機(jī)場(chǎng)高速路—三環(huán)路立交工程設(shè)計(jì)

鄧雪峰,馬志剛

(成都市市政工程設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610023)

成都市三環(huán)路為規(guī)劃的一條城市環(huán)狀快速路，承擔(dān)著大量的交通量。機(jī)場(chǎng)高速路，承擔(dān)雙流國際機(jī)場(chǎng)與成都市區(qū)的運(yùn)輸任務(wù)，交通量很大。立交修建前，現(xiàn)狀一座三環(huán)路跨線橋跨越機(jī)場(chǎng)高速路，交通轉(zhuǎn)換極為不便。嚴(yán)重影響機(jī)場(chǎng)高速路和三環(huán)路的通行效率，通過修建立交匝道，三環(huán)路可以分流機(jī)場(chǎng)方向進(jìn)城的交通流量,將有效緩解人民南路的交通壓力，因此立交匝道的修建具有必要性和緊迫性。

本文結(jié)合機(jī)場(chǎng)高速路—三環(huán)路立交工程設(shè)計(jì)，總結(jié)分享一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

1 區(qū)域位置及現(xiàn)狀概況

本工程位于成都市成新大件路—三環(huán)路交叉口區(qū)域，位于成都市區(qū)西南方向。三環(huán)路為環(huán)狀城市快速路，規(guī)劃道路紅線寬度為80 m，主道雙向八車道，設(shè)計(jì)車速80 km/h,斷面組成為2×3.5 m(人行道)+2×12 m(輔道)+2×16 m(主道)+2×4.5 m(快慢分隔帶)+8 m(中央分隔帶)；機(jī)場(chǎng)高速路為西南—東北方向高速公路，規(guī)劃路寬度為70 m(含兩側(cè)輔道)。承擔(dān)雙流國際機(jī)場(chǎng)與成都市區(qū)的運(yùn)輸任務(wù)。目前三環(huán)路主車道跨越機(jī)場(chǎng)高速路，同時(shí)三環(huán)路由東向西留有一個(gè)右轉(zhuǎn)上機(jī)場(chǎng)高速路輔道的匝道。機(jī)場(chǎng)高速輔道目前為雙向行駛,兩側(cè)輔道與三環(huán)路輔道互通,但三環(huán)路輔道被機(jī)場(chǎng)高速截?cái)?。三環(huán)路主車道與機(jī)場(chǎng)高速路不互通。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)橋梁設(shè)計(jì)荷載：城市-A級(jí)。

(2)A、B匝道橋全寬8.5 m(B匝道為變寬)，凈寬7.5 m，單向雙車道；C、D橋全寬7.5 m;單向單車道；A匝道最小半徑90 m,最大縱坡5 %，單向橫坡(1.5 %～2 %)；B匝道為直線段,最大縱坡為5 %,單向橫坡1.5 %；C匝道最小半徑250 m，最大縱坡5 %,單向橫坡(1.5 %～2 %)；D匝道最小半徑50 m,最大縱坡5 %,單向橫坡(1.5 %～3 % )；設(shè)計(jì)車速：35 km/h；橋下凈空：≥5.0 m；地震烈度：7度設(shè)防。

3 總體設(shè)計(jì)

A匝道橋?yàn)楝F(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁橋，橋跨長427.6 m，扶壁式擋墻長109.14 m,重力式擋墻長為222.96 m。平曲線半徑90 m,設(shè)置緩和曲線。最大縱坡5 %，凸曲線半徑2 000 m，凹曲線半徑1 500 m，橋梁設(shè)超高，單向橫坡1.5 %～2 %，采用箱梁結(jié)構(gòu)起坡。橋全寬8.5 m，斷面組成2×0.5 m(防撞墻)+7.5 m(單向2車道)。

B匝道橋?yàn)楝F(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)異型梁橋，橋跨長159.5 m，重力式擋墻長為163.89 m。最大縱坡5 %，凹曲線半徑1 500 m，橋梁設(shè)超高，單向橫坡1.5 %，采用箱梁結(jié)構(gòu)起坡。橋全寬8.5～18.8 m，斷面組成(最小)2×0.5 m(防撞墻)+7.5 m(單向2車道)。

C匝道橋?yàn)楝F(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁橋，橋跨長216 m，扶壁式擋墻長為147.52 m。平曲線半徑250 m,設(shè)置緩和曲線。最大縱坡5 %，凸曲線半徑2 000 m，凹曲線半徑1 500 m，橋梁設(shè)超高，單向橫坡1.5 %～2 %，采用箱梁結(jié)構(gòu)起坡。橋全寬7.5 m，斷面組成2×0.5 m(防撞墻)+6.5 m(單向單車道)。

D匝道橋除跨三環(huán)路及機(jī)場(chǎng)路部分為鋼-混凝土疊合梁外,其余均為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁橋，橋跨長656.425 m，扶壁式擋墻長為156.96 m。平曲線最大半徑250 m,最小半徑50 m,設(shè)置緩和曲線。最大縱坡5 %，凸曲線半徑2 000 m，凹曲線半徑1 500 m，橋梁設(shè)超高，單向橫坡1.5 %～3 %，采用箱梁結(jié)構(gòu)起坡。橋全寬7.5 m，斷面組成2×0.5 m(防撞墻)+6.5 m(單向單車道)(圖1)。

圖1 機(jī)場(chǎng)高速路—三環(huán)路立交總平

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

A匝道橋橋跨共分5聯(lián)澆筑，第一聯(lián)為(20.3+4×21.5) m一聯(lián)，第二聯(lián)為4×21.5 m一聯(lián),第三及第四聯(lián)為3×21.5 m一聯(lián),第五聯(lián)為(4×21.5+20.3) m一聯(lián)。上部結(jié)構(gòu)采用3跨一聯(lián)現(xiàn)澆，全橋共4聯(lián)12跨。采用搭架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁，彎梁斷面為單箱2室結(jié)構(gòu)，梁高1.2～1.327 5 m，懸臂長度1.5 m。

B匝道橋橋跨共分2聯(lián)澆筑，第一聯(lián)為5×21.5 m一聯(lián)，第二聯(lián)為(2×18+16) m一聯(lián)。采用搭架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)異型梁，彎梁斷面為單箱2室結(jié)構(gòu)，梁高1.2～1.327 5 m，懸臂長度1.5 m。

C匝道橋橋跨共分2聯(lián)澆筑，第一及第二聯(lián)均為5×21.5 m一聯(lián)。采用搭架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁，彎梁斷面為單箱2室結(jié)構(gòu)，梁高1.2～1.312 5 m，懸臂長度1.5 m。

D匝道橋橋跨共分8聯(lián)澆筑，第一聯(lián)為4×18 m一聯(lián),第二聯(lián)為(24.625+2×30) m一聯(lián),第三聯(lián)為(30+43+28.5) m一聯(lián),第四聯(lián)及第五聯(lián)均為3×21.5 m一聯(lián),第六聯(lián)為4×21.5 m一聯(lián),第七聯(lián)為(2×20+2×21.5+20) m一聯(lián),第八聯(lián)為4×20 m一聯(lián)。除跨三環(huán)路及機(jī)場(chǎng)高速(二三聯(lián))采用鋼-混凝土疊合梁外,其余聯(lián)均采用搭架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁，彎梁斷面為單箱2室結(jié)構(gòu)，梁高1.2～1.312 5 m，懸臂長度1.5 m。

D匝道鋼混疊合梁上部結(jié)構(gòu)分為2聯(lián)，每聯(lián)3跨。第一聯(lián)全長24.625+30+30=84.625 m，第二聯(lián)全長28.5+43+30=101.5 m。每聯(lián)分為5個(gè)制作段，各制作段長度在12 m與22 m之間。鋼梁的橫斷面由為開口箱梁，單箱雙室，箱寬4.5 m，鋼梁高0.8～1.3 m。鋼梁底板厚20～34 mm，腹板及橫隔板厚12 mm，頂板厚20 mm，底板縱向加勁肋、腹板及橫隔板縱向加勁肋厚12 mm。腹板豎向加勁肋間距1 m布置。橋面板采用70 mm厚預(yù)制混凝土板作為模板，上澆150～400 mm厚C40混凝土。鋼梁頂板上布置直徑22 mm剪力釘。通過剪力釘，混凝土橋面板與鋼梁形成整體共同受力。橋面板內(nèi)縱橫向均布置受力鋼筋。澆注混凝土?xí)r應(yīng)采取可靠措施，保證新、舊混凝土能夠緊密結(jié)合。

4.2 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算

計(jì)算采用ANSYS和GQJS。有限元模型用ANSYS前處理建立，按結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸建模。模型采用笛卡兒三軸坐標(biāo)。X軸水平方向沿橋縱軸線；Y軸垂直橋縱軸線；Z軸豎直向上。

有限元計(jì)算模型共使用了兩種單元：鋼梁為Shell63三維4節(jié)點(diǎn)板單元；混凝土為Solid45三維8節(jié)點(diǎn)塊單元。為保證計(jì)算精度，Solid45三維8節(jié)點(diǎn)塊單元均采用6面體形狀，避免因?yàn)閱卧螤钔嘶蚧谓o計(jì)算帶來的誤差。本文選擇跨度為24.625 m+30 m+30 m一聯(lián)進(jìn)行計(jì)算分析。

各分析過程的限元模型如圖2、圖3所示。其中，圖2模型中包括鋼梁和先澆混凝土板。模型細(xì)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。模型中，鋼梁和混凝土形成組合作用聯(lián)合受力。在二者交界的位置，Shell63單元和Solid45單元公用節(jié)點(diǎn)，在公用節(jié)點(diǎn)處各自由度耦合。

圖2 鋼箱梁及部分混凝土板有限元模型

圖3 有限元模型局部放大

荷載組合計(jì)算結(jié)果如表1、表2。

表1 荷載組合一 MPa

表2 荷載組合二 MPa

4.3 下部結(jié)構(gòu)

匝道橋下部結(jié)構(gòu)中，橋臺(tái)為直立式橋臺(tái)，樁基礎(chǔ)；橋墩采用圓柱墩，一般為直徑1.2～1.5 m，樁徑1.5～1.8 m?？古ざ罩睆綖?.4 m，樁徑為2×1.0～1.2 m。

5 施工注意事項(xiàng)

(1)疊合梁各制作段在工廠焊接成型后，現(xiàn)場(chǎng)栓接就位，后澆橋面板。第1聯(lián)采用無臨時(shí)支架施工，架設(shè)安裝鋼梁后直接澆注混凝土和橋面系。第2聯(lián)采用有臨時(shí)支架的施工方法。

(2)臨時(shí)支架沉降會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，施工單位應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑闹Ъ芊戳Σ⒏鶕?jù)臨時(shí)支架的高度、架設(shè)方式及使用材料等，進(jìn)行支架設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)的處理。

(3)設(shè)計(jì)推薦采用預(yù)壓法以消除支架變形的影響，支架頂端應(yīng)設(shè)置必要的高程調(diào)整裝置。

(4)施工中應(yīng)對(duì)鋼梁支點(diǎn)、跨中和臨時(shí)支承位置在各施工階段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并成文備案。

(5)鋼梁放樣尺寸要求準(zhǔn)確。鋼梁加工完畢后必須在工廠進(jìn)行預(yù)拼，確認(rèn)尺寸無誤。鋼梁制作、存放及吊裝就位的周期及時(shí)間應(yīng)通知設(shè)計(jì)部門，盡量避免由于溫差造成的梁長變化。預(yù)制鋼梁在開口截面時(shí)，運(yùn)輸和按照過程應(yīng)禁止其扭轉(zhuǎn)、翹曲或側(cè)傾。鋼混凝土連梁技術(shù)含量較高，設(shè)計(jì)要求在施工關(guān)鍵部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，施工單位應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)。

6 結(jié)束語

(1)立交橋的修建要服從和服務(wù)于城市總體規(guī)劃和片區(qū)交通規(guī)劃。根據(jù)交通量的調(diào)查分析預(yù)測(cè)確定立交橋匝道的寬度。

(2)鋼混疊合梁一種很好的結(jié)構(gòu)型式選擇，充分發(fā)揮了鋼材受拉和混凝土橋面板鋪裝各自的特長。在支架搭設(shè)受限、曲線段、異形結(jié)構(gòu)處理等方面具有比較優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

(3)考慮到立交區(qū)域內(nèi)地下管線極其復(fù)雜，樁基布置時(shí)應(yīng)根據(jù)管線重要性和遷改難度，綜合比較后確定采取遷改或者結(jié)構(gòu)避讓措施。