蔡憲棠

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東　廣州　510060）

城市立交上蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

蔡憲棠

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，廣東廣州510060）

結(jié)合道路改造及周邊建筑的規(guī)劃整合，在城市立交上方建設(shè)結(jié)構(gòu)平臺(tái)，形成公園綠地或廣場，可使城市用地得到集約化利用，并改善區(qū)域環(huán)境及品質(zhì)。介紹鮮有可參照先例的城市立交上蓋結(jié)構(gòu)工程，對(duì)這種思路進(jìn)行了有益的嘗試。本工程規(guī)模較大，且目前國內(nèi)外鮮有可參照的先例，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路、相關(guān)問題與細(xì)節(jié)進(jìn)行探討與總結(jié)，以期對(duì)城市改造過程中節(jié)約集約國土利用，進(jìn)行類似結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)提供參考。

城市立交；上蓋結(jié)構(gòu)；市政改造；設(shè)計(jì)與研究

1　工程概況及背景

東環(huán)高速公路東圃立交位于廣州市區(qū)東南部，現(xiàn)狀為半苜蓿葉型立交。2007年9月，高速公路停止收費(fèi)，納入年票制，道路等級(jí)由原高速公路調(diào)整為城市快速路。

由于原設(shè)計(jì)為高速公路，考慮通行收費(fèi)，東環(huán)高速與沿線市政道路的交通轉(zhuǎn)換均通過集中設(shè)置收費(fèi)站立交形式實(shí)現(xiàn)。調(diào)整為城市快速路后，仍利用原立交匝道實(shí)現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換，致使高速路與市政道路立交匝道繞行嚴(yán)重，通行能力低下。同時(shí)原有立交周邊范圍逐步城市化，原有立交為配合原收費(fèi)廣場的設(shè)置，占地較寬，對(duì)城市用地造成極大的浪費(fèi)。

鑒于上述狀況，為響應(yīng)國家節(jié)約集約用地政策［1-4］，對(duì)東圃立交進(jìn)行市政化調(diào)整改造，使東環(huán)高速路與沿線市政路網(wǎng)的交通轉(zhuǎn)換直接、便捷，提高路網(wǎng)服務(wù)水平；同時(shí)通過立交改造，為城市發(fā)展盤活存量用地。

根據(jù)規(guī)劃調(diào)整及優(yōu)化設(shè)計(jì)，立交改造騰挪出了兩塊建設(shè)用地，但東西兩側(cè)住宅區(qū)域被立交主線及多條匝道隔開，不利于集約用地，為減小噪聲污染，提升區(qū)域景觀環(huán)境，橫跨快速路設(shè)置一個(gè)大平臺(tái)，將東西兩側(cè)建筑裙樓連接為一體。平臺(tái)上方設(shè)計(jì)為公園廣場，為市民提供綠化、休閑的空間。

整個(gè)上蓋平臺(tái)跨越東環(huán)高速主線、6條立交匝道及人行道，在地面以上形成長約410 m封閉的6孔隧道，并設(shè)有消防坡道，平臺(tái)面積近5萬m2。城市立交上方設(shè)計(jì)這么大規(guī)模的上蓋平臺(tái)，在國內(nèi)國際上較為罕見。同時(shí)該項(xiàng)目存在單體面積大、蓋下交通復(fù)雜、墩柱布置困難、跨徑大且無規(guī)律、上部荷載大且多樣化、結(jié)構(gòu)標(biāo)高尺寸等受限因素多、施工條件復(fù)雜，以及通風(fēng)、消防問題突出等諸多難題。該工程項(xiàng)目的布置效果圖如圖1所示。

2　總體設(shè)計(jì)

2.1平面布置

本工程沿東環(huán)高速主線縱向布置，平面長度與兩側(cè)新建建筑物裙樓長度基本相等，約410 m，平面寬度覆蓋整個(gè)東圃立交的車行道及兩側(cè)人行道部分，且包含東西兩側(cè)消防車道范圍，為98～124 m。

圖1　項(xiàng)目布置效果圖

2.2立面布置

為了與兩側(cè)新建建筑物裙樓高度上相銜接，同時(shí)滿足上蓋下的行車安全和順暢，在立交范圍內(nèi)的上蓋結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高沿縱向分兩個(gè)臺(tái)階設(shè)計(jì)，兩個(gè)平臺(tái)間以5%坡度連接。上蓋結(jié)構(gòu)底距離地面車行道的距離不僅滿足不小于5 m的行車凈空要求，且要滿足安裝射流風(fēng)機(jī)的要求。

消防車道范圍內(nèi)從現(xiàn)狀地面起按8%的坡度接至兩側(cè)裙樓結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高。人行上平臺(tái)除了中部多臺(tái)電梯通過小區(qū)裙樓上平臺(tái)外，在上蓋四個(gè)角設(shè)置了梯道及電梯通往平臺(tái)。東環(huán)主線處立面布置示意圖如圖2所示。

圖2　東環(huán)主線處立面布置示意圖

2.3橫斷面布置

從橫斷面上看，上蓋工程?hào)|西向分別跨越東圃立交E匝道、F匝道、東環(huán)高速公路主線、L匝道、I匝道、J匝道及人行道?？蚣苤贾迷跂|圃立交人行道、綠化帶或路基外側(cè)放坡帶上。典型橫斷面示意圖如圖3所示。

圖3　典型橫斷面示意圖

3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［5，6］

3.1結(jié)構(gòu)體系

本上蓋結(jié)構(gòu)的屋蓋是裝配式預(yù)制混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，頂面設(shè)置現(xiàn)澆層連成整體，箱梁通過支座及錨栓、擋塊與縱向框架梁連接。橫向結(jié)構(gòu)是由簡支預(yù)制箱梁和框架梁柱組成的排架體系，橫向的柱距（預(yù)制箱梁長度）為10～30 m，橫向柱中心線相互平行布置，墩柱布置在東圃立交人行道、綠化帶或路基外側(cè)放坡帶?？v向結(jié)構(gòu)是由框架梁和柱組成的框架結(jié)構(gòu)體系，上蓋結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)在縱向的柱距為10 m、12 m，縱向柱中心連線為圓順的線條?？v向柱之間的墻體起分隔作用，同時(shí)與框架梁構(gòu)成深梁結(jié)構(gòu)承受上蓋荷載，并傳遞給柱和基礎(chǔ)。基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，除跨越管線采用雙樁承臺(tái)外，其余均采用單樁承臺(tái)。

3.2上部結(jié)構(gòu)方案比選

本工程上部綠化荷載較大，跨度相對(duì)一般建筑結(jié)構(gòu)大，而受兩側(cè)建筑平臺(tái)標(biāo)高及下方道路凈空限制，梁高應(yīng)盡可能降低，同時(shí)需保證下方東環(huán)高速主線的正常運(yùn)營。從經(jīng)濟(jì)性、施工可行性等方面考慮，提出預(yù)制小箱梁、預(yù)制空心板梁、組合鋼箱梁方案進(jìn)行比選。

預(yù)制小箱梁和預(yù)制空心板梁施工期間對(duì)地面交通影響都較小，結(jié)構(gòu)耐久性較好，養(yǎng)護(hù)方便。空心板梁相對(duì)小箱梁可減小部分梁高，但由于本工程梁體跨度大部分都在20～30 m，且荷載較大，經(jīng)比較小箱梁經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)；且采用小箱梁可極大地減少預(yù)制梁的片數(shù)，減少工期及投資。

組合鋼箱梁梁高最小，但費(fèi)用高，且不適于潮濕、污染的環(huán)境，后期管養(yǎng)工作較多，對(duì)地面交通影響較大。

通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，上蓋上部結(jié)構(gòu)推薦采用預(yù)制箱梁。

3.3下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

受通行車限界的影響，下部結(jié)構(gòu)的尺寸不能太大，不適宜采用預(yù)制橋梁結(jié)構(gòu)常規(guī)的柱-蓋梁框架體系，因此將柱之間的鋼筋混凝土墻體與蓋梁、柱形成深梁結(jié)構(gòu)，共同承受上部荷載的作用。這樣處理使結(jié)構(gòu)保持輕巧的同時(shí)，承載力大大提高，且整體性也得到了加強(qiáng)。

結(jié)構(gòu)尺寸須考慮深梁、柱、樁基的受力驗(yàn)算，并結(jié)合整體抗震計(jì)算，及深梁高寬比等構(gòu)造要求進(jìn)行選擇。采用的框架柱采用鋼筋混凝土矩形斷面，框架柱截面尺寸為0.8 m（寬）×1.6 m（長）或0.9 m（寬）×1.6 m（長）；變形縫處框架柱為雙柱結(jié)構(gòu)。順框架梁方向10～12 m設(shè)置一個(gè)柱，與承臺(tái)及框架梁連接為整體。框架梁（蓋梁）采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形斷面，截面尺寸1.7 m（寬）×1.25 m（高），設(shè)250 mm×150 mm倒角，采用現(xiàn)場澆筑成型?？蚣苤g澆筑鋼筋混凝土墻體，墻體根據(jù)結(jié)構(gòu)抗剪的要求，厚度從跨中到支點(diǎn)為0.3～0.55 m。

樁基礎(chǔ)采用灌注樁，樁徑根據(jù)上部荷載情況采用1.2～2 m。大部分樁基位于東圃立交路基范圍，北側(cè)部分軸樁基及框架柱位于東圃高架橋梁中央分隔帶范圍。

4　相關(guān)技術(shù)問題研究

由于本工程與常規(guī)市政項(xiàng)目存在較大差異，在此羅列一些設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)及難點(diǎn)，或?yàn)榇_保結(jié)構(gòu)耐久性及使用過程中的安全采取的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，以供參考。

4.1設(shè)計(jì)規(guī)范的選擇

由于工程跨越市政道路，從蓋底功能上類似于隧道，而其結(jié)構(gòu)荷載屬于綠化、景觀及消防車等建筑荷載，因且在規(guī)范適用性上存在一定的模糊。經(jīng)與審查單位溝通，并聽取評(píng)審會(huì)專家意見，本工程主體工程按照橋隧結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，執(zhí)行有關(guān)橋隧工程設(shè)計(jì)規(guī)范（建設(shè)部頒CJJ系列）。上蓋屋面構(gòu)造、消防等執(zhí)行有關(guān)建筑工程設(shè)計(jì)規(guī)范（住建部頒GB系列）。

4.2噪聲問題

由于匝道眾多、兩側(cè)住宅建筑距離立交較近，噪聲問題是市民關(guān)心的一個(gè)重要問題，也是上蓋設(shè)置的一個(gè)重要目的。因此采用全區(qū)段全封閉設(shè)計(jì)，且蓋板上方設(shè)置了園林綠化，可極大地減小住宅區(qū)噪聲污染。

4.3通風(fēng)及排煙

按全射流縱向通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，兼作火災(zāi)事故時(shí)的排煙系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合正常、阻塞及火災(zāi)工況時(shí)的運(yùn)營通風(fēng)方案、交通控制方案和人員疏散方案綜合考慮。

射流風(fēng)機(jī)采用串并聯(lián)布置。共有3組射流風(fēng)機(jī)，其中中間一組風(fēng)機(jī)為火災(zāi)時(shí)備用。

東環(huán)高速主線以可以通行危險(xiǎn)品車考慮，設(shè)置機(jī)械通風(fēng)排煙系統(tǒng)，左右線各設(shè)3組9臺(tái)直徑

1120射流風(fēng)機(jī)，單臺(tái)功率37 kW。平時(shí)通風(fēng)時(shí)，正常工況20 km/h時(shí)速及以上時(shí)可不開啟風(fēng)機(jī)，阻塞工況10 km/h時(shí)速及以下時(shí)單線開啟3臺(tái)射流風(fēng)機(jī)滿足需風(fēng)量要求?；馂?zāi)工況時(shí)，單線開啟6臺(tái)射流風(fēng)機(jī)滿足臨界風(fēng)速排除煙氣。

東環(huán)高速主線兩側(cè)輔道按禁行危險(xiǎn)品車，可通過大貨車、大客車考慮，設(shè)置機(jī)械通風(fēng)排煙系統(tǒng)，兩側(cè)輔道各設(shè)3組6臺(tái)直徑 1 120射流風(fēng)機(jī)單臺(tái)功率37 kW。平時(shí)通風(fēng)時(shí)，正常工況20 km/h時(shí)速以上時(shí)可不開啟風(fēng)機(jī)，阻塞工況10 km/h時(shí)速及以下時(shí)單線開啟3臺(tái)射流風(fēng)機(jī)滿足需風(fēng)量要求?；馂?zāi)工況時(shí)，單線開啟4臺(tái)射流風(fēng)機(jī)滿足臨界風(fēng)速排除煙氣。

分別在主線和輔線的左右線上蓋公路各設(shè)置2套一氧化碳、煙霧檢測(cè)儀和1套風(fēng)速風(fēng)向儀。

4.4消防［7］

消防系統(tǒng)采用消火栓滅火系統(tǒng)及磷酸銨鹽干粉滅火系統(tǒng)，消火栓給水系統(tǒng)為獨(dú)立環(huán)狀管網(wǎng)。消防水源由市政給水管網(wǎng)供水，經(jīng)本工程泵房加壓，加壓后供水。

隧道內(nèi)設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)采用集中報(bào)警系統(tǒng)，集中報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)報(bào)警控制器、消防聯(lián)動(dòng)控制器、感溫光纖火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)處理機(jī)、電氣消防監(jiān)控主機(jī)、消防廣播機(jī)柜和消防電話主機(jī)組成；集中報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置消防控制室（中控室）內(nèi)，隧道（每孔）的報(bào)警區(qū)域設(shè)定為140 m，控制中心的各個(gè)房間作為一個(gè)報(bào)警區(qū)域。

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)上位機(jī)接收來自火災(zāi)報(bào)警控制器和電氣消防監(jiān)控主機(jī)的信息，并以直觀的圖形界面進(jìn)行集中監(jiān)視。并系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)、消防水泵、應(yīng)急照明等設(shè)備。

4.5人行疏散通道

根據(jù)消防規(guī)范要求，本工程沿縱向在東環(huán)高速公路主線段中墻中部及地面人行道邊墻中部各設(shè)置一個(gè)人行疏散橫通道（凈寬2.0 m，凈高2.2 m），供緊急情況下人行通行。人行疏散橫通道處采取防火分隔措施，門采用乙級(jí)防火門。

4.6頂蓋排水

在立交改造的同時(shí)建設(shè)完備的排水管網(wǎng)，在上蓋對(duì)應(yīng)位置預(yù)留落水口，將收集的雨水通過落水管排至市政管網(wǎng)。

4.7屋面防水及鋪裝

與一般市政工程不同，本工程上蓋為花園式種植屋面，為確保結(jié)構(gòu)耐久性，應(yīng)進(jìn)行屋面防水設(shè)計(jì)?；緲?gòu)造層次為預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)、調(diào)平層、普通防水層、耐根穿刺防水層、保護(hù)層、排（蓄）水層、過濾層、種植土層和植被層等。本上蓋屋面防水構(gòu)造采用3 mm厚雙層APP改性瀝青卷材+4 mm厚耐根穿刺防水層+40 mm厚鋼筋混凝土剛性防水層。

4.8防拋物網(wǎng)

在市政路上方建設(shè)公園廣場，應(yīng)注意上方拋物對(duì)行車的安全。本工程在跨越東環(huán)高速公路段的南北兩側(cè)各設(shè)置通長的鐵絲防拋網(wǎng)，網(wǎng)高1.2 m（鋼筋混凝土護(hù)欄墻頂計(jì)起）。另外平臺(tái)上方不建議設(shè)置足球場、網(wǎng)球場等對(duì)下方道路危險(xiǎn)性較高的設(shè)施。

4.9變形縫

由于結(jié)構(gòu)連續(xù)長度較大，考慮到溫度、不均勻沉降易造成結(jié)構(gòu)開裂，上蓋結(jié)構(gòu)每隔約72 m沿線路橫向設(shè)置一道橫向變形縫。變形縫內(nèi)填充泡沫塑料，上部填放襯墊材料，并用卷材封蓋，頂部加扣混凝土或金屬蓋板。

4.10綠化及覆土

進(jìn)行該類項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意綠化覆土及大型樹木的荷載效應(yīng)非?？捎^，應(yīng)對(duì)荷載大小及分布進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并形成文件以避免后期施工及養(yǎng)護(hù)時(shí)荷載超載。從經(jīng)濟(jì)性和受力合理性考慮，結(jié)構(gòu)上方綠化帶布置應(yīng)結(jié)合柱網(wǎng)布置設(shè)計(jì)，大型植物及印象小品宜盡量布置在立柱周圍。

5　結(jié)語

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)、道路交通流量不斷增長，以及人們對(duì)城市居住環(huán)境及景觀需求的不斷提升，部分區(qū)域市政道路或立交改造提上日程，本文提出了一種集約化利用土地、改善周邊環(huán)境的共贏新思路，具有較廣闊的應(yīng)用前景；并對(duì)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、細(xì)節(jié)問題進(jìn)行了探討與總結(jié)，對(duì)城市改造過程中進(jìn)行類似結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)提供了參考與依據(jù)。

［1］趙小風(fēng)，黃賢金，陳逸，等.城市土地集約利用研究進(jìn)展［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2010，25（11）：1979-1996.

［2］Lau S S Y，Giridharan R，Ganesan S.Multiple and intensive land use case studies in Hong Kong［J］.Habitat International，2005，29 （3）：527-546.

［3］吳郁玲，曲福田.中國城市土地集約利用的影響機(jī)理［J］.理論與實(shí)證研究，2007，29（6）：106-113.

［4］Esparza J C，Perello J C，Calvo M A.Establishing sustainable strategies in urban underground engineering［J］.Science and Engineering Ethics，2004（10）：523-530.

［5］漢勃利 E C.橋梁上部構(gòu)造性能［M］.北京：人民交通出版社，1982.

［6］李國豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動(dòng)［M］.北京：中國鐵道出版社，1992.

［7］GB 50016—2014，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

U44

B

1009-7716（2016）07-0112-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.033

2016-03-04

蔡憲棠（1985-），男，福建寧德人，工學(xué)碩士，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。