保证既有桥墩的竖向主筋连接部分完全外露，采用焊接的方式将竖向主筋接长（双面焊5d或单面焊10d长度），安装模板，浇筑混凝土至设计墩顶高（图4）。

图4 墩柱接高立面图

墩柱接高明细表如表3所示。

表3 墩柱接高明细表

拆除方案

NW匝道拆除共计3个步骤：附属及桥面系拆除、梁体拆除以及桥墩拆除。

桥面沥青混凝土采用反铲破除，防撞护栏采用绳锯分块切割。

现状匝道为30m跨径预应力连续梁。该工程拆除梁体节段长为5m，保证拆除节段重量不超过80t。拆除节段梁底搭设钢管支架，在支架顶部法兰盘与梁底预留10cm—20cm的空间用于布置千斤顶。梁体切割前，将千斤顶作用于梁底进行钢管支架预压，塞入钢板或木楔来填充千斤顶及梁底空隙后，方可切割梁体。

桥墩可采用绳锯分块切割。

拼宽桥设计

立交改造前，需完成对既有老桥竣工资料搜集、老桥测量、外观普查、桥梁检测、荷载试验。拼宽段新建桥梁方案需经业主报送给原设计单位审批同意后方可实施。

下文是设计过程中立交改造需遵循的老桥测量要点及拼宽桥设计原则。

老桥测量要点

老桥测量要点除了外形特征点、高程特征点、桥长控制点以及桥梁拼接基准线外[2]，还需要注意以下两个方面的问题：

一是桥面横坡。测量出边防撞墙内边线标高、桥中心标高、中央防撞墙内边线标高，以便推测出每个墩断面处桥面横坡。

二是桥墩轮廓及墩顶标高。部分地面道路改造后，需要复核梁底及花瓶墩墩顶标高，确保下穿道路满足净空要求。

拼宽桥设计原则

拼宽桥设计需遵循以下原则：

一是拼宽桥与老桥的荷载等级应相同。应对原有结构进行验算，如有必要，需对老桥进行加固改造。

二是新老结构上部构造应采用同类型结构进行拼宽，为同刚度拼接设计；应尽量避免采用不同类型的结构进行拼宽，即异刚度拼接设计。同刚度拼宽设计可有效减少新老桥间纵向及横向位移差，进一步保证横向接缝的使用寿命。

三是尽量设计拼宽桥与老桥各自独立，单独受力，上部构造弱连接或不连接，下部构造不连接。拼接部分应当避免与原结构共同受力。

四是考虑到窄桥抗倾覆性能较弱，需保证拼宽桥桥宽不小于2m。拼宽桥在起终点处可设置跳台，跳台处需设置安全措施，防止机动车撞击跳台端头处的防撞墙。

五是新桥伸缩缝需与老桥伸缩缝平面位置对齐，且采用相同类型的伸缩缝，可保证新老桥联长一致。如因地面道路设置等限制条件，无法保证相同联长，建议拼宽新建桥联长不得超过老桥，尽量避免新建桥限制老桥纵向自由伸缩。

六是新桥需与老桥采用相同的支座体系，保证新老桥纵横向变形一致。

七是拼接桥梁需保证桥路配合，拼宽桥应与原桥纵横坡保持一致。

八是拼宽新建桥梁需采用老桥道路中心线展开纵断及横断设计，根据实测标高拟合老桥纵断及横断面，通过调整铺装调平层厚度保证新老桥桥面纵横向平顺。

九是拼宽新建桥的基础形式原则上采用桩基础，可尽量减少施工过程中对老桥基础的影响。当地基条件较好时，也可采用与原桥相同的基础形式，但应考虑桩底压降或者地基处理等方式保证施工期及成桥后减少结构沉降的措施。

十是当拼接新老结构均为摩擦桩时，拼接部分新桥桩长应比原有老桥桩长长[3]。

结语

本文介绍了既有立交改造的设计难点及拼宽桥的设计原则。工程实践表明，上述拼宽桥设计原则切实可行，可在改造立交工程中推广应用。同时，建议建设单位在项目建设初期应结合远期规划方案，综合考虑受限因素，分阶段实施近期工程，待建设条件具备后，完善后续工程，可有效减少改造工程中可能出现的旧桥拆除、旧桥顶升、墩柱接高以及新老桥拼宽等难点工作。