复杂工况下分离式立交桥改扩建实施方案探讨

周泽昶 郭懿 周成 陆国荣

基金项目：国家自然科学基金联合基金资助项目“岸坡复合生态防护体系与长期服役性能研究”（编号：U2340227）；2020年度第三批广西交通运输行业重点科技项目“广西石漠化地区公路生态修复成套技术研发与应用示范”（编号：XFZ-KY-LYH-20200112）

作者简介：周泽昶（1981—），硕士，高级工程师，研究方向：交通运输工程。

文章结合柳南高速公路飞鹿分离式立交桥改扩建工程，通过分析各种比较方案，剖析实施过程中存在的技术问题，并进行过程模拟和优化比选，提出了符合各方诉求和现场实际的解决方案，可为同类型的分离式立交改扩建工程提供技术建议，促进高速公路改扩建工程的发展。

高速公路改扩建；分离式立交桥；复杂地形；小角度交叉；交通导改组织

U448.17A521825

0 引言

由于建设顺序存在先后，高速公路和国省干道在路线规划上不可避免存在诸多交叉点，对于地形平坦、垂直相交的分离式立交桥梁，一般采用直接按照原设计同种结构类型加宽加长，但少数高速公路和国道均需要加宽、且交角过小、同时又受两侧诸多地形地物因素制约的，则需要采取非常规设计方案设计和综合有效的交通组织保通措施［1-6］。

柳南高速公路是国家“7918”高速公路网泉州至南宁的重要组成部分，是广西最繁忙的高速公路。经过近二十年的使用，该段道路交通量已趋饱和，将现有双向四车道全线改扩建为双向八车道是经济社会发展的迫切需求［7］。

本文从高速公路桥梁改扩建设计原则出发，分析K1223+010飞鹿大道分离式立交桥在设计、施工阶段的方案调整和优化情况，并结合现场问题分析了原方案和各参建方提出的探讨方案，认识到该类桥梁改扩建工程推进的首要难题是如何实现旧高速公路和被交路的保通，提出了“拼宽原有旧桥+新建钢箱梁框架桥+市政改路保通”的综合解决方案，在分离式立交桥改扩建工程技术分析应用基础上，进一步总结推广了小角度交叉的处理措施，以期对类似工程提供更好的技术方案，促进复杂地形下特殊立交桥改扩建的发展。

1 桥梁改扩建设计原则及保通方案

改扩建或多或少会影响原有道路的交通通行，由于本项目是广西南北大通道，沿线交通源对本项目的依赖性大，因此保证原有高速公路的正常通行是改扩建方案实施的基本前提。实施方案包括两部分：（1）分离式立交桥本身的桥型方案；（2）实施过程中高速公路主线和被交国道的交通组织保通方案。

1.1 桥型方案遵循的原则

技术可靠原则：根据旧桥特点选择合适的桥型方案，合理安排建设工序，确保工程质量可靠。

高效快捷原则：桥型方案可快捷高效实施，适应大车流量高速公路改扩建较短的工期需求。

经济适用原则；桥型方案应切合实际，不盲目追求高技术含量，严格控制好建设投资规模。

1.2 保通方案遵循的原则

不中断交通原则：要求施工期间不中断原有高速公路主线的交通，保证各个时段的通行，部分拆除、吊装过程集中分区段实施。

少影响原则：将对柳南高速公路主线和被交路G323国道的交通影响程度减至最小，包括影响长度最小和影响时间最短，在施工期间提供接近原有通行能力的保通方案。

1.3 桥梁改扩建一般性保通实施方案

为保证施工阶段四车道通行，结合路面施工交通组织方案，主线桥梁双侧拼宽，新老桥分别改造拼接。拼接过程中半幅通行、半幅施工，老桥宽度24.5 m双侧均加宽8.25 m，新老桥对向四车道通行。

步骤一：新建两侧拼宽桥梁，完成下部及上部结构施工，现浇调平层，设置临时隔离护栏，并施工一侧至临时桥面，原老桥双向四车道保持通行（见图1）。

步骤二：转移一侧交通至新建桥面，双车道通行，该半幅老桥单向两车道通行，全断面短期内双向三车道通行，对另半幅老桥改造边梁、加固、顶升等施工，同时将新桥施工至与老桥齐平，完成新老桥拼接，最后整体摊铺沥青路面至桥面顶层（见图2）。

步骤三：半幅桥面整体拼接施工完后，将交通转至该半幅，双向四车道通行；完成另半幅新老桥拼接，最后整体施工摊铺至桥面顶层（见图3）。

步骤四：拆除临时护栏，完成附属设施施工，实现全断面双向八车道通行（见图4）。

2 飞鹿立交桥改扩建原方案及存在的问题

K1223+010飞鹿大道分离式立交桥位于鹿寨县十里亭村，原有旧桥为1 m×16 m桥式通道，服务G323国道下穿高速公路的交通通行。根据地方规划，飞鹿立交所处位置的国道将扩建成40 m宽城市大道。因此设计单位将飞鹿立交设计方案确定为将原有桥通拆除后，新建2 m×25 m简支箱梁桥，桥中心线与G323国道中心线小角度斜交，交角为25°，如图5所示。此方案通过了项目初步设计及施工图审查。

该桥施工时在保证高速公路交通正常通行的同时还要保证G323国道的正常通行，两条道路的交通量都很大，且周围地形地物限制因素多，交通组织难度大、安全风险高，是项目控制性工程。

根据拼宽原则并结合旧桥特点，飞鹿大道分离式立交改扩建设计为2孔25 m预应力混凝土小箱梁桥，施工桥梁需拆除旧的1孔16 m分离式立交桥。

2.1 飞鹿大道分离式立交桥设计方案

飞鹿大道分离式立交桥拆除后新建的跨径为2×25 m，桥梁全长121.85 m。考虑地方规划该段国道即将扩建为40 m宽城市道路，桥梁继续采用斜交正摆形式，采用柱式桥墩和重力式组合桥台。

2.2 飞鹿大道分离式立交桥保通导改方案

方案需同时对高速和国道进行交通导改。国道桂林往南宁方向车辆经K1222+806桥通下穿高速公路，通过导改道路实现通行；南宁往桂林方向车辆经K1223+535天桥上跨高速公路，通过导改道路实现通行。高速公路车辆通过线路右侧临时改线实现通行，如图6所示。临时导改方案工程数量如下页表1所示。

根据现场实际踏勘情况，对于国道的交通导改，线路左、右侧各存在以下问题：

（1）线路右侧的导改线路较长，且沿线电线杆分布密集，杆线走向错综复杂，并有两处高压线铁塔。同时，鹿寨县实验中学围墙距离线路较近，改路面临巨大的拆迁压力。由于本项目工期较短，前期拆迁工作进度缓慢，一直无法取得有效突破，严重影响后续施工的正常开展。

（2）线路左侧改路绕行线路更长，工程量大，占用大量耕地，且国道通往天桥的路线迂回，天桥宽度较窄，难以实现大规模分流国道的车流量。

3 拟实施方案比选分析

由于原方案对高速公路和国道进行交通导改所需征地无法解决，各参建方结合各责任单位意见，开始对桥型设计和交通导改方案进行优化研究。

各有关责任单位的意见主要有以下几个方面：

（1）在高速公路正式开工后，处于设计阶段的国道拓宽工程建设单位出示了最新批复的断面图，强调高速公路扩建必须留够40 m宽红线、双向六车道通行的市政道路标准横断面，如下页图7所示。

（2）国道管养单位明确提出，该段国道是县城主要北上通道，交通量特别大，高速公路改扩建要保证群众正常出行不受阻，实施双向交通中断的封闭施工方案是绝对不允许的。

（3）紧邻高速主线右侧的某行政单位提出，作为占用其用地的补偿条件，方便人员和车辆日常出行，要求在高速公路右侧平行建设一条行车道为2 m×4 m、人行道为2 m×1.5 m，总宽度为11 m，长约350 m的道路，能缓解国道改路交通管制期间的拥堵。

结合以上意见，本着“安全施工、安全通行、控制工期”原则，经过多次会议协调，研究提出以下方案。

方案一：将高速公路改路由右侧调至左侧，同时为保证国道通行安全，方便新建桥梁施工，将新建桥梁沿高速公路大里程方向整体平移29.58 m，其他结构形式保持不变，平移后0#～1#墩跨中心线与现有桥通中心线重合，如图8所示。

方案调整后的施工顺序：

（1）优先施工两侧拼宽范围内的桥梁桩基下构和桥梁两侧拼宽路基，同时根据工期合理规划施工导改道路。

（2）导改道路施工完成后，高速公路交通通过导改道路实现通行，国道交通通过现有桥通正常通行，挖除高速公路进行1#～2#墩台桩基、下构及上部结构施工。

（3）完成后将国道交通通过1#桥梁和1#～2#墩之间位置进行导改，封闭现有大桥交通，形成封闭施工空间。完成施工后进行拆除，同时施工高速公路范围内0#桥墩的桩基和下构，最终完成上部结构施工，实现新建桥梁双向八车道通行。

（4）拆除高速公路导改临建的道路及桥梁，恢复国道原有道路通行。

方案二：优化K1223+535十里亭汽车天桥的设计方案，在该天桥实现国道双向通行，同时在高速公路左侧进行改路。然后将高速公路改路由右侧调至左侧，新建桥梁保持原设计结构和位置，如图9所示。

方案调整后的施工顺序：

（1）提前进行K1223+535十里亭汽车天桥新建施工，同时施工左侧国道改路和两侧拼宽范围内桥梁桩基下构以及高速公路拼宽路基。

（2）完成后，国道交通通过导改实现通行，进行G72高速公路左侧改路，通过导改实现通行。

（3）挖除高速公路原有桥通，进行新建桥梁的下部结构、上部结构施工，完成后实现新建桥梁双向八车道通行。

（4）拆除导改道路，恢复国道的交通通行。

方案三：将新建桥梁沿大里程方向整体平移29.58 m，其他结构形式不变，平移后0#～1#墩台跨中心线与现有桥通中心线重合。然后对桥梁进行单侧加宽两车道。由于左侧地势平坦开阔，拟对高速公路左侧再加宽两车道，由双向八车道变更为双向十车道，其中右幅四车道，左幅六车道，将高速公路交通导改到左幅外侧新增加的两车道上，如图10所示。

方案调整后的施工顺序：

（1）首先施工两侧拼宽范围内的桥梁桩基下构和桥梁两侧高速公路拼宽路基。

（2）将高速公路导改到左幅新增加的两车道实现通行。待国道交通实现正常通过后，挖除临建道路，进行1#、2#墩台桩基、下构及上部结构施工。

（3）将国道交通导改到1#、2#墩台中间的施工便道上实现通行，同时封闭原有桥通进行拆除施工，然后施工高速公路范围内的0#台桩基和下构，最终完成上部结构施工，实现新建桥梁的双向十车道通行，恢复原有国道通行。

方案四：为分指挥部提出的加长两侧桥长方案，即把1～30 m桥加长至两侧可以两车道通车、从而把高速公路和二级路改线均取消。

经设计院布设加长桥后，发现由于受新桥斜交正摆的影响以及线型指标问题，两侧临时改线的两车道能收进来的距离并不大，且右侧加长距离比较大，无法完全贴合旧路，相当于做了两条高速公路改线，其中左侧主线桥加长的部分已经覆盖了高速公路临时改线的导改桥。右侧则会侵入学校用地，征地实施困难（如图11所示）。因此，该方案虽具备可实施性，但并不是最优方案。

方案五：路政等单位提出不拆旧桥、抬高高速路纵坡越过旧桥做新桥，社会车辆绕行两个互通收费口，即黄冕出口下、鹿寨出口上的绕行方案。

后经设计院研究，该方案已直接排除，原因是该路段主线设计速度为120 km/h，按照路线设计规范最大纵坡为3%、最小坡长为300 m核查，该桥前后100 m范围内有2道盖板涵，前后300 m有4道盖板涵，前后500 m有5道盖板涵和1座天桥。新桥罩住旧桥至少抬高3 m（包括梁厚2.2 m+桥面铺装0.2 m+将来拆除旧桥需预留的0.5 m托运空间），抬纵坡会增加上述结构物恒载及降低天桥净空，旧涵盖板承载力无法得到保证，因此该方案技术上不可行。

在深入分析比选以上五种方案后，结合以往施工经验和工期要求，各方推荐方案一作为拆除新建和交通导改的实施方案。

4 最终的桥型设计、交通组织和施工方案

将变更桥型方案为2孔16 m，先拼宽旧的16 m飞鹿大道分离式立交桥，再在旧桥附近新建一孔16 m桥通供市政道路使用，同时增设11 m宽市政改路辅助施工期间国道通行，如图12所示。

4.1 最终的新桥设计方案

桥梁设计起点桩号为K1222+991，终点桩号为K1223+086，全桥长94.585 m，桥面宽41.0 m。桥梁上跨G322国道，桥轴线与该公路成25°交角，桥梁上构进行斜交正做，如图13所示。

考虑桥下采光需要，采用两种不同形式的桥台相连，即实体台与柱式台并排。桥跨由两孔组成，小桩号侧的一孔跨径为1 m×16 m，采用旧桥拼宽设计，上部构造为预应力混凝土空心梁，每侧桥梁拼宽16片梁，全桥共32片梁，湿接缝宽40 cm，下部构造采用柱式墩台和重力式实体台，明挖扩大基础。大桩号侧的一孔跨径为1 m×15.5 m，采用现浇钢筋混凝土箱型框架桥，明挖基础。如下页图14所示。

桥梁防震设计按Ⅶ度设防，桥台要求复合地基容许承载力≥350 kPa，框架桥地基容许承载力要求≥220 kPa。旧桥拼宽部分局部地基承载力不足时，采用素混凝土桩地基处理达到设计要求后，再进行下一道工序，如下页图15所示。

扩建后桥下净空≥5.0 m，由于原桥净空仅4.5 m，为保证净空满足要求，桥下道路进行降坡改路处理，框架桥分段根据桥梁施工组织进行调整。

4.2 最终的交通组织方案

本着“保施工首先保通车、保通车服务于保施工”的要求，在扩大基础开挖及下构施工时，采用分段封闭法施工，具有将作业区域与既有高速公路立体分离，保证国道行车安全要求，可减少对既有国道影响时限等优点，如图16～18所示。

待下部构造全部施工完毕后，拆除国道所有导改设施，恢复国道全断面12 m路基宽度范围。

4.3 最终的施工组织方案

办理完涉路施工许可手续后，对国道与施工区域进行隔离封闭式和基坑开挖稳定防护施工，施工流程如图19所示：

旧桥拆除：依次拆除护栏、防抛网、铺装层等上部结构，人工解除梁体横向联系，起重机吊拆除梁体，然后再拆除背墙、钢筋混凝土墩台帽、墩台身和基础等下部结构（见图20）。

新桥新建：将柳南高速公路进行全封闭分流即下穿国道改道后，桩基采用旋挖钻、冲击钻等成熟快速工艺成孔。承台基坑采用机械开挖+局部人工修正方式。为提高桥梁结构整体性，墩身采用泵送混凝土入模一次浇筑完成，运梁车运至待安装部位后采用120 t架桥机进行安装（见后页图21），台背回填完成后，拆除栈桥，恢复交通（见后页图22）。

5 结语

通过分析柳南高速公路飞鹿分离式立交桥改扩建的现场实施条件，研究比选了多种实施方案的可行性，揭示了多重因素制约下大车流量高速公路与国道小角度交叉的分离式立交桥改扩建过程中出现的技术问题，提出了“拼宽原有旧桥、新建钢箱梁框架桥分流、辅以市政改路保通”的新型解决方案，进一步推广拓展了桥梁改扩建应用技术，并给出了一些针对该类方案实施的建议，归纳总结如下：

（1）桥型结构设计方案不但要质量可靠、安全实用、还须结合现场条件和制约因素综合考虑，使设计方案能顺利落地，具备施工可操作性。

（2）改扩建工程施工期间的保通非常重要，需要详细制定既能保证施工顺利进行、又能让社会车辆安全正常通过的交通组织方案，让改扩建的高速公路和被交叉国道均保持交通通畅有序。

（3）对于靠近县城的分离式立交桥，在满足基本使用功能基础上，要尽可能考虑地方经济社会发展需求，采取技术措施预留足够的下穿空间。

［1］JTG B01-2020，公路工程技术标准［S］.

［2］JTG D60-2015，公路桥涵设计通用规范［S］.

［3］JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范［S］.

［4］JTG/T L11-2014，高速公路改扩建设计细则［S］.

［5］JTG/T L80-2014，高速公路改扩建交通工程与沿线设施设计细则［S］.

［6］张世平.考虑施工交通组织的桥梁改扩建方案设计——沪宁高速公路（江苏段）扩建工程［J］.中外公路，2008，28（2）：202-206.

［7］广西交通设计集团有限公司.广西柳州（鹿寨）至南宁高速公路改扩建工程两阶段施工图设计［Z］.2016.