基于互通式立交工程设计与施工研究

许立言

（中国市政工程西北设计研究院有限公司,甘肃 兰州 730000）

0 引言

衡阳地处湖南省中南部，衡阳城区横跨湘江，是湖南省及中南地区重要的交通要塞，更是中南地区重要的工业城市[1]，衡州大道自东向西贯穿于衡阳市全境，向上连接武广高铁、向下连接潭横高速[2]，衡州大道的落成，不仅完善了衡阳市交通网络结构，而且极大地缓解了东西交通压力，促进了东区与市中心的联系，符合衡阳市东拓南移发展思路[3]，有效地带动了区域经济的进一步发展。衡州大道西外环为衡阳市外环路西段，是规划的城市主干道衡州大道与现状城市主干道西外环路的交叉点，是衡阳市西南部的大门，对完善城市交通路网意义重大。

1 衡州大道西外环互通式立交工程

1.1 工程概况

衡州大道位于衡阳市中部地区，衡州大道为东西向贯穿衡阳市的交通性主干道，跨越城中心，向东与衡阳新火车站连接，向西连接潭衡西高速公路匝道，连接了多个城市片区。西环路为衡阳市外环路西段，是衡阳市内外交通主要的疏散、汇集通道，西外环互通式立交是衡阳西部大型交通流分散节点之一，是衡阳市西南部的大门，地理位置重要，立交工程范围如下：

南北向西外环：K0+185～K1+480，路线总长度为1.295 km；

东西向衡州大道：K0+020～K1+200，道路总长度为1.18 km；

衡州大道与西外环交叉点坐标：X=74 856.666，Y=44 786.098。

1.2 立交选型

该路口是衡州大道与西外环路相交形成的十字型交叉口，是城市道路网的重要组成部分，承担着全市性骨干交通运输的功能，立交西北象限、东南象限用地受到较大限制，东北象限、西南象限主要为农耕地，相对较为空旷，是立交匝道集中布置的良好区域。

在城市总体规划和城市道路网规划的基础上，按照路网规划要求，本着交通一体化发展战略，设计方案要具有较为完善的交通功能，适宜的服务水平和适度的技术标准，与之相匹配的交通流量，主次分明，与此同时在充分考虑周边相关建设条件的影响，满足有桥梁结构工程充分利用的同时，最大程度降低对现状铁路运营的干扰，综合考虑设计两种方案。方案一为对角象限布设的两条苜蓿叶环形匝道和两条半定向左转匝道构成的组合形完全互通式立交，方案二采用对角象限布设两条苜蓿叶环线匝道和一条半定向左转匝道加一条迂回式左转匝道组合形成的完全互通式立交。

方案一和方案二进行对比发现，两者都能够满足交通需求，都能确保衡州大道、西外环路两条主线交通无交叉、无交织的快速、顺畅运行的实现，总体交通功能完善，平面线形灵活、舒展，线形标准较高。两个方案主线的分、合流口完全按照右出、右进的方式设计，符合交通运行的习惯，交通安全性较高，避免了立交东北象限多层居民楼、西北象限衡阳酒厂车间、市中药饮片厂仓库拆迁，保证了西外环路既有跨线桥的完全利用。不同之处：方案一A、F、B、G匝道上跨湘桂铁路，其中B匝道与湘桂铁路夹角最小为37°，立交空间对称，出入口形式对称；方案二匝道上的分合流口F、G为左出左进，H匝道为左出右进，E匝道为右出左进，A、B、C、D均为右出右进，共有4种方式，保证了西外环路跨线桥的完全利用，A、F、B、G匝道上跨湘桂铁路，其中B匝道与湘桂铁路夹角为25°，E匝道为迂回式匝道，F匝道为半定向匝道，因此空间不对称，匝道出入口形式较多，匝道长度较长，车流在匝道的行驶时间较长，衡州大道主线为保证E匝道上跨时净空满足要求，K0+200处设置竖曲线，使E匝道提前分流后开始上坡，K0+720处上跨衡州大道，K0+500的西边主线下挖2 m左右，对两侧街坊邻居标高的衔接有较大影响，场地填方量比方案一小0.56万m3，H匝道纵断面线形起伏较大，对行车及视距不利。从工程规模上来看，方案一规模大，桥梁总面积大，工程投资大，但占地小，为195 861 m2，方案二工程规模小，桥梁总面积小，工程投资小，但占地大，为203 561 m2。

综上所述，从立交方案整体布局、主要技术标准、立交总体交通功能、立交用地与拆迁、立交景观效果、对铁路运营和沿线居民出行等方面综合分析，推荐采用立交总体方案一。

2 设计与施工

2.1 道路平、纵、横断面设计

平面设计主线区域内衡州大道规划的平面线形为两条直线，在西外环桥下用不到1°的小偏角将两条直线相连。根据城市道路设计规范要求，设计时速60 km，1°小偏角的曲线长为350 m，满足规范要求，圆曲线半径将达到3 000 m，对主线交通安全构成威胁，给施工放线造成影响。基于小偏角西边主线两侧有大量厂房，东边为农耕地，南侧靠近湘桂铁路，尽量避免拆迁及尽可能少占用可开发利用的土地，将西边的直线向东延伸430 m，通过半径2 000 m的圆曲线与规划线位相接，线位向南偏移3.5 m，调整后衡州大道平面在西外环以西与规划线位一致，以东通过调整满足规范要求并且在立交设计范围内与规划线位对接，东边向南最大偏移3.5 m，调整范围为西外环向东600 m。西外环路为既有道路，基本维持现状不动，在立交工程范围内设置有半径为1 000 m的平曲线。

西外环南口下衡州大道的左转匝道采用前半段与西环路主线桥梁并行跨过衡州大道后通过苜蓿叶环行匝道接入衡州大道，环行匝道圆曲线半径为45 m，缓和曲线最小长度为50.00 m；西外环北口下衡州大道左转匝道与南口左转匝道对称，环行匝道圆曲线半径为45 m，缓和曲线最小长度为54.306 m；衡州大道东口左转上西外环的匝道采用半定向匝道上跨衡州大道和西外环最终与衡州大道西口右转向西环路南口的匝道汇流进入西环路南口，匝道由两个圆曲线夹一条直线组成，最小圆曲线半径为150 m，缓和曲线最小长度为53.125 m；衡州大道西口左转上西环路的匝道与东口上西环路匝道对称布置，最小圆曲线半径为180 m，缓和曲线最小长度为38 m；四条右转匝道圆曲线最小半径为70 m，缓和曲线最小长度为38.219 m。四条匝道上跨湘桂铁路与湘桂铁路夹角最小度数为37°。

纵断面设计，设计维持西外环杨柳大桥现状，位于第二层。衡州大道西边存在厂房，维持322国道标高不变，东边场地低洼，可以适当降低高程，但应与两边场地标高相协调，达到利于以后场地开发的目的，整个衡州大道主线位于第二层。由于受南边湘桂铁路正线影响，所有进出西外环南口的匝道均需上跨湘桂铁路，考虑到铁路净空限制，衡州大道东口至西外环南口的左转匝道考虑上跨西外环后再跨铁路与衡州大道西口向西外环南口的右转匝道汇入再进入西外环，位于第三层。衡州大道西口至西外环北口的左转匝道可上跨衡州大道和西外环后与衡州大道东口至西外环北口的右转匝道汇流再汇入西外环，布置在第三层，也可以下穿西外环再上跨衡州大道，布置在第二层。衡州大道主线最大纵坡0.554%，最小坡长170 m，匝道大于4%的坡有4处，最小坡长152 m，最小凹型竖曲线半径为800 m，最小凸型竖曲线半径为510 m。

横断面设计，主线西外环现状横断面布置为：0.5 m（土路肩）+12.0 m（机动车道）+3.0 m（中央分隔带）+12.0 m（机动车道）+0.5 m（土路肩）＝28.0 m，匝道分单向单车匝道和超车道单车道匝道两种。单向单车道匝道路面净宽度为7 m，路基宽度为8.5 m。设超车道的单车道匝道路面净宽度为8 m，路基宽度为9.5 m。衡州大道机动车道采用直线型路拱横坡，统一为2%坡向外侧，人行道采用直线型路拱横坡，统一为1.5%坡向机动车道。匝道采用单面坡坡向外侧，坡度为2%，设置超高时旋转轴采用匝道内侧路缘带中心线，超高横坡及渐变率按照规范取值[4]。

2.2 路基工程

基边坡坡率采用1∶1.5填方，挖方路基边坡率采用1∶1。鉴于衡州大道为城市主干道，两侧土地远期为城市开发用地，故边坡防护充分考虑到近远期结合因素，一般低挖填方路段尽可能不用或少用永久性防护方式，考虑右转匝道外侧路基尽可能少占公共用地，采用挡墙防护。匝道内侧考虑工程造价尽可能降低，采用放坡形式进行边坡防护。填挖方高度小于3 m路段，边坡防护采用喷播植草防护，高度在3～5 m之间，边坡防护采用三维网喷播植草防护，大于5 m，采用骨架喷播植草防护。路基边坡汇水面较小的路段，不设排水边沟，雨水漫流流向周边农田鱼塘。路基边坡汇水面较大的路段路基段设置临时土质排水边沟，减少永久防护的废弃，降低工程造价。

2.3 桥梁孔跨布置和桥型

经比较，简支梁结构体系比连续梁体系在造价上略为便宜，但简支梁结构都有一共同缺点，即无法避免的桥墩盖梁结构，虽然小箱梁T梁通过牛腿支点、倒T盖梁等技术措施以减小盖梁的外露部分，但会破坏桥梁梁体纵向线形的流畅，且牛腿支点对今后养护不利。应用盖梁结构，横向柱间距较连续梁大，桥下空间利用率降低，不利于城市土地的储备和利用，对城市发展不利。连续梁结构虽造价相对较高，但能适应各种平面线型和桥宽的变化，整个高架线形流畅、协调，外形美观，符合衡阳发展的要求。由于空心板、T梁和小箱梁配套的桥墩均采用盖梁，结合下部结构以及土地利用等方面进行综合经济比较，连续箱梁在造价方面的劣势则越发不明显。目前，连续箱梁结构形式越来越多地应用在城市立交桥中，特别是景观要求较高的立交桥，已普遍采用连续箱梁形式[5]。综上所述，推荐匝道桥标准段采用等截面预应力混凝土连续箱梁方案。

2.4 匝道桥上部结构

湘桂铁路跨线桥合计四联，为使两侧混凝土梁高一致，钢箱梁梁高取1.6 m。悬臂梁采用焊接工字梁结构。一般部位顶板、底板、腹板厚度均为14 mm，支点处板厚加厚至20～24 mm，钢材材质为Q345qC。桥面采用正交异性板结构，纵肋采用U型肋，间距500～600 mm。横隔板平均间距3 m，为方便节段间现场施焊，横隔板上布置有进人孔。底板纵肋采用U型肋，纵肋间距700～800 mm。箱梁顶、底面设单向横坡，由于梁底纵坡的变化，放置支座垫板予以调整，保证支座的水平放置。钢箱梁两端设封端隔板，方便钢箱梁养护。

西外环跨线桥合计两联，分别为F匝道（27.7+50+27.7 ）m和E匝道（22.3+50+47.506）m，箱梁梁高2 m，采用等高单箱双室斜腹板截面，顶宽9 m，两侧悬臂长度均为2.25 m，悬臂梁采用焊接工字梁结构，钢材材质为Q345qC。箱梁其他构造与湘桂铁路跨线桥基本一致。

2.5 桥下部结构

桥墩均位于地面上，采用常规方法施工桩基，放坡开挖施工承台，钢模分节施工墩身。门式墩盖梁施工时需搭设梁式支架，施工前湘桂线为非电气化铁路，盖梁施工期间需保证5.5 m的净空要求。

钢箱梁沿桥梁纵向分为若干个节段，为工厂制造。节段长度由工厂根据道路运输条件、吊装能力、施工场地布置等条件进行调整，而节段划分位置在设计许可的条件下设计，为减少现场焊接工作量，保证焊缝的质量，应尽量减少节段数。钢箱梁节段在工厂制造完成后，经特殊的运输车辆运至现场，通过起吊设备按相应节段顺序架设至临时支架上，调整节段高程、平面线形及节段间距，确认无误后，进行现场焊接连成整体，然后进行外涂装防护，拆除临时支架。最后进行铺设钢筋混凝土层、桥面铺装层，安装伸缩缝等附属结构工程。

预应力混凝土箱梁和钢筋混凝土箱梁采用满布支架法施工，支架由建筑用钢管或其他钢制杆件搭设而成，支架基础根据箱梁自重和地基条件进行硬化处理。为保证梁体混凝土的施工质量，支架按1.2倍的箱梁自重进行预压，同时待混凝土强度达到90%设计强度后进行张拉预应力。

2.6 涵洞、通道工程

立交区域内的水系主要为灌溉用的沟渠，布置的涵洞为过水涵洞，全立交共设立一处涵洞，涵洞布置情况为：衡州大道主线K0+750处设置一道4*2 m盖板涵，涵长44 m，与衡州大道主线夹角15°。通道的布设主要考虑人行道及非机动车道通行，于H匝道布置了一孔通道，桩号HK0+767，孔跨布置为5*2.5 m，通道长10 m。

3 总结

衡州大道规划为东西向贯穿衡阳市的交通性主干道，对完善城市交通网络意义重大，西外环互通式立交作为衡州大道重要的交通节点，其设计优劣，对于城市交通网的影响重大。据此，该文在论述西外环互通式立交概况的基础上，通过对比分析，确定互通式立交施工方案，并对施工各主要方面进行阐述，为后期互通式立交工程设计与施工提供依据。