胡 江

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

1 項(xiàng)目概況

寧波市機(jī)場(chǎng)快速干道位于寧波市中心城區(qū)中、西部地區(qū)，是中心城區(qū)中西部路網(wǎng)的主要集散通道，同時(shí)還是寧波櫟社國(guó)際機(jī)場(chǎng)、寧波客運(yùn)中心及寧波鐵路南站樞紐的重要集散通道，在中心城區(qū)路網(wǎng)中具有重要的地位和作用，見圖1。

圖1 寧波市機(jī)場(chǎng)快速干道工程位置示意圖

機(jī)場(chǎng)快速干道工程范圍為中山西路～34省道立交，路線全長(zhǎng)7 919.582 m，項(xiàng)目包含4座互通立交，為中山路立交、永達(dá)路立交、環(huán)城南路立交和杭甬高速立交，此外，還包括主線高架上下匝道7對(duì)，橋梁面積約30萬m2，見圖2。

圖2 寧波市機(jī)場(chǎng)快速干道工程總體平面布置圖

機(jī)場(chǎng)快速干道工程是利用現(xiàn)狀機(jī)場(chǎng)公路進(jìn)行提升改造，設(shè)計(jì)路中線采用既有機(jī)場(chǎng)公路中線。項(xiàng)目沿線所經(jīng)地區(qū)規(guī)劃路網(wǎng)較密，在全線7.92 km范圍內(nèi)共與14條各等級(jí)道路相交，其中：高速公路1條；快速路1條；主干路6條；次干路5條；支路1條，路口平均間距僅為566 m，且高等級(jí)道路比例較大，地面形式快速路難以保證有效的交通組織，且容易造成對(duì)城市的割裂。因此，工程采用“主線雙向6車道（高架）+輔道雙向6車道（地面）”的布置形式。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)與設(shè)計(jì)車速：

高架主線按照城市快速路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，V=80 km/h；

地面輔道按照城市主干路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，V=60 km/h。

（2）道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，見圖3。

主線高架橋梁：標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?5 m，為整幅斷面，雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)，單側(cè)車行道凈寬11.75 m，按照2條3.5 m小型車道、1條3.75 m混行車道布置，路緣帶寬0.5 m。上下行車道中間設(shè)0.5 m防撞護(hù)欄分隔，兩側(cè)設(shè)0.5 m防撞護(hù)欄。

地面輔道：雙向六車道斷面，單側(cè)機(jī)動(dòng)車道凈寬11.5 m，按照3×3.5 m車道布置，路緣帶寬0.5 m。中央分隔帶全寬7.0 m，用于布設(shè)主線高架橋梁主墩；側(cè)分帶寬2.0 m，用于主線高架橋梁加寬處設(shè)置輔墩；非機(jī)動(dòng)車道5 m，人行道3 m，地面輔道實(shí)際用地寬度僅為50 m。

（3）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100 a；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)。

（4）荷載標(biāo)準(zhǔn)：

主線高架橋及立交匝道：公路-Ⅰ級(jí)；

地面輔道橋梁：公路-Ⅰ級(jí)；

人群及非機(jī)動(dòng)車荷載；按5 kPa均布載。

（5）橋梁抗震設(shè)防烈度6度；地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)A＝0.05；橋梁抗震設(shè)防類別：B類；橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)7度。

圖3 寧波市機(jī)場(chǎng)快速干道工程標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：m）

3 高架橋梁總體設(shè)計(jì)

寧波市機(jī)場(chǎng)快速干道工程作為寧波市第一條城市高架快速路，在總體設(shè)計(jì)階段受到了各方廣泛關(guān)注，主線高架橋梁結(jié)構(gòu)型式與斷面不僅要能滿足道路總體功能要求、滿足機(jī)場(chǎng)快速干道整體施工期間工期和組織安排的需要，此外，高架橋梁尚應(yīng)具有一定的景觀標(biāo)志性效果，能夠代表寧波城市發(fā)展的最新面貌。

3.1 高架橋梁結(jié)構(gòu)型式選擇

針對(duì)該工程主線高架橋梁的具體特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)選型中充分考慮各種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點(diǎn)，力求選用較為先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式和施工方法，滿足寧波機(jī)場(chǎng)快速干道工程的建設(shè)需要。對(duì)于城市高架橋梁，通常采用梁式結(jié)構(gòu)，見表1。

表1 橋梁結(jié)構(gòu)比較表

（1）簡(jiǎn)支體系梁橋具有工廠標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制、施工速度快，對(duì)地面交通干擾小，工程造價(jià)相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是橋面連續(xù)縫易損壞，行車舒適感差，結(jié)構(gòu)整體性和抗震性能差。

（2）先簡(jiǎn)支后連續(xù)體系，同樣具有工廠化預(yù)制、對(duì)地面交通干擾小等優(yōu)點(diǎn)，而且增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)整體性能，提高了行車舒適性。但是該體系對(duì)于小半徑彎橋及橋梁寬度異型段極難處理，此外，結(jié)構(gòu)設(shè)置的明蓋梁會(huì)影響橋梁下方地面輔道的凈空高度，而且外觀效果較差。

（3）現(xiàn)澆連續(xù)梁體系具有整體性強(qiáng)、跨徑布置靈活的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)澆筑，便于調(diào)整模板尺寸，對(duì)于平曲線、彎匝道、平面異形的橋梁具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。盡管該種連續(xù)結(jié)構(gòu)也存在施工期間對(duì)交通干擾大、工期長(zhǎng)等不利因素，可以通過優(yōu)化施工工藝、合理確定施工方案等手段來改善。

（4）連續(xù)剛構(gòu)體系由于其墩、梁為固結(jié)，其對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降、溫度等附加荷載響應(yīng)較大，不適用于墩柱普遍較矮的城市高架橋梁。

通過比選，現(xiàn)澆連續(xù)梁結(jié)構(gòu)相比其它幾種結(jié)構(gòu)型式，能夠更好地適應(yīng)寧波機(jī)場(chǎng)快速干道工程的特點(diǎn)，滿足大規(guī)模橋梁建設(shè)的需要，而且橋梁外觀整潔美觀，能夠展現(xiàn)現(xiàn)代都市的建筑景觀。

3.2 高架主梁斷面選擇

考慮到主梁斷面對(duì)于工程實(shí)施的重要性，在項(xiàng)目具體實(shí)施前，對(duì)主線標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置要求、主梁斷面外形、主梁斷面的適應(yīng)性、主梁模板施工難度和主梁景觀效果等方面進(jìn)行了綜合比較，從而確定合理實(shí)施方案。

（1）比選斷面一：魚腹形梁，見圖4。

圖4 比選斷面一（單位：mm）

（2）比選斷面二：斜腹板大懸臂斷面，見圖5。

圖5 比選斷面二（單位：mm）

（3）比選斷面三：撐板大懸臂斷面，見圖6。

圖6 比選斷面三（單位：mm）

（4）實(shí)施斷面：弧形邊腹板斷面，見圖7。

圖7 實(shí)施斷面圖（單位：mm）

（5）主梁斷面方案的比較

通過比選可以發(fā)現(xiàn)，每種主梁斷面型式均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但在該工程中，實(shí)施斷面在綜合景觀效果、斷面適應(yīng)性、施工難易度和工程投資等方面均具有優(yōu)勢(shì)，而且梁型外觀簡(jiǎn)潔、美觀，能夠代表寧波市高架快速路自身的特點(diǎn)，可以為寧波市樹立一條在全國(guó)特點(diǎn)突出、且具有標(biāo)志性的景觀高架，見表2。

表2 橋梁斷面型式比較表

3.3 高架主梁設(shè)計(jì)

（1）高架主梁構(gòu)造

機(jī)場(chǎng)快速干道主線高架現(xiàn)澆連續(xù)箱梁斷面型式為弧形邊腹板大懸臂斷面，根據(jù)道路總體布置要求，主梁上下行為整幅斷面，標(biāo)準(zhǔn)斷面全寬為25 m，單箱三室結(jié)構(gòu)、等截面。主梁兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度為4.85 m，箱梁懸臂端部厚度為0.2 m，懸臂沿弧線一直延伸至主梁底板。為減小主梁懸臂自重，在懸臂部分設(shè)置小箱室，使主梁懸臂頂板與弧形底板形成撐－拉桿受力體系，見圖8。

（2）高架主梁設(shè)計(jì)

由于總體斷面布置要求，主線箱梁寬度較大，且標(biāo)準(zhǔn)斷面主梁橫橋向外挑出支點(diǎn)長(zhǎng)度較大，達(dá)到9.7 m，與常規(guī)城市高架的主梁在受力方面有較大的區(qū)別。主梁在使用過程中，除順橋向的受力外，墩位處橫橋向同樣為主受力方向，縱、橫兩方向的作用耦合使主梁受力較為復(fù)雜。

根據(jù)空間計(jì)算分析，由于剪力滯效應(yīng)使主梁在墩頂范圍的有效寬度較常規(guī)斷面主梁大大減小，墩頂?shù)挠行偠葍H為原結(jié)構(gòu)斷面剛度的70%左右，因此需要提高縱向鋼束的配置和優(yōu)化縱向鋼束的配置位置以滿足結(jié)構(gòu)受力要求，見圖9。

針對(duì)該工程高架橋梁長(zhǎng)，受控點(diǎn)多等實(shí)際特點(diǎn)，主梁采用梁端錨固、箱內(nèi)張拉的施工工藝，在滿足預(yù)應(yīng)力鋼束張拉要求的前提下，不會(huì)對(duì)相鄰聯(lián)箱梁施工產(chǎn)生影響，避免了施工期間相互干擾，縮短施工周期，見圖10。

由于主梁橫橋向懸臂外挑較大，主梁橫橋向懸臂在恒載、活載作用下有整體下?lián)系淖冃乌厔?shì)，且主梁箱室寬度較大，在承受局部輪載作用時(shí)，頂板受力情況較為復(fù)雜。通過計(jì)算，主梁頂板橫橋向需配置預(yù)應(yīng)力鋼束，具體為2φs15.2@100 cm。主梁的中橫梁和邊橫梁均為預(yù)應(yīng)力橫梁，橫梁根據(jù)計(jì)算需要配置相應(yīng)鋼束，鋼束的布置須躲避主梁縱向鋼束。

3.4 高架橋主墩設(shè)計(jì)

（1）主墩構(gòu)造

圖8 主梁斷面構(gòu)造圖（單位：mm）

為滿足機(jī)場(chǎng)快速干道地面輔道的布置要求，主線高架標(biāo)準(zhǔn)斷面均采用獨(dú)墩布置。主墩由兩根1.7 m寬墩柱組成，兩墩間凈距為3.1 m，主墩墩底外到外全寬為6.5 m，能夠滿足地面輔道中央分隔帶全寬7 m的設(shè)置要求。主墩為提高主梁的橫向穩(wěn)定性及主墩自身的景觀效果，在頂部3 m范圍內(nèi)兩墩分別向外側(cè)傾斜，頂部全寬為7.8 m。在距離墩柱頂部0.4 m處，設(shè)置一道高度1.2～1.5 m變高度聯(lián)系梁，見圖11。

圖9 3×30 m跨徑主梁抗彎剛度折減系數(shù)示意圖

（2）主墩受載分析

主墩由外荷載偏心所產(chǎn)生的橫橋向彎矩會(huì)在墩頂系桿內(nèi)產(chǎn)生一定的水平拉力，該水平拉力的大小取決于墩頂系桿距離墩底固結(jié)點(diǎn)的距離。在相同情況下，系桿至墩底固結(jié)點(diǎn)距離越大，則系桿內(nèi)拉力越小，反之亦然。主墩墩身自系桿至墩底固結(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度范圍內(nèi)均承受與系桿拉力相同大小的水平剪力。

在工程設(shè)計(jì)中，為明確主墩的受載性能，采用Ansys計(jì)算程序進(jìn)行模擬計(jì)算、分析。計(jì)算單元采用Solid95單元，取墩高8 m、13 m分別建模，約束條件為墩底固結(jié)。荷載按照標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?0 m跨徑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載計(jì)算，綜合考慮恒載和活載作用下，單支點(diǎn)加載15 000 kN，荷載以支座面荷載形式施加。主墩應(yīng)力云圖如圖12所示。

圖10 主梁鋼束平面布置圖（單位：mm）

圖11 主墩構(gòu)造圖（單位：mm）

圖12 主墩主拉、主壓應(yīng)力云圖（單位：Pa）

由分析可知，主墩在荷載作用下，上系桿的頂緣與墩柱相接處均會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，拉應(yīng)力沿系桿截面向下快速消減。該處的拉應(yīng)力一方面是由系桿內(nèi)拉力所致，另一方面也由系桿與主墩相接處的彎矩造成，可通過在上系桿設(shè)置普通拉筋或主動(dòng)預(yù)應(yīng)力鋼束來平衡。墩柱頂部與支座面荷載相接觸處壓應(yīng)力較大，主要由于與支座相接處局部承壓所致，但在墩柱混凝土容許應(yīng)力范圍內(nèi)，可通過局部加強(qiáng)滿足構(gòu)造要求；主墩其余部位壓應(yīng)力整體較為均勻，說明主墩受力性能滿足結(jié)構(gòu)受力要求。

3.5 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

（1）樁基設(shè)計(jì)

寧波地區(qū)具有軟土層較厚的地質(zhì)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中，結(jié)合該工程大部分采用較大跨徑現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基礎(chǔ)選擇承載力較高、施工工藝較為成熟的鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)。根據(jù)地質(zhì)條件及樁基承載力要求，綜合考慮地基持力層的深度、樁基成孔、施工的難度，選擇0.8～1.2 m直徑鉆孔灌注樁。

（2）承臺(tái)設(shè)計(jì)

由于寧波地區(qū)路面沉降現(xiàn)象較為嚴(yán)重，設(shè)計(jì)中，在滿足受力需要的基礎(chǔ)上，盡量將主墩及輔墩的承臺(tái)基礎(chǔ)布置于地面輔道分隔帶內(nèi)，防止路面由于軟硬搭接、沉降不一致，帶來行車安全隱患。

主線標(biāo)準(zhǔn)25 m橋?qū)?0 m跨徑橋梁中墩基礎(chǔ)采用9根直徑1.0 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，承臺(tái)尺寸為7 m×7.2 m，聯(lián)接墩基礎(chǔ)采用6根直徑1.0m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，承臺(tái)尺寸為7 m×4.6 m，承臺(tái)橫橋向?qū)挾炔怀龅孛孑o道7 m中央分隔帶寬度，見圖13。

圖13 標(biāo)準(zhǔn)橋跨基礎(chǔ)平面圖（單位：mm）

針對(duì)較大跨徑基礎(chǔ)及輔墩基礎(chǔ)超出分隔帶寬度、局部侵入地面輔道車行道范圍的情況，設(shè)計(jì)中通過將承臺(tái)頂埋置于機(jī)場(chǎng)路輔道路面結(jié)構(gòu)以下，且在路面結(jié)構(gòu)下滿鋪一層土工隔柵（包括承臺(tái)頂），加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)路輔道路面的整體性，改善路面沉降現(xiàn)象。此外，加強(qiáng)對(duì)承臺(tái)基坑回填的密實(shí)度要求，保證地面輔道的平順。

4 結(jié)語(yǔ)

寧波市機(jī)場(chǎng)快速干道工程作為寧波市第一條城市高架快速路，已于2011年11月建成通車。

該工程是在現(xiàn)狀機(jī)場(chǎng)公路范圍進(jìn)行提升改造，在標(biāo)準(zhǔn)50 m寬的用地范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高架雙向六車道+地面輔道雙向六車道的快速路標(biāo)準(zhǔn)，在城市建設(shè)用地日益緊張的今天，該工程較好地實(shí)現(xiàn)了土地的集約、高效利用，減少了代價(jià)高昂的征地拆遷，體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念。本文詳細(xì)介紹了該工程高架橋梁的總體設(shè)計(jì)情況，希望能為其它城市高架快速路橋梁建設(shè)提供借鑒。