浦东机场北通道4标段主线高架桥结构布置与选型

李 洁

(上海城兴市政工程设计有限公司，上海 200233)

1 工程概况

浦东国际机场北通道(申江路～主进场路)新建工程起点位于中环线申江路立交，终点立交与主进场路相接，路线全长15.65 km，本工程4标段，工程范围为 K13+400～K16+200路段，总长2.8 km。道路分为高架道路和地面道路，其中，高架道路按城市快速路标准设计，双向八车道，地面道路按城市次干路标准设计，为双向六车道。本工程范围内设计的桥梁为本标段高架道路桥梁、上下匝道桥梁、互通立交匝道桥梁及地面道路跨河桥梁。工程范围桥梁全长约5023.7 m，桥梁总面积110992.9 m2。

2 桥梁结构设计原则

1)结构设计遵循适用、安全、经济、美观、施工快捷的建设方针。2)结构的设计做到技术合理、先进，施工便利，经济指标合理。3)选用的结构必须具有规定的强度、刚度、稳定性和耐久性，处理好桥面伸缩缝及桥面满足行车的平顺、舒适、快速、安全的要求。4)桥梁建筑的重点放在总体布置和主体结构上。总体布置和结构选型除应与浦西中环线、浦东中环线形成一个完整的体系，协调和谐之外，还应与浦东新区的总体景观、空间的比例相协调，创造简洁、清晰、轻巧、通透的建筑形式。所选方案应既能快速施工，又要造型新颖美观，使之成为新区的亮点。5)考虑到景观因素，桥梁跨径根据横向的桥宽，适当放大，选择最合理、最经济的跨径、减少桥墩，墩柱处理力求简洁美观，并与上部结构箱梁形式和谐统一。6)桥梁结构在选择结构类型时，根据功能、使用要求、城市规划、沿线地貌、地质条件和周围环境等因素进行优化比选，取用最经济合理的桥梁形式和桩基础形式。

3 桥梁设计技术标准

主线桥梁设计车速80 km/h，荷载等级为城—B级，桥梁安全等级为一级，γ0=1.1，净空高度不小于 4.5 m。

主线桥梁标准宽度:结合道路总体设计要求，路段内有分离式断面和整体式断面两种。整体式桥梁断面为双向八车道，标准宽度30.5 m，横断面组成为:0.5 m(防撞护栏)+14.5 m(行车道)+0.5 m(中央分隔带)+14.5 m(行车道)+0.5 m(防撞护栏)=30.5 m;分离式桥梁断面单幅桥单向四车道，标准宽度15.5 m，单幅桥横断面组成为:0.5 m(防撞护栏)+14.5 m(行车道)+0.5 m(防撞护栏)=15.5 m。

桥面纵坡、平曲线、竖曲线按道路线型要求设置，桥面横坡设单向坡(分幅式、匝道)、双向横坡(整幅式)，均为2%。根据勘察报告规定，本工程地区地震基本烈度7度，地震动峰值加速度0.1g，结构重要性修正系数为 1.3。

4 主线高架桥结构设计

4.1 标准段桥梁结构选型

主线高架桥梁的上部结构形式可选择简支加连续桥面体系，亦可采用连续结构体系。简支结构、连续桥面体系的上部结构可以采用预制空心板梁、T梁、预制小箱梁，亦可采用钢—混凝土简支叠合梁。连续梁上部结构可采用先简支后连续小箱梁或现浇预应力混凝土连续箱梁以及连续刚构、全钢结构连续箱梁或普通钢筋混凝土箱形梁结构。

根据总体方案布置，标准段结构占整个桥梁工程结构近60%，因此，标准段结构的合理选型是本次设计的一个重要因素。本工程高架道路推荐采用上下行整体式断面，为了选择最为合理、经济的结构形式，以30 m～35 m跨径为代表，对适应结构要求的各种结构形式的经济指标等因素进行了综合分析，如表1所示。

表1 上部结构经济指标比较

经过比较，虽然T梁、小箱梁结构施工便捷，工程造价较低，但其结构离散性大、耐久性低、行车舒适性差，尤其整幅桥梁断面横向宽度为30.5 m，如要满足比较好的地面交通功能，盖梁悬臂长度达到10.6 m以上，即使采用牛腿+倒T盖梁形式，巨大的盖梁悬臂将影响景观，对浦东机场北通道这样重要的工程，不宜采用这种结构。而连续刚构因城市高架桥桥墩一般较低，不适合采用。

连续大箱梁结构虽工程造价稍高，但其结构整体性强、抗扭能力大、适用跨径范围广、结构耐久性好，以及其行车舒适、整体景观效果好，桥下视觉较为通透和开阔。该类结构在目前的城市高架桥梁结构中已经广泛应用，而且对此类结构上海地区也有经验，只要做到合理安排施工顺序，加强施工组织管理，完全可以做到快速施工，满足工程进度，保证工期。尤其考虑浦东国际机场北通道是浦东中环线的延伸线，高架桥梁结构的选用也应与浦东中环线相一致，达到协调统一，故采用连续大箱梁结构。

4.2 高架桥梁结构外形选择

浦东机场北通道为中环线的延伸线，是一条连接浦东国际机场和市中心城区的重要通道之一，其高架桥梁的外形选择至关重要，既要突出浦东新区的特点，又要与浦西中环线、浦东中环线和谐统一，使浦东机场北通道成为浦东新区的一个亮点，体现出国际大都市的城市风貌。

主线高架桥标准段上部结构横断面设计。

根据上部结构选用的连续大箱梁结构，提出如下两个箱梁横断面方案进行比较。方案横断面比较如图1所示。

图1 上部结构横断面设计方案

方案一采用的是与浦东中环线完全一致的“飞燕式”断面形式，使中环线浦东段延伸线高架桥梁的造型与中环线形成了一个有机的整体。该断面在常规斜腹箱梁的基础上，增加斜腹板斜度，并在腹板与顶底板连接位置使用反弯曲线，由于曲线半径较大，悬臂更大，线型变化更趋缓和，视觉流畅与柔和。从受力上进行分析，由于腹板高度随着底板线形变化由中高向外迅速降低，在同一受力要求的情况下梁的截面高度更高，梁高h=2.8 m。从施工角度来看，由于外形曲线范围大，模板制作有一定难度。

方案二断面形式在总体上保持了浦东中环线“飞燕式”断面外形的桥梁风格基础上又有所创新，外形美观、轻盈，在其自身刚性的基础上融入了柔和的要素，使其刚柔相济;大挑臂圆弧斜腹板的外形更突出了外形的柔和、轻盈，组合柔美。从受力上进行初步分析表明，对比方案一，箱梁底板是平的，腹板高度没有变化，在同一受力要求的情况下，截面高度比方案一低，梁高h=2.4 m。从施工角度上来看，由于箱梁底的棱线要求顺桥向随主线流畅布设，对施工的要求也较高。表2为跨径为35 m时两种横断面方案的比较。

表2 两种横断面方案比较

综上所述，选取方案二作为主线高架桥的横断面。该方案结合浦东新区的特点，力求不同，又富有特色，工程造价适中，且结构受力合理。

4.3 主线高架桥标准跨径选择

由于桥梁结构的造价占工程造价百分比较大，因此，标准段跨径的合理选择是本次设计的一个重要因素。结构跨径的比选主要从结构受力性能、经济指标及总体景观效果几方面进行比较。考虑到本工程桥梁标准宽度为整幅式双向八车道，桥宽达30.5 m，桥梁跨径过小将使结构的宽跨比缩小，从而使得结构本身内力的空间效应增大而造成不利。因受地面道路布置需要，高架结构横梁悬臂较大，结构梁高受横向作用限制较大，合理的跨径布置应使桥梁梁高能同时兼顾桥梁横向宽度与纵向跨径，在结合美观、经济并且满足建设进度的前提下，标准跨径经济指标比较时采用3×30 m，3×35 m，3×40 m三种跨径组合，桥梁比较长度采用三种跨径组合的最小公倍数桥长。

由于箱梁梁高受横梁高度限制，三种跨径组合的上部结构主要材料指标基本接近，尤其是3×30 m，3×35 m两种跨径组合的材料用量差异在3%～5%之间，跨径组合为3×40 m时，上部结构三材指标分别比3×35 m组合时上升2%(混凝土)，5%(普通钢筋)，9%(预应力钢筋)，相对比较明显。下部结构主要受上部结构恒载和水平荷载控制，从高架桥梁造价的总体组成上来看，一般上部结构所占比例约65%，下部仅占35%，当跨径增大时，上部工程量增大，下部减少，增大量大于减少量，因此增大跨径对降低整体结构材料用量的作用效果不大。

结合本工程整幅式桥梁横向宽度较宽的特点，本工程标准段桥梁跨径选择35 m为宜。

因此，在主线高架道路标准段上采用标准跨径为35 m的等高度预应力混凝土连续箱梁。箱梁标准截面梁高取2.4 m，单箱六室，顶板厚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。整个箱梁以三孔～五孔一联的预应力连续箱梁结构为主体。箱梁采用C50混凝土，预应力钢绞线采用s15.20，d=15.2的高强度低松弛钢绞线，预应力锚具采用优质的群锚体系，普通钢筋采用HPB235，HRB335级钢筋。

5 结语

浦东国际机场北通道工程是上海市城市路网骨架的重要组成部分，工程设计遵循“满足机场需求、兼顾地方交通，解决重要节点、规模适度超前”的指导思想，通过对高架桥结构的合理设计和优化，可以在保证高架桥梁满足基本功能的前提下，做到安全、经济、美观、施工快捷的协调统一，该工程高架桥结构的布置与选型可为类似工程的设计提供参考。

［1］姜福香，雷俊卿.桥梁工程［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［2］CJJ 11-93，城市桥梁设计准则［S］.

［3］CJJ 77-98，城市桥梁设计荷载标准［S］.

［4］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［5］DGJ 08-11-99，上海市地基基础设计规范［S］.