寧波市機場快速干道工程高架橋梁總體設計

胡 江

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

1 項目概況

寧波市機場快速干道位于寧波市中心城區中、西部地區，是中心城區中西部路網的主要集散通道，同時還是寧波櫟社國際機場、寧波客運中心及寧波鐵路南站樞紐的重要集散通道，在中心城區路網中具有重要的地位和作用，見圖1。

圖1 寧波市機場快速干道工程位置示意圖

機場快速干道工程范圍為中山西路～34省道立交，路線全長7 919.582 m，項目包含4座互通立交，為中山路立交、永達路立交、環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，橋梁面積約30萬m2，見圖2。

圖2 寧波市機場快速干道工程總體平面布置圖

機場快速干道工程是利用現狀機場公路進行提升改造，設計路中線采用既有機場公路中線。項目沿線所經地區規劃路網較密，在全線7.92 km范圍內共與14條各等級道路相交，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 主要技術標準

（1）道路等級與設計車速：

高架主線按照城市快速路標準建設，V=80 km/h；

地面輔道按照城市主干路標準建設，V=60 km/h。

（2）道路標準橫斷面，見圖3。

主線高架橋梁：標準橋寬25 m，為整幅斷面，雙向六車道標準，單側車行道凈寬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0.5 m防撞護欄分隔，兩側設0.5 m防撞護欄。

地面輔道：雙向六車道斷面，單側機動車道凈寬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，用于布設主線高架橋梁主墩；側分帶寬2.0 m，用于主線高架橋梁加寬處設置輔墩；非機動車道5 m，人行道3 m，地面輔道實際用地寬度僅為50 m。

（3）橋梁結構設計基準期為100 a；結構設計安全等級：一級。

（4）荷載標準：

主線高架橋及立交匝道：公路-Ⅰ級；

地面輔道橋梁：公路-Ⅰ級；

人群及非機動車荷載；按5 kPa均布載。

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

圖3 寧波市機場快速干道工程標準橫斷面圖（單位：m）

3 高架橋梁總體設計

寧波市機場快速干道工程作為寧波市第一條城市高架快速路，在總體設計階段受到了各方廣泛關注，主線高架橋梁結構型式與斷面不僅要能滿足道路總體功能要求、滿足機場快速干道整體施工期間工期和組織安排的需要，此外，高架橋梁尚應具有一定的景觀標志性效果，能夠代表寧波城市發展的最新面貌。

3.1 高架橋梁結構型式選擇

針對該工程主線高架橋梁的具體特點，在結構選型中充分考慮各種結構體系的優缺點，力求選用較為先進的結構形式和施工方法，滿足寧波機場快速干道工程的建設需要。對于城市高架橋梁，通常采用梁式結構，見表1。

表1 橋梁結構比較表

（1）簡支體系梁橋具有工廠標準化預制、施工速度快，對地面交通干擾小，工程造價相對較低等優點；缺點是橋面連續縫易損壞，行車舒適感差，結構整體性和抗震性能差。

（2）先簡支后連續體系，同樣具有工廠化預制、對地面交通干擾小等優點，而且增強了結構整體性能，提高了行車舒適性。但是該體系對于小半徑彎橋及橋梁寬度異型段極難處理，此外，結構設置的明蓋梁會影響橋梁下方地面輔道的凈空高度，而且外觀效果較差。

（3）現澆連續梁體系具有整體性強、跨徑布置靈活的特點，結構現場澆筑，便于調整模板尺寸，對于平曲線、彎匝道、平面異形的橋梁具有較強的適應性。盡管該種連續結構也存在施工期間對交通干擾大、工期長等不利因素，可以通過優化施工工藝、合理確定施工方案等手段來改善。

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

通過比選，現澆連續梁結構相比其它幾種結構型式，能夠更好地適應寧波機場快速干道工程的特點，滿足大規模橋梁建設的需要，而且橋梁外觀整潔美觀，能夠展現現代都市的建筑景觀。

3.2 高架主梁斷面選擇

考慮到主梁斷面對于工程實施的重要性，在項目具體實施前，對主線標準橫斷面布置要求、主梁斷面外形、主梁斷面的適應性、主梁模板施工難度和主梁景觀效果等方面進行了綜合比較，從而確定合理實施方案。

（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）實施斷面：弧形邊腹板斷面，見圖7。

圖7 實施斷面圖（單位：mm）

（5）主梁斷面方案的比較

通過比選可以發現，每種主梁斷面型式均有各自的優缺點，但在該工程中，實施斷面在綜合景觀效果、斷面適應性、施工難易度和工程投資等方面均具有優勢，而且梁型外觀簡潔、美觀，能夠代表寧波市高架快速路自身的特點，可以為寧波市樹立一條在全國特點突出、且具有標志性的景觀高架，見表2。

表2 橋梁斷面型式比較表

3.3 高架主梁設計

（1）高架主梁構造

機場快速干道主線高架現澆連續箱梁斷面型式為弧形邊腹板大懸臂斷面，根據道路總體布置要求，主梁上下行為整幅斷面，標準斷面全寬為25 m，單箱三室結構、等截面。主梁兩側懸臂長度為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）高架主梁設計

由于總體斷面布置要求，主線箱梁寬度較大，且標準斷面主梁橫橋向外挑出支點長度較大，達到9.7 m，與常規城市高架的主梁在受力方面有較大的區別。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雜。

根據空間計算分析，由于剪力滯效應使主梁在墩頂范圍的有效寬度較常規斷面主梁大大減小，墩頂的有效剛度僅為原結構斷面剛度的70%左右，因此需要提高縱向鋼束的配置和優化縱向鋼束的配置位置以滿足結構受力要求，見圖9。

針對該工程高架橋梁長，受控點多等實際特點，主梁采用梁端錨固、箱內張拉的施工工藝，在滿足預應力鋼束張拉要求的前提下，不會對相鄰聯箱梁施工產生影響，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撓的變形趨勢，且主梁箱室寬度較大，在承受局部輪載作用時，頂板受力情況較為復雜。通過計算，主梁頂板橫橋向需配置預應力鋼束，具體為2φs15.2@100 cm。主梁的中橫梁和邊橫梁均為預應力橫梁，橫梁根據計算需要配置相應鋼束，鋼束的布置須躲避主梁縱向鋼束。

3.4 高架橋主墩設計

（1）主墩構造

圖8 主梁斷面構造圖（單位：mm）

為滿足機場快速干道地面輔道的布置要求，主線高架標準斷面均采用獨墩布置。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的設置要求。主墩為提高主梁的橫向穩定性及主墩自身的景觀效果，在頂部3 m范圍內兩墩分別向外側傾斜，頂部全寬為7.8 m。在距離墩柱頂部0.4 m處，設置一道高度1.2～1.5 m變高度聯系梁，見圖11。

圖9 3×30 m跨徑主梁抗彎剛度折減系數示意圖

（2）主墩受載分析

主墩由外荷載偏心所產生的橫橋向彎矩會在墩頂系桿內產生一定的水平拉力，該水平拉力的大小取決于墩頂系桿距離墩底固結點的距離。在相同情況下，系桿至墩底固結點距離越大，則系桿內拉力越小，反之亦然。主墩墩身自系桿至墩底固結點長度范圍內均承受與系桿拉力相同大小的水平剪力。

在工程設計中，為明確主墩的受載性能，采用Ansys計算程序進行模擬計算、分析。計算單元采用Solid95單元，取墩高8 m、13 m分別建模，約束條件為墩底固結。荷載按照標準橋寬30 m跨徑結構進行加載計算，綜合考慮恒載和活載作用下，單支點加載15 000 kN，荷載以支座面荷載形式施加。主墩應力云圖如圖12所示。

圖10 主梁鋼束平面布置圖（單位：mm）

圖11 主墩構造圖（單位：mm）

圖12 主墩主拉、主壓應力云圖（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產生較大的拉應力，拉應力沿系桿截面向下快速消減。該處的拉應力一方面是由系桿內拉力所致，另一方面也由系桿與主墩相接處的彎矩造成，可通過在上系桿設置普通拉筋或主動預應力鋼束來平衡。墩柱頂部與支座面荷載相接觸處壓應力較大，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力范圍內，可通過局部加強滿足構造要求；主墩其余部位壓應力整體較為均勻，說明主墩受力性能滿足結構受力要求。

3.5 基礎設計

（1）樁基設計

寧波地區具有軟土層較厚的地質特點，在設計中，結合該工程大部分采用較大跨徑現澆連續箱梁的結構特點，基礎選擇承載力較高、施工工藝較為成熟的鉆孔灌注樁群樁基礎。根據地質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）承臺設計

由于寧波地區路面沉降現象較為嚴重，設計中，在滿足受力需要的基礎上，盡量將主墩及輔墩的承臺基礎布置于地面輔道分隔帶內，防止路面由于軟硬搭接、沉降不一致，帶來行車安全隱患。

主線標準25 m橋寬30 m跨徑橋梁中墩基礎采用9根直徑1.0 m鉆孔灌注樁基礎，承臺尺寸為7 m×7.2 m，聯接墩基礎采用6根直徑1.0m鉆孔灌注樁基礎，承臺尺寸為7 m×4.6 m，承臺橫橋向寬度不超出地面輔道7 m中央分隔帶寬度，見圖13。

圖13 標準橋跨基礎平面圖（單位：mm）

針對較大跨徑基礎及輔墩基礎超出分隔帶寬度、局部侵入地面輔道車行道范圍的情況，設計中通過將承臺頂埋置于機場路輔道路面結構以下，且在路面結構下滿鋪一層土工隔柵（包括承臺頂），加強機場路輔道路面的整體性，改善路面沉降現象。此外，加強對承臺基坑回填的密實度要求，保證地面輔道的平順。

4 結語

寧波市機場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。

該工程是在現狀機場公路范圍進行提升改造，在標準50 m寬的用地范圍內實現了高架雙向六車道+地面輔道雙向六車道的快速路標準，在城市建設用地日益緊張的今天，該工程較好地實現了土地的集約、高效利用，減少了代價高昂的征地拆遷，體現了可持續發展的設計理念。本文詳細介紹了該工程高架橋梁的總體設計情況，希望能為其它城市高架快速路橋梁建設提供借鑒。