邵曉東

（寧波市通途投資開(kāi)發(fā)有限公司，浙江寧波 315010）

1 工程概況

寧波市北環(huán)快速路西起前洋立交收費(fèi)站，東至世紀(jì)大道，道路全長(zhǎng)約16 km，全線按“主線高架+地面輔道”布置。其中主線高架在金山路西側(cè)至江北大道之間與寧波市軌道4號(hào)線共線，兩者合建為一體化雙層高架結(jié)構(gòu)，其中城市快速路位于上層，軌道交通高架位于下層，合建段全長(zhǎng)約6.95 km。北環(huán)快速路主線高架與地面輔道均為雙向六車道，汽車荷載為城－A級(jí)，主線設(shè)計(jì)車速為80 km/h，標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)挒?5.5 m，地面輔道設(shè)計(jì)車速為50 km/h；軌道交通采用B型車，按6輛編組，雙線標(biāo)準(zhǔn)段橋?qū)挒?.1 m，共設(shè)一體化軌道交通車站4座，并在其中一個(gè)車站附近設(shè)置軌道交通存車線及折返線，成為國(guó)內(nèi)第一條共建段設(shè)置軌道交通存車線及折返線等配線的一體化雙層高架橋，圖1為寧波北環(huán)快速路總平面圖[1]。

圖1 總體平面布置示意圖

上海市共和新路高架等國(guó)內(nèi)前兩條城市快速路與軌道交通共建的雙層高架均采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系，而寧波市北環(huán)快速路從行車舒適性角度出發(fā)，上層采用連續(xù)結(jié)構(gòu)，并受立交影響上下層間距離變化大[2]。因此，需針對(duì)性研究選用合理橋梁結(jié)構(gòu)型式，并對(duì)復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

2 標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)選型

2.1 橋梁橫斷面及橋墩結(jié)構(gòu)選型

從減少軌道交通車站高度、方便乘客上下出行角度出發(fā)，城市快速路與軌道交通合建雙層高架相互層次上通常采用城市快速高架路布置在上層、軌道交通高架布置在下層的方式。橋墩型式通常有“H”形墩及“干”字形墩。其中“Y”形墩充分利用了上層6車道高架道路橋面寬、下層軌道交通橋面窄的特點(diǎn)，上層采用內(nèi)收的斜柱來(lái)縮小中央綠化帶寬度，且造型較美觀，但其僅適用于上、下層基本為等間距，即上層斜立柱長(zhǎng)度變化不大的情況，如上海市共和新路一體化雙層高架工程（見(jiàn)圖2）。與“Y”形墩相比，“H”形墩上下立柱均為直立柱，對(duì)上下層間距變化適應(yīng)性強(qiáng)，適合于上層橋面與下層橋面高差較大，綠化帶相對(duì)較寬的情況。而“干”字形墩為獨(dú)柱結(jié)構(gòu)，一般僅使用于上層為4車道等橋?qū)捿^小的情況，如上海市閔浦二橋引橋。寧波北環(huán)快速路受立交影響，上層高架道路與下層高架軌道交通間高差變化大，且既有道路中央綠化帶較寬，采用“H”形墩是合理的橋墩結(jié)構(gòu)方案（見(jiàn)圖3）。

2.2 主梁結(jié)構(gòu)選型

一體化雙層高架上層橋面高度基本在20m以上，全線大規(guī)模采用滿堂支架現(xiàn)澆施工難度及風(fēng)險(xiǎn)大，費(fèi)用高，對(duì)地面交通影響大，上層主梁更適合采用預(yù)制吊裝的施工方法。在裝配式預(yù)制吊裝結(jié)構(gòu)中，小箱梁具有整體受力及耐久性能好、景觀效果佳、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市高架結(jié)構(gòu)中。因此，本工程標(biāo)準(zhǔn)段選用裝配式預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)，以30 m跨作為基本跨徑，標(biāo)準(zhǔn)段25.5 m橋?qū)捰?片預(yù)制小箱梁組成（見(jiàn)圖4）。

圖2 上海市共和新路高架“Y”墩布置圖（單位：m）

圖3 寧波市北環(huán)快速路雙層高架“H”墩布置圖（單位：m）

圖4 上層小箱梁及下層整體箱梁橫斷面（單位：mm）

下層軌道梁常用結(jié)構(gòu)主要有整體箱梁、橫向裝配式小箱梁及下承式槽型梁。其中下承式槽型梁結(jié)構(gòu)受上翼緣影響，H形墩雙柱橫向間距大，不利于地面道路中間分隔帶布置；橫向裝配式小箱梁則受橫向雙柱影響，跨內(nèi)起梁法吊裝施工困難；而整體箱梁景觀效果好、抗扭剛度大、動(dòng)力性能好，且下層軌道梁均位于中央分隔帶內(nèi)，采用支架現(xiàn)澆法施工不會(huì)對(duì)地面交通產(chǎn)生影響，在施工工序上更利于與上層預(yù)制吊裝施工相錯(cuò)開(kāi)。因此，本工程標(biāo)準(zhǔn)段下層軌道梁采用現(xiàn)澆簡(jiǎn)支整體箱梁。

對(duì)于路口等40 m以上大跨徑結(jié)構(gòu)，上層預(yù)制小箱梁及下層等高度簡(jiǎn)支整體箱梁均超出了其合理適用范圍；變高度大跨連續(xù)箱梁則由于其支點(diǎn)梁高及立柱尺寸大，不適合于一體化雙層高架結(jié)構(gòu)；而鋼－混凝土組合梁相比混凝土梁跨越能力大、吊裝施工方便、自重小，相比鋼梁無(wú)鋼橋面鋪裝等問(wèn)題，正越來(lái)越多地應(yīng)用于城市大跨橋梁結(jié)構(gòu)。因此，本工程40 m以上大跨上下層均采用鋼－混凝土組合箱梁結(jié)構(gòu)，最大跨徑55 m，并采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系，梁端設(shè)置上牛腿，以降低結(jié)構(gòu)控制高度。圖5為鋼－混凝土組合箱梁結(jié)構(gòu)橫斷面。

圖5 上下層鋼－混凝土組合箱梁橫斷面（單位：mm）

2.3 結(jié)構(gòu)體系與蓋梁型式研究

一體化雙層高架橋面高度大，結(jié)構(gòu)上需重點(diǎn)考慮降低雙層橋梁的結(jié)構(gòu)高度，以方便上層匝道布置，并減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。因此，在上層主梁選用預(yù)制裝配式小箱梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從控制結(jié)構(gòu)高度及施工便捷等角度出發(fā)，對(duì)各種結(jié)構(gòu)體系及蓋梁結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行多方案綜合比選見(jiàn)表1。

由表1可知，簡(jiǎn)支梁橋面連續(xù)體系配合倒T蓋梁方案（方案一）可最大程度減低橋面高度，但其最大缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)性能及行車性能較差。連續(xù)梁體系配合隱形蓋梁方案（方案三）橋墩結(jié)構(gòu)需設(shè)置橫系梁，受其影響橋梁控制建筑高度大。隱蓋梁結(jié)構(gòu)方案（方案三、方案四）小箱梁架設(shè)時(shí)需設(shè)置臨時(shí)支架墩，施工便捷性較差。連續(xù)剛構(gòu)體系配合組合蓋梁方案（方案五）利用一期蓋梁承載小箱梁自重，小箱梁架設(shè)完成后澆筑接縫混凝土形成組合蓋梁，承受二期恒載及活載。該方案相比矩形明蓋梁結(jié)構(gòu)（方案二）可節(jié)省建筑高度約0.7 m，相比隱蓋梁結(jié)構(gòu)（方案三、方案四）主梁架設(shè)時(shí)省去了臨時(shí)支架墩，施工便捷，是一種較好的一體化雙層高架橋梁結(jié)構(gòu)型式，其不足之處是目前剛構(gòu)體系技術(shù)應(yīng)用較少，尚不適合全線大規(guī)模推廣使用。因此，本工程全線采用連續(xù)梁體系配合常規(guī)矩形明蓋梁（方案二）作為基本結(jié)構(gòu)，在凈空受限段局部采用連續(xù)剛構(gòu)配合組合蓋梁（剛構(gòu)小箱梁）結(jié)構(gòu)，以降低橋面高度。

表1 小箱梁結(jié)構(gòu)體系及蓋梁結(jié)構(gòu)型式綜合比選表

3 剛構(gòu)小箱梁應(yīng)用研究

3.1 總體布置

如前所述，本工程在凈空受限段Pm151～Pm155（4×31 m）橋跨結(jié)構(gòu)采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)剛構(gòu)體系，其中Pm152～Pm154中墩蓋梁采用組合蓋梁。先現(xiàn)澆形成一期蓋梁（矩形截面），張拉蓋梁第一批預(yù)應(yīng)力鋼束，利用一期蓋梁作為支撐進(jìn)行小箱梁架設(shè)，然后澆筑預(yù)制小箱梁間接縫，并利用該接縫形成蓋梁組合截面，參與結(jié)構(gòu)受力，待小箱梁負(fù)彎矩束和蓋梁第二批鋼束張拉完成后，形成連續(xù)剛構(gòu)體系。邊墩蓋梁采用倒T蓋梁，小箱梁擱置在倒T蓋梁上，設(shè)置支座以釋放溫度應(yīng)力。圖6為剛構(gòu)小箱梁中墩布置圖，圖7為其施工步序圖。

3.2 結(jié)構(gòu)布置

圖6 剛構(gòu)小箱梁（組合蓋梁）中墩（單位：mm）

圖7 剛構(gòu)小箱梁（組合蓋梁）施工步序圖

為適應(yīng)組合蓋梁分次澆筑的需要，蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束分上下兩層布置，分別布置在二期后澆混凝土及一期蓋梁混凝土內(nèi)（見(jiàn)圖8）。骨架鋼筋采用疊加布置方式（見(jiàn)圖9），使一期蓋梁具有完整的骨架鋼筋，以提高一期蓋梁的抗剪能力。同時(shí)，為提高新老混凝土的結(jié)合性能，在新老混凝土間布置了間距300 mm的防收縮抗剪短筋，在后澆混凝土的底面也布置了防收縮鋼筋（見(jiàn)圖11）。

圖8 組合蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖

圖9 組合蓋梁骨架鋼筋布置圖

小箱梁負(fù)彎矩鋼束及縱向頂?shù)酌驿摻畲┻^(guò)橫梁布置，并對(duì)小箱梁端部箍筋進(jìn)行了適當(dāng)加強(qiáng)。根據(jù)計(jì)算，墩頂處立柱縱向主筋加強(qiáng)為2根1束直徑32 mm鋼筋（見(jiàn)圖10）。

3.3 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

圖10 第一次澆筑蓋梁斷面配筋

圖11 第二次澆筑蓋梁斷面鋼筋

為真實(shí)反應(yīng)剛構(gòu)小箱梁上下部結(jié)構(gòu)的受力性能，在常規(guī)剛接梁法對(duì)單梁進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用Madis有限元程序的空間梁格模型對(duì)上下結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算分析，計(jì)算模型見(jiàn)圖12，圖13、圖14分別為其1/2跨承載能力組合彎矩及剪力分析結(jié)果。其中邊梁正負(fù)最大彎矩分別為8 360 kN·m與7 671 kN·m；中梁正負(fù)最大彎矩分別為7 954 kN·m與7 497 kN·m；邊梁及中梁最大剪力分別為2 140 kN與1 750 kN。

圖12 空間梁格計(jì)算模型

圖13 承載能力組合彎矩包絡(luò)圖（1/2跨）(單位：kN·m)

圖14 承載能力組合剪力包絡(luò)圖（1/2跨）（單位：kN）

4 結(jié)語(yǔ)

寧波市北環(huán)快速路是浙江省第一條城市快速路與軌道交通共建的一體化雙層高架。工程已于2014年10月完成上層快速路系統(tǒng)驗(yàn)收，并開(kāi)放交通，目前運(yùn)營(yíng)良好，下層軌道交通4號(hào)線也已完成主體結(jié)構(gòu)預(yù)留。與國(guó)內(nèi)前兩條城市快速路與軌道交通共建的雙層高架相比，寧波市北環(huán)快速路具有上層為連續(xù)結(jié)構(gòu)、采用雙層H型墩及局部采用剛構(gòu)小箱梁等特點(diǎn)與難點(diǎn)。尤其是剛構(gòu)小箱梁具有建筑高度低、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，是一種適合于一體化雙層高架的合理橋梁結(jié)構(gòu)型式，具有廣泛的推廣價(jià)值，其在工程中的成功應(yīng)用，對(duì)今后類似工程的建設(shè)具有很好的指導(dǎo)和借鑒意義。

[1]上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院.寧波市北環(huán)快速路（前洋立交-康莊南路）工程初步設(shè)計(jì)[Z].2010.

[2]顧民杰,章建慶.上海市共和新路高架工程一體化高架橋墩施工設(shè)計(jì)[Z].2002.