浦東機場北通道4標(biāo)段主線高架橋結(jié)構(gòu)布置與選型

李 潔

(上海城興市政工程設(shè)計有限公司，上海 200233)

1 工程概況

浦東國際機場北通道(申江路～主進場路)新建工程起點位于中環(huán)線申江路立交，終點立交與主進場路相接，路線全長15.65 km，本工程4標(biāo)段，工程范圍為 K13+400～K16+200路段，總長2.8 km。道路分為高架道路和地面道路，其中，高架道路按城市快速路標(biāo)準設(shè)計，雙向八車道，地面道路按城市次干路標(biāo)準設(shè)計，為雙向六車道。本工程范圍內(nèi)設(shè)計的橋梁為本標(biāo)段高架道路橋梁、上下匝道橋梁、互通立交匝道橋梁及地面道路跨河橋梁。工程范圍橋梁全長約5023.7 m，橋梁總面積110992.9 m2。

2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循適用、安全、經(jīng)濟、美觀、施工快捷的建設(shè)方針。2)結(jié)構(gòu)的設(shè)計做到技術(shù)合理、先進，施工便利，經(jīng)濟指標(biāo)合理。3)選用的結(jié)構(gòu)必須具有規(guī)定的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性，處理好橋面伸縮縫及橋面滿足行車的平順、舒適、快速、安全的要求。4)橋梁建筑的重點放在總體布置和主體結(jié)構(gòu)上?？傮w布置和結(jié)構(gòu)選型除應(yīng)與浦西中環(huán)線、浦東中環(huán)線形成一個完整的體系，協(xié)調(diào)和諧之外，還應(yīng)與浦東新區(qū)的總體景觀、空間的比例相協(xié)調(diào)，創(chuàng)造簡潔、清晰、輕巧、通透的建筑形式。所選方案應(yīng)既能快速施工，又要造型新穎美觀，使之成為新區(qū)的亮點。5)考慮到景觀因素，橋梁跨徑根據(jù)橫向的橋?qū)?，適當(dāng)放大，選擇最合理、最經(jīng)濟的跨徑、減少橋墩，墩柱處理力求簡潔美觀，并與上部結(jié)構(gòu)箱梁形式和諧統(tǒng)一。6)橋梁結(jié)構(gòu)在選擇結(jié)構(gòu)類型時，根據(jù)功能、使用要求、城市規(guī)劃、沿線地貌、地質(zhì)條件和周圍環(huán)境等因素進行優(yōu)化比選，取用最經(jīng)濟合理的橋梁形式和樁基礎(chǔ)形式。

3 橋梁設(shè)計技術(shù)標(biāo)準

主線橋梁設(shè)計車速80 km/h，荷載等級為城—B級，橋梁安全等級為一級，γ0=1.1，凈空高度不小于 4.5 m。

主線橋梁標(biāo)準寬度:結(jié)合道路總體設(shè)計要求，路段內(nèi)有分離式斷面和整體式斷面兩種。整體式橋梁斷面為雙向八車道，標(biāo)準寬度30.5 m，橫斷面組成為:0.5 m(防撞護欄)+14.5 m(行車道)+0.5 m(中央分隔帶)+14.5 m(行車道)+0.5 m(防撞護欄)=30.5 m;分離式橋梁斷面單幅橋單向四車道，標(biāo)準寬度15.5 m，單幅橋橫斷面組成為:0.5 m(防撞護欄)+14.5 m(行車道)+0.5 m(防撞護欄)=15.5 m。

橋面縱坡、平曲線、豎曲線按道路線型要求設(shè)置，橋面橫坡設(shè)單向坡(分幅式、匝道)、雙向橫坡(整幅式)，均為2%。根據(jù)勘察報告規(guī)定，本工程地區(qū)地震基本烈度7度，地震動峰值加速度0.1g，結(jié)構(gòu)重要性修正系數(shù)為 1.3。

4 主線高架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 標(biāo)準段橋梁結(jié)構(gòu)選型

主線高架橋梁的上部結(jié)構(gòu)形式可選擇簡支加連續(xù)橋面體系，亦可采用連續(xù)結(jié)構(gòu)體系。簡支結(jié)構(gòu)、連續(xù)橋面體系的上部結(jié)構(gòu)可以采用預(yù)制空心板梁、T梁、預(yù)制小箱梁，亦可采用鋼—混凝土簡支疊合梁。連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)可采用先簡支后連續(xù)小箱梁或現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁以及連續(xù)剛構(gòu)、全鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁或普通鋼筋混凝土箱形梁結(jié)構(gòu)。

根據(jù)總體方案布置，標(biāo)準段結(jié)構(gòu)占整個橋梁工程結(jié)構(gòu)近60%，因此，標(biāo)準段結(jié)構(gòu)的合理選型是本次設(shè)計的一個重要因素。本工程高架道路推薦采用上下行整體式斷面，為了選擇最為合理、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式，以30 m～35 m跨徑為代表，對適應(yīng)結(jié)構(gòu)要求的各種結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟指標(biāo)等因素進行了綜合分析，如表1所示。

表1 上部結(jié)構(gòu)經(jīng)濟指標(biāo)比較

經(jīng)過比較，雖然T梁、小箱梁結(jié)構(gòu)施工便捷，工程造價較低，但其結(jié)構(gòu)離散性大、耐久性低、行車舒適性差，尤其整幅橋梁斷面橫向?qū)挾葹?0.5 m，如要滿足比較好的地面交通功能，蓋梁懸臂長度達到10.6 m以上，即使采用牛腿+倒T蓋梁形式，巨大的蓋梁懸臂將影響景觀，對浦東機場北通道這樣重要的工程，不宜采用這種結(jié)構(gòu)。而連續(xù)剛構(gòu)因城市高架橋橋墩一般較低，不適合采用。

連續(xù)大箱梁結(jié)構(gòu)雖工程造價稍高，但其結(jié)構(gòu)整體性強、抗扭能力大、適用跨徑范圍廣、結(jié)構(gòu)耐久性好，以及其行車舒適、整體景觀效果好，橋下視覺較為通透和開闊。該類結(jié)構(gòu)在目前的城市高架橋梁結(jié)構(gòu)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，而且對此類結(jié)構(gòu)上海地區(qū)也有經(jīng)驗，只要做到合理安排施工順序，加強施工組織管理，完全可以做到快速施工，滿足工程進度，保證工期。尤其考慮浦東國際機場北通道是浦東中環(huán)線的延伸線，高架橋梁結(jié)構(gòu)的選用也應(yīng)與浦東中環(huán)線相一致，達到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，故采用連續(xù)大箱梁結(jié)構(gòu)。

4.2 高架橋梁結(jié)構(gòu)外形選擇

浦東機場北通道為中環(huán)線的延伸線，是一條連接浦東國際機場和市中心城區(qū)的重要通道之一，其高架橋梁的外形選擇至關(guān)重要，既要突出浦東新區(qū)的特點，又要與浦西中環(huán)線、浦東中環(huán)線和諧統(tǒng)一，使浦東機場北通道成為浦東新區(qū)的一個亮點，體現(xiàn)出國際大都市的城市風(fēng)貌。

主線高架橋標(biāo)準段上部結(jié)構(gòu)橫斷面設(shè)計。

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)選用的連續(xù)大箱梁結(jié)構(gòu)，提出如下兩個箱梁橫斷面方案進行比較。方案橫斷面比較如圖1所示。

圖1 上部結(jié)構(gòu)橫斷面設(shè)計方案

方案一采用的是與浦東中環(huán)線完全一致的“飛燕式”斷面形式，使中環(huán)線浦東段延伸線高架橋梁的造型與中環(huán)線形成了一個有機的整體。該斷面在常規(guī)斜腹箱梁的基礎(chǔ)上，增加斜腹板斜度，并在腹板與頂?shù)装暹B接位置使用反彎曲線，由于曲線半徑較大，懸臂更大，線型變化更趨緩和，視覺流暢與柔和。從受力上進行分析，由于腹板高度隨著底板線形變化由中高向外迅速降低，在同一受力要求的情況下梁的截面高度更高，梁高h=2.8 m。從施工角度來看，由于外形曲線范圍大，模板制作有一定難度。

方案二斷面形式在總體上保持了浦東中環(huán)線“飛燕式”斷面外形的橋梁風(fēng)格基礎(chǔ)上又有所創(chuàng)新，外形美觀、輕盈，在其自身剛性的基礎(chǔ)上融入了柔和的要素，使其剛?cè)嵯酀?大挑臂圓弧斜腹板的外形更突出了外形的柔和、輕盈，組合柔美。從受力上進行初步分析表明，對比方案一，箱梁底板是平的，腹板高度沒有變化，在同一受力要求的情況下，截面高度比方案一低，梁高h=2.4 m。從施工角度上來看，由于箱梁底的棱線要求順橋向隨主線流暢布設(shè)，對施工的要求也較高。表2為跨徑為35 m時兩種橫斷面方案的比較。

表2 兩種橫斷面方案比較

綜上所述，選取方案二作為主線高架橋的橫斷面。該方案結(jié)合浦東新區(qū)的特點，力求不同，又富有特色，工程造價適中，且結(jié)構(gòu)受力合理。

4.3 主線高架橋標(biāo)準跨徑選擇

由于橋梁結(jié)構(gòu)的造價占工程造價百分比較大，因此，標(biāo)準段跨徑的合理選擇是本次設(shè)計的一個重要因素。結(jié)構(gòu)跨徑的比選主要從結(jié)構(gòu)受力性能、經(jīng)濟指標(biāo)及總體景觀效果幾方面進行比較?？紤]到本工程橋梁標(biāo)準寬度為整幅式雙向八車道，橋?qū)掃_30.5 m，橋梁跨徑過小將使結(jié)構(gòu)的寬跨比縮小，從而使得結(jié)構(gòu)本身內(nèi)力的空間效應(yīng)增大而造成不利。因受地面道路布置需要，高架結(jié)構(gòu)橫梁懸臂較大，結(jié)構(gòu)梁高受橫向作用限制較大，合理的跨徑布置應(yīng)使橋梁梁高能同時兼顧橋梁橫向?qū)挾扰c縱向跨徑，在結(jié)合美觀、經(jīng)濟并且滿足建設(shè)進度的前提下，標(biāo)準跨徑經(jīng)濟指標(biāo)比較時采用3×30 m，3×35 m，3×40 m三種跨徑組合，橋梁比較長度采用三種跨徑組合的最小公倍數(shù)橋長。

由于箱梁梁高受橫梁高度限制，三種跨徑組合的上部結(jié)構(gòu)主要材料指標(biāo)基本接近，尤其是3×30 m，3×35 m兩種跨徑組合的材料用量差異在3%～5%之間，跨徑組合為3×40 m時，上部結(jié)構(gòu)三材指標(biāo)分別比3×35 m組合時上升2%(混凝土)，5%(普通鋼筋)，9%(預(yù)應(yīng)力鋼筋)，相對比較明顯。下部結(jié)構(gòu)主要受上部結(jié)構(gòu)恒載和水平荷載控制，從高架橋梁造價的總體組成上來看，一般上部結(jié)構(gòu)所占比例約65%，下部僅占35%，當(dāng)跨徑增大時，上部工程量增大，下部減少，增大量大于減少量，因此增大跨徑對降低整體結(jié)構(gòu)材料用量的作用效果不大。

結(jié)合本工程整幅式橋梁橫向?qū)挾容^寬的特點，本工程標(biāo)準段橋梁跨徑選擇35 m為宜。

因此，在主線高架道路標(biāo)準段上采用標(biāo)準跨徑為35 m的等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。箱梁標(biāo)準截面梁高取2.4 m，單箱六室，頂板厚0.22 m，底板厚0.20 m，跨中段腹板厚 0.35 m，端部腹板放大至0.70 m。整個箱梁以三孔～五孔一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)為主體。箱梁采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用s15.20，d=15.2的高強度低松弛鋼絞線，預(yù)應(yīng)力錨具采用優(yōu)質(zhì)的群錨體系，普通鋼筋采用HPB235，HRB335級鋼筋。

5 結(jié)語

浦東國際機場北通道工程是上海市城市路網(wǎng)骨架的重要組成部分，工程設(shè)計遵循“滿足機場需求、兼顧地方交通，解決重要節(jié)點、規(guī)模適度超前”的指導(dǎo)思想，通過對高架橋結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和優(yōu)化，可以在保證高架橋梁滿足基本功能的前提下，做到安全、經(jīng)濟、美觀、施工快捷的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，該工程高架橋結(jié)構(gòu)的布置與選型可為類似工程的設(shè)計提供參考。

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