城市立交桥梁拓宽改造工程设计实践

严国齐，杨 帆，汪 剑

（1.武汉航空港发展集团有限公司，湖北 武汉 430056；2.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430015；3.武汉生态环境设计研究院有限公司，湖北 武汉 430050）

0 引 言

近年来，武汉市城市路网规模持续增加，轨道交通网络不断加密，城市骨架路网提高了快速性和可达性，总体出行效率不断提升，但随着机动车保有量加速增长，局部美中不足，受集散交织段、上下匝道、立交转向匝道、地面衔接等因素的制约，早晚高峰常发拥堵。为此市政府有关部门组织精干力量成立专班开展现场调查、研究分析和方案论证，对武汉市骨架路网多个重要节点提出研究方案，以进一步提升路网运行效率，满足市民更快更方便出行需求。

如图1 所示为竹叶山立交和墨水湖立交的效果图，结合两个立交桥梁拓宽改造设计，本文详细介绍了城市立交桥梁拓宽改造工程的特点及难点，根据立交既有现状条件及限制因素，提出了拓宽改造方案，其实践经验可为相关工程提供借鉴和参考。

图1 竹叶山立交及墨水湖立交改造工程示意

1 工程概况

1.1 竹叶山立交改造工程概况

二环线竹叶山立交改造前为四层部分互通立交，其中H 匝道为发展大道右转黄浦大街方向匝道，匝道为单向单车道，匝道宽8.0 m，该立交于2011年竣工通车。2016 年，为优化和完善二环线竹叶山立交功能，对该立交H 匝道进行拓宽改造，根据立交改造总体方案，桥梁拓宽工程主要范围为：

（1）与右转H 匝道相接的发展大道段：该段拓宽1～3 m，长185 m。该段现状为一联钢箱梁，桥跨布置为（31+50+54+50）m，其典型横断面如图2（a）所示。

图2 竹叶山立交改造前典型横断面

（2）右转H 匝道段：该段拓宽3 m，长211.153 m。该段现状桥宽8 m，分为三联。第一联和第三联为两跨纵向预应力混凝土箱梁，桥跨布置均为（2×26）m；第二联为钢箱梁，桥跨布置为（33+41.153+33）m，其典型横断面如图2（b）所示。

（3）与右转H 匝道相接的黄浦大街交织段：该段拓宽3～5.5 m，长275 m。该段现状桥梁分为三联，均为三跨纵横向预应力混凝土箱梁，桥跨布置分别为（31+33+31）m、（31+27+27）m、（31+33+31）m，其典型横断面如图2（c）所示。

1.2 墨水湖立交改造工程概况

二环线墨水湖立交改造前为3 层苜蓿叶+ 半定向式部分互通，立交布置为江城大道位于第二层，二环线主线方向高架位于第三层，设置江城大道汉口方向与二环线东西两个方向的左、右转共四条匝道，该立交于2014 年12 月竣工通车，其典型横断面如图3所示。2016 年，为优化和完善二环线墨水湖立交功能，对该立交进行改造，根据立交改造总体方案，桥梁拓宽工程主要范围为：

图3 墨水湖立交改造前典型横断面

（1）E 匝道（墨水湖北路东往江城大道南左转匝道）：E 匝道起点在二环线由东向西设置长约140 m减速车道及渐变段，在既有二环线主线段ZL11、ZL12 联东侧单侧拓宽4～9 m，匝道其余部分为新增段，宽9～17 m、长978 m。

（2）F 匝道（墨水湖北路西往江城大道南右转匝道）：F 匝道起点在墨水湖立交C 匝道由北向南设置长约56.885 m 减速车道及渐变段，在既有C 匝道CL3 联西侧单侧拓宽4～9.5 m，匝道其余部分为新增段，宽8.1～9.5 m、长137.4 m。

（3）G 匝道（江城大道南往墨水湖北路东右转匝道）：匝道起点部分新增段，宽9 m、长205 m，G 匝道终点在二环线由西向东设置长约170 m 加速车道及渐变段，在既有二环线主线段ZL12、ZL13 联西侧单侧拓宽4～11 m。

2 工程特点及难点

根据道路总体设计方案，竹叶山立交改造及墨水湖立交改造桥梁工程具有如下共同特点及难点：

（1）两立交均已经建成通车，为优化和完善二环线立交功能，需在二环线上采用拓宽形式进行改造，且不能长时间中断桥上和桥下交通。

（2）两立交及地面路口交通非常繁忙，拓宽改造桥梁需采用施工工期短、对交通影响小、对既有桥梁结构影响小的结构形式，同时拓宽改造桥梁结构形式应尽量与原结构协调统一。

（3）原有主线及匝道结构形式较多，主要有钢筋混凝土连续箱梁、预应力混凝土连续箱梁、钢结构连续箱梁，其中主线预应力混凝土箱梁设置有横向预应力，对拓宽形式的选择有一定影响。

（4）改造范围内道路沿线现状地下管线较多，主要包括军用、电力、排水、给水、燃气、电信、通讯、路灯以及交管等管线。桥梁方案设计中桥墩及基础布置应尽可能避免管线迁改。

（5）与近期实施的轨道线路（轨道8 号线）以及远景年实施的轨道线路（轨道10 号线）等两条线路相关，其中轨道8 号线与竹叶山立交改造工程桥梁共线约1 km，轨道10 号线与两工程相交并设站。桥梁方案应与8、10 号轨道站点和线路进行充分协调。

除上述特点外，对于墨水湖立交改造工程，还需要考虑以下几点：

（1）新增E、F 匝道需跨越江城大道城市综合体地下空间，匝道立墩应结合地下空间工程布置。

（2）涉及到拓宽的主线预应力混凝土箱梁上设置有6 m 高封闭声屏障，拓宽后需拆除既有声屏障，并在新建拓宽段箱梁上恢复，由于拓宽箱梁相对较窄，声屏障高度对拓宽箱梁结构受力影响较大。

3 桥梁拓宽方案构思

3.1 总体方案

目前，常用的桥梁拓宽形式主要有三种：（1）上部构造与下部构造均不连接；（2）上部构造与下部构造均连接；（3）上部构造连接而下部构造不连接[1－5]。

对于竹叶山立交与右转H 匝道相接的发展大道段，拓宽段长约185 m，拓宽1～3 m，原桥梁结构为（31+50+54+50）m=185 m 钢结构箱梁，其中墩均设置有侧墩及外伸横梁，且横梁外伸宽度超过拓宽宽度，如图4 所示。若采用上部构造不连接的形式，需在原桥梁侧墩纵向两侧设置拓宽桥梁桥墩，但考虑到地面人行道及地下管线较为复杂且较难迁改，新建桥墩难以实施，故该段采用上部构造连接、利用既有下部结构的方式，不再新建桥墩，通过改造钢箱梁悬臂来实现桥面拓宽。

图4 与右转H 匝道相接的发展大道段平面示意

对于立交其余路段，为使新、旧桥各自受力明确、互不影响、方便施工，同时考虑到区域内地质情况较差，采用新、旧桥相互独立，上部结构和下部结构均不连接的拓宽方式，上部结构紧靠在一起，设置纵向伸缩缝，下部结构各自独立。

3.2 上部结构方案

由于两工程均为立交改造工程，新建桥梁设计原则应从属于老桥，其上部结构形式、体系、梁型、断面及基础应与尽量老桥保持一致，同时考虑到立交桥及地面路口交通非常繁忙，为满足桥下净空要求，减小对现状立交影响，拓宽桥梁结构形式需采用跨越能力相对较大、梁高相对较小、施工工期短、对交通影响小的结构形式，故拓宽段均采用连续钢箱梁。

3.3 下部结构方案

根据既有立交现状，拓宽桥梁桥墩布置应考虑以下因素：

（1）为尽量减小新、旧桥梁在各种荷载作用下产生的变形差异，使新、旧桥梁变形协调，新、旧桥梁跨径布置应尽量保持统一，同时新建桥梁墩型应尽量与既有桥梁保持一致；

（2）新建桥墩桩基应与旧桥桥墩桩基保持一定的距离，应满足相关规范要求，尽量减小新、旧桥梁桩基的相互影响；

（3）桥墩布置应考虑桩基与近期与远期盾构区间的安全距离；

（4）立交范围内地下管线分布较密，种类较广，桥墩布置应尽量减小管线迁改；

（5）新建桥墩应尽量减少地面人行道及非机动车道改造。

综上各个因素，匝道墩型大部分拟采用板式花瓶墩，为尽量减少新建桥墩对旧桥下部结构、地面车道、地铁、地下管线等影响，因地制宜采用双柱框架墩或圆柱墩，考虑到工期影响部分墩柱及盖梁采用钢结构。

4 桥梁拓宽方案设计

4.1 竹叶山立交改造桥梁方案设计

与右转H 匝道相接的发展大道段，该段桥面拓宽采用结构拓宽的方式，即在现状钢箱梁上焊接拓宽钢梁增加桥面宽度，根据拓宽宽度，拓宽梁分别采用翼缘拓宽和箱室拓宽两种形式。

其余路段通过新建一幅桥梁来实现桥面拓宽，新建桥梁和现状桥梁之间设置纵向伸缩缝，为尽量使新建桥梁与现状桥梁桥跨对应，桥梁上部结构采用钢箱梁，新建桥梁共布置16 个桥墩，由于地面道路及地铁等因素的限制，采用双柱框架墩，墩柱及盖梁考虑到工期影响采用钢结构。竹叶山立交改造桥梁总体平面布置图如图5 所示，桥梁典型断面如图6所示。

图5 竹叶山立交改造新建桥梁总体平面布置

图6 竹叶山立交拓宽段桥梁典型断面（单位：m）

4.2 墨水湖立交改造桥梁方案设计

墨水湖立交匝道新增段采用斜腹板连续钢箱梁方案，拓宽段采用直腹板连续钢箱梁方案，桥墩主要采用板式花瓶墩，局部由于立墩条件限制采用双柱墩或者双柱框架墩，基础采用桩基础。其中，需特别指出的是，E 匝道拓宽段由于拓宽箱梁相对较窄，声屏障高度较大，声屏障横向水平荷载较大，对拓宽箱梁结构受力影响较大，因此设计采用墩梁固结措施以抵抗声屏障水平荷载。墨水湖立交改造桥梁总体平面布置图如图7 所示，桥梁典型断面如图8 所示。

图7 墨水湖立交改造新建桥梁总体平面布置

图8 墨水湖立交改造桥梁典型断面（单位：m）

5 结 语

竹叶山立交拓宽改造工程于2017 年5 月建成通车，墨水湖立交拓宽改造工程于2018 年12 月建成通车，目前两立交运行情况良好，有效提升了立交运行效率，改善了拥堵状况。其中竹叶山立交改造被誉为“建设快、动作小、作用大”的“微改造”，具有四两拨千斤作用，其改造经验被推广至武汉市其它拥堵节点改造工程，该工程实践经验可为同类型桥梁的建设提供参考。