半幅高架与环形匝道组合互通式立交桥设计

３４　桥梁结构　城市道桥与防洪　２０１３年１月第１期　

半幅高架与环形匝道组合互通式立交桥设计　

胡学奎　

（甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司，甘肃兰州７３００３０）　

摘　要：小西湖立交改造工程为我国Ⅷ度以上高震区较大规模的互通式立交，桥梁面积２６　５１２．７　ｍ２，桥梁上部结构及下部结构　类型较多，环形匝道采用平曲线最低指标，最小半径仅１５ｍ，主线共布置了１６种桥墩类型，匝道布置了６种类型桥墩。该文重点　介绍该立交改造工程的方案设计思路、技术难度、结构与构造形式及受力状况，可为同类立交桥设计提供借鉴。　关键词：高震区；互通式立交桥；设计；兰州市　中图分类号：Ｕ４４８．１７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—７７１６（２０１３）Ｏｌ一００３４—０３　

１项目背景　Ⅱ类，设防烈度为Ⅷ度。　

兰州市为破解交通拥堵难题，启动了重要拥　

堵路段交通节点的改造，完善市区交通服务功能，　

提升城市整体形象。小西湖立交桥改造是兰州市立　

体交通节点的改造的首个开建工程和重点工程。　

小西湖立交改造工程位于南滨河中路。南滨　

河中路是一条沿东西方向布设的双向６车道的城　

市主干路，是兰州黄河风情线重要组成部分。原小　

西湖立交由于受修建时资金、地理条件等制约，未　

修建左转弯车道，为不完全互通式立交。自西向东　

行驶的车辆只能违章掉头后从自东向西的方向右　

转弯上桥；而自北向南过河的车辆也无法左转弯　

下桥，只能右转弯下桥后在兰州军区总医院附近　

掉头后向东行驶。伴随着兰州城市交通量的不断　

增加，由此造成的交通不便和存在的交通安全隐　

患日益凸现，迫切需要对小西湖立交进行改造。通　

过改造尽量消除或减少小西湖立交缺陷造成的上　

下左转弯及直行左转弯不畅问题。　

该立交改造主线技术标准：城市主干路，路幅　

宽度４０　ｍ，桥面净宽１０　ｍ，净空高度为５　ｍ，设计　

车速５０　ｋｍ／ｈ，最大纵坡３．９％，设计荷载为城一Ａ　

级。匝道技术标准：路幅宽度８ｍ，桥面净宽６．５ｍ，　

设计车速２０—３０　ｋｍ／ｈ，匝道最小半径为１５ｍ，匝　

道最大纵坡３．９％。　

场地位于祁连山褶皱带中祁连隆起带东段的　

兰州断陷盆地，金城关活动断裂及刘家堡隐伏活　

动断裂以南，雷坛河活动断裂以西的断块上。其　

中：刘家堡隐伏活动断裂距工程区较近，对工程影　

响较大。该工程场地主要由卵石、漂石和第三系泥　

岩、砂岩组成，场区范围内场地土平均剪切波速为　

３３０　ｍ／ｓ左右，场地土类型为中硬土，场地类别为　

收稿日期：２０１２—１０一ｌ８　作者简介：胡学奎（１９７３一），男，甘肃武威人，高级工程师，从事　交通工程规划勘察设计工作。　２立交方案构思　

南滨河路南侧分布大量永久性高层建筑物，　

无法拆迁，对立交扩建带来较大的局限性。立交北　

侧为兰州市主要景点一“黄河风情线”，受南侧建　

筑物和“黄河风情线”夹逼，立交布置空间有限。方　

案设计阶段提出了南滨河路高架方案、环形高架　

立交方案、南滨河路部分高架与环形匝道组合方　

案、苜蓿叶与定向匝道组合方案等四个方案。综合　

考虑研究范围内交通组织情况及沿线建筑物分布　

情况，结合平纵面指标、工程地质条件及工程造　

价、环境影响等多种因素，最终采用南滨河路半幅　

高架与环形匝道组合方案，如图１所示。该方案除　

满足交通功能外，对南滨河路靠河侧原有的景观　

带破坏较小，工程方案能较好地与周边环境相协　

调，尽量利用南滨河路北侧半幅路节省工程投资。　

图１小西湖立交桥效果图　

该方案将南滨河路南侧右半幅车道采用单幅　

高架桥，左半幅（即靠河侧）利用现有道路，在原立　

交桥东西２００　ｍ各修一条环形匝道与高架桥连　

接，实现北向东、西向北左转，南向西及东向南左　

转车辆利用右转匝道到达地面后左转汇人主线，　

原立交四个右转匝道靠河侧两匝道改建，其余两　

个匝道直接利用。小西湖立交改造交通组织设计　

解决的交通问题分为三个层次，第一层次为重点　２０１３年１月第１期　城市道桥与防洪　桥梁结构　３５　

解决全部或部分南滨河路与小西湖东街、黄河大　

桥四个左转向匝道的交通问题；第二层次为研究　

解决兰州军区兰州总医院出人口的交通通行问　

题；三层次为兼顾立交以东街坊道路与南滨河路　

的交叉口交通通行问题。　

３小西湖立交改造技术难点　

城市立交桥为适应现代城市交通的需要，具　

有斜、弯、坡、异形等特点，给桥梁线型的设计和构　

造处理带来很大困难，既有立交桥的改造困难尤　

甚，技术难点主要体现在以几点。　

３．１路线布设难度大　

立交南北两侧受既有高层建筑和黄河风情线　

夹逼，布置空间有限，需要在南北宽３９　ｍ范围内　

展线完成四个方向互通的立交主体工程，因此环　

形匝道被迫采用最小平面指标，曲线半径仅１５ｍ。　

３．２既有地下管道错综复杂，桥梁孔跨及墩柱布　

置难度大　

有１９种既有管道在改造的立交桥下穿过，这　

些管道包括热力管道、燃气管道、电力隧道、军用　

光缆等，其中军用光缆、电力隧道不能改移；热力　

管道、燃气管道改移成本太高；大直径给水管道等　

存着无改移空间的问题，桥墩为避让管道造成下　

部结构类型较多。　

３．３施工交通组织设计难度大　

南滨河路是东西方向交通的大动脉，施工期　

间需要保证四个车道通行。由于受道路宽度限制，　

立交南北方向空间紧张，既要满足工期要求，又要　

满足四个车道保通。　

３．４跨越要求各异。桥梁孔跨类型较多　

主线高架桥主要采用预制箱梁，跨度有２０　ｍ　

和３０　ｍ两种；匝道桥受力复杂，为满足避让管道　

和受力要求，跨度有１３　ｍ和２０　ｍ两种；主线高架　

桥为跨越陆军总总院既有门诊大门、办公大门和　

规划的门诊大门、办公大门、黄峪沟大桥，需布设　

５５　ｍ跨。　

３．５上部结构类型较多　

上部结构类型包括２０　ｍ连续预制小箱梁桥、　

３０　ｍ跨连续预制小箱梁桥、２０　ｍ跨现浇箱梁桥　

（包括异形梁）、１３　ｍ跨现浇箱梁桥（包括变宽梁）、　

５５　ｍ简支结合梁桥、（３０＋４×５５＋３０）ｍ连续结合梁　

桥、１３　ｍ简支空心板桥、１５　ｍ地下通道桥、曲线人　

行天桥。　

３．６下部结构类型较多　

墩柱布置为避让管道且不侵占桥下车道，需　

采用大悬臂双柱墩，或采用门式墩，或用墩柱支撑　外伸的中横梁，或采用钢管混凝土墩，基于以上原　

则，主线共布置了１６种桥墩类型，匝道布置了６　

种类型桥墩。　

３．７桥梁抗震设计难度大　

该桥为我国Ⅷ度以上高震区较大规模的立交　

桥，且桥梁上部结构及下部结构类型较多，匝道最　

小半径仅１５　ｍ（国内最小），增加了桥梁抗震设计　

难度。　

４桥梁结构设计　

４．１桥梁设计原则　

（１）桥梁结构原则上采用技术先进，结构合理、　

施工条件成熟及经济、美观的结构形式；　

（２）桥梁布置应尽量减少上下部结构的类型，　

在方便设计、施工、降低造价的同时体现立交的整　

体结构美；　

（３）新建桥梁应尽量与既有桥梁结构形式及设　

计风格统一，尽量做到“天衣无缝”；　

（４）桥梁上部结构以工厂化预制、现场安装为　

主，减少施工对交通的干扰；　

（５）采用地下管线物探仪探明现有管网的布局　

及走向，通过合理布孑Ｌ、灵活设墩、调整盖梁悬臂、　

采用桩基地基梁等方案尽量避免管线迁移；　

（６）分合流口异形梁受力复杂，布设小跨径钢　

筋混凝土箱梁；　

（７）采用抗震设计新理念，增加了多道设防体　

系，提高了大桥的抗灾能力。　

４．２主线结构设计　

主线桥除分合流口桥面宽度变化较大外，其　

余桥梁均位于直线或大直径曲线上，较适宜采用　

可标准化、机械化施工的预制安装构件，以降低投　

资、加快施工进度和减少施工期对交通的干扰。结　

合近几年甘肃省预制梁应用经验，预应力混凝土　

预制箱梁经济指标优，应用较为广泛。因此，该项　

目主线桥除在分合流口处布置异形现浇钢筋混凝　

土箱梁、跨越南滨河路黄峪沟、兰州陆军区总院门　

口布设５５　ｍ跨的结合梁外，其余均布置先简后连　

预应力混凝土预制箱梁。按适宜的跨高比关系和　

跨越要求，采用３０　ｍ和２０　ｍ两种跨径形式。异形　

梁受力和构造复杂，若采用钢箱梁，加工制造难度　

大、焊缝较多，焊接残余变形等影响较大；另外，附　

近无大型钢结构加工厂，又存在运输困难的问题。　

因此，异形梁宜采用小跨径、短联现浇钢筋混凝土　结构，跨径不宜超过２０　ｍ。　

４．３匝道结构设计　

该项目受地形限制，匝道桥平曲线指标较低，

　３６　桥梁结构　城市道桥与防洪　２０１３年１月第１期　

最小半径仅１５　ｍ，且受分合流口处“异形”断面控　

制，无较长段落的直线或大半径曲线，且为提高抗　

扭能力和减少结构类型，体现立交整体结构美，匝　

道桥均采用现浇箱梁。小半径处布设１３　ｍ跨钢筋　

混凝土现浇箱梁，其余均布设２０　ｍ跨现浇钢筋混　

凝土箱梁。　

５结构分析　

该立交改造工程上部结构类型主要包括２０　ｍ　

预制小箱梁桥、３０　ｍ跨预制小箱梁桥、２０　ｍ跨现　

浇箱梁桥（包括异形梁）、１３　ｍ跨现浇箱梁桥（包括　

变宽梁）、５５　ｍ简支结合梁桥、（３０＋４×５５＋３０）ｍ连　

续结合梁桥。对于上部结构，２０　ｍ、３０　ｍ跨预制小　

箱梁桥采用标准设计，结合梁采用平面模型进行　

有限元分析，考虑了活载横向分布系数；２０　ｍ跨异　

形梁和１３　ｍ跨小半径曲线现浇箱梁采用空间模　

型进行有限元分析。限于篇幅，仅给出１３　ｍ跨小　

半径曲线箱梁有限元模型，如图２所示。　

图２小半径曲线箱梁有限兀模型　该立交主线共１６种桥墩类型，匝道共６种桥　

墩类型，下部结构分析难道和工作量较大，主线共　

１９联，除简支联外的１７联均建立了有限元模型进　

行正常使用计算和抗震计算；匝道下部结构形式　

复杂，分别对２０　ｍ异形梁、２０　ｍ等宽现浇梁、１３　ｍ　

曲线梁建立模型进行正常使用计算和抗震计算。　限于篇幅，仅给出３０　ｍ跨异形箱梁有限元模型，　

如图３所示。该立交位于Ⅷ度高震区，下部结构配　

筋受抗震控制，采用了抗震设计新理念，增加了多　

道设防体系，提高大桥的抗灾能力。　

６结语　图３主线异形梁有限元模型　

小西湖立交改造工程于２０１２年７月开工建　

设，为我国Ⅷ度以上高震区较大规模的立交桥。工　

程主要包括南滨河路主线桥、四个匝道桥（ＮＥ匝　

道桥、ＮＷ匝道桥、ＷＮ匝道桥、ＥＮ匝道桥），立交　

桥总面积２６　５１２．７ｍ　，其中主线桥面积２０　８２０　ｍ　，　匝道桥面积５　６９２．７　ｍ　，主线全桥长１　７７５　ｍ。对于　

斜、弯、坡、异形梁及小半径梁设计时充分考虑结　

构空间受力特点，进行了整体空间受力分析和约　

束体系研究，确保结构安全；采用抗震设计新理　

念，增加了多道设防体系，提高了大桥的抗灾能　

力，大桥设计具有鲜明的时代特色。　

参考文献　…１潘兵宏，许金良，杨少伟．多路互通式立体交叉的形式ｆＪ］．长安大　学学报（自然科学版），２００２，（０４）．　【２］刘龙江．浅析高速公路互通式立交的选型【Ｊ】．中小企业管理与　科技（上旬刊），２００９，（１０）．　［３］刘智春．互通式立交基本型式的特点分析及设计应用【Ｊ】．武汉　工程大学学报，２００９，（Ｏ８）．　［４］王长松，张华，丰光．浅谈互通式立交设计【Ｊ】．北方交通，２００９，（０４）．　［５】鲁复查，太阳坡立交桥设计『Ｊ］．公路与汽运，２００２，６（３）．　

海南清澜大桥正式通车建东部滨海旅游新通道　

海南省重点项目清澜大桥近日正式通车。清澜大桥位于海南省文昌市，全长１　８２８　ｍ，主桥长５４８　ｍ，　

宽３４　ｍ，为双塔双索面结合梁斜拉桥，总投资５．９４亿元，是文昌历史上投资最大的一项基础工程。清澜大