宁波市机场快速干道工程高架桥梁总体设计

胡 江

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

1 项目概况

宁波市机场快速干道位于宁波市中心城区中、西部地区，是中心城区中西部路网的主要集散通道，同时还是宁波栎社国际机场、宁波客运中心及宁波铁路南站枢纽的重要集散通道，在中心城区路网中具有重要的地位和作用，见图1。

图1 宁波市机场快速干道工程位置示意图

机场快速干道工程范围为中山西路～34省道立交，路线全长7 919.582 m，项目包含4座互通立交，为中山路立交、永达路立交、环城南路立交和杭甬高速立交，此外，还包括主线高架上下匝道7对，桥梁面积约30万m2，见图2。

图2 宁波市机场快速干道工程总体平面布置图

机场快速干道工程是利用现状机场公路进行提升改造，设计路中线采用既有机场公路中线。项目沿线所经地区规划路网较密，在全线7.92 km范围内共与14条各等级道路相交，其中：高速公路1条；快速路1条；主干路6条；次干路5条；支路1条，路口平均间距仅为566 m，且高等级道路比例较大，地面形式快速路难以保证有效的交通组织，且容易造成对城市的割裂。因此，工程采用“主线双向6车道（高架）+辅道双向6车道（地面）”的布置形式。

2 主要技术标准

（1）道路等级与设计车速：

高架主线按照城市快速路标准建设，V=80 km/h；

地面辅道按照城市主干路标准建设，V=60 km/h。

（2）道路标准横断面，见图3。

主线高架桥梁：标准桥宽25 m，为整幅断面，双向六车道标准，单侧车行道净宽11.75 m，按照2条3.5 m小型车道、1条3.75 m混行车道布置，路缘带宽0.5 m。上下行车道中间设0.5 m防撞护栏分隔，两侧设0.5 m防撞护栏。

地面辅道：双向六车道断面，单侧机动车道净宽11.5 m，按照3×3.5 m车道布置，路缘带宽0.5 m。中央分隔带全宽7.0 m，用于布设主线高架桥梁主墩；侧分带宽2.0 m，用于主线高架桥梁加宽处设置辅墩；非机动车道5 m，人行道3 m，地面辅道实际用地宽度仅为50 m。

（3）桥梁结构设计基准期为100 a；结构设计安全等级：一级。

（4）荷载标准：

主线高架桥及立交匝道：公路-Ⅰ级；

地面辅道桥梁：公路-Ⅰ级；

人群及非机动车荷载；按5 kPa均布载。

（5）桥梁抗震设防烈度6度；地震动峰值加速度系数A＝0.05；桥梁抗震设防类别：B类；桥梁抗震设防措施等级7度。

图3 宁波市机场快速干道工程标准横断面图（单位：m）

3 高架桥梁总体设计

宁波市机场快速干道工程作为宁波市第一条城市高架快速路，在总体设计阶段受到了各方广泛关注，主线高架桥梁结构型式与断面不仅要能满足道路总体功能要求、满足机场快速干道整体施工期间工期和组织安排的需要，此外，高架桥梁尚应具有一定的景观标志性效果，能够代表宁波城市发展的最新面貌。

3.1 高架桥梁结构型式选择

针对该工程主线高架桥梁的具体特点，在结构选型中充分考虑各种结构体系的优缺点，力求选用较为先进的结构形式和施工方法，满足宁波机场快速干道工程的建设需要。对于城市高架桥梁，通常采用梁式结构，见表1。

表1 桥梁结构比较表

（1）简支体系梁桥具有工厂标准化预制、施工速度快，对地面交通干扰小，工程造价相对较低等优点；缺点是桥面连续缝易损坏，行车舒适感差，结构整体性和抗震性能差。

（2）先简支后连续体系，同样具有工厂化预制、对地面交通干扰小等优点，而且增强了结构整体性能，提高了行车舒适性。但是该体系对于小半径弯桥及桥梁宽度异型段极难处理，此外，结构设置的明盖梁会影响桥梁下方地面辅道的净空高度，而且外观效果较差。

（3）现浇连续梁体系具有整体性强、跨径布置灵活的特点，结构现场浇筑，便于调整模板尺寸，对于平曲线、弯匝道、平面异形的桥梁具有较强的适应性。尽管该种连续结构也存在施工期间对交通干扰大、工期长等不利因素，可以通过优化施工工艺、合理确定施工方案等手段来改善。

（4）连续刚构体系由于其墩、梁为固结，其对基础不均匀沉降、温度等附加荷载响应较大，不适用于墩柱普遍较矮的城市高架桥梁。

通过比选，现浇连续梁结构相比其它几种结构型式，能够更好地适应宁波机场快速干道工程的特点，满足大规模桥梁建设的需要，而且桥梁外观整洁美观，能够展现现代都市的建筑景观。

3.2 高架主梁断面选择

考虑到主梁断面对于工程实施的重要性，在项目具体实施前，对主线标准横断面布置要求、主梁断面外形、主梁断面的适应性、主梁模板施工难度和主梁景观效果等方面进行了综合比较，从而确定合理实施方案。

（1）比选断面一：鱼腹形梁，见图4。

图4 比选断面一（单位：mm）

（2）比选断面二：斜腹板大悬臂断面，见图5。

图5 比选断面二（单位：mm）

（3）比选断面三：撑板大悬臂断面，见图6。

图6 比选断面三（单位：mm）

（4）实施断面：弧形边腹板断面，见图7。

图7 实施断面图（单位：mm）

（5）主梁断面方案的比较

通过比选可以发现，每种主梁断面型式均有各自的优缺点，但在该工程中，实施断面在综合景观效果、断面适应性、施工难易度和工程投资等方面均具有优势，而且梁型外观简洁、美观，能够代表宁波市高架快速路自身的特点，可以为宁波市树立一条在全国特点突出、且具有标志性的景观高架，见表2。

表2 桥梁断面型式比较表

3.3 高架主梁设计

（1）高架主梁构造

机场快速干道主线高架现浇连续箱梁断面型式为弧形边腹板大悬臂断面，根据道路总体布置要求，主梁上下行为整幅断面，标准断面全宽为25 m，单箱三室结构、等截面。主梁两侧悬臂长度为4.85 m，箱梁悬臂端部厚度为0.2 m，悬臂沿弧线一直延伸至主梁底板。为减小主梁悬臂自重，在悬臂部分设置小箱室，使主梁悬臂顶板与弧形底板形成撑－拉杆受力体系，见图8。

（2）高架主梁设计

由于总体断面布置要求，主线箱梁宽度较大，且标准断面主梁横桥向外挑出支点长度较大，达到9.7 m，与常规城市高架的主梁在受力方面有较大的区别。主梁在使用过程中，除顺桥向的受力外，墩位处横桥向同样为主受力方向，纵、横两方向的作用耦合使主梁受力较为复杂。

根据空间计算分析，由于剪力滞效应使主梁在墩顶范围的有效宽度较常规断面主梁大大减小，墩顶的有效刚度仅为原结构断面刚度的70%左右，因此需要提高纵向钢束的配置和优化纵向钢束的配置位置以满足结构受力要求，见图9。

针对该工程高架桥梁长，受控点多等实际特点，主梁采用梁端锚固、箱内张拉的施工工艺，在满足预应力钢束张拉要求的前提下，不会对相邻联箱梁施工产生影响，避免了施工期间相互干扰，缩短施工周期，见图10。

由于主梁横桥向悬臂外挑较大，主梁横桥向悬臂在恒载、活载作用下有整体下挠的变形趋势，且主梁箱室宽度较大，在承受局部轮载作用时，顶板受力情况较为复杂。通过计算，主梁顶板横桥向需配置预应力钢束，具体为2φs15.2@100 cm。主梁的中横梁和边横梁均为预应力横梁，横梁根据计算需要配置相应钢束，钢束的布置须躲避主梁纵向钢束。

3.4 高架桥主墩设计

（1）主墩构造

图8 主梁断面构造图（单位：mm）

为满足机场快速干道地面辅道的布置要求，主线高架标准断面均采用独墩布置。主墩由两根1.7 m宽墩柱组成，两墩间净距为3.1 m，主墩墩底外到外全宽为6.5 m，能够满足地面辅道中央分隔带全宽7 m的设置要求。主墩为提高主梁的横向稳定性及主墩自身的景观效果，在顶部3 m范围内两墩分别向外侧倾斜，顶部全宽为7.8 m。在距离墩柱顶部0.4 m处，设置一道高度1.2～1.5 m变高度联系梁，见图11。

图9 3×30 m跨径主梁抗弯刚度折减系数示意图

（2）主墩受载分析

主墩由外荷载偏心所产生的横桥向弯矩会在墩顶系杆内产生一定的水平拉力，该水平拉力的大小取决于墩顶系杆距离墩底固结点的距离。在相同情况下，系杆至墩底固结点距离越大，则系杆内拉力越小，反之亦然。主墩墩身自系杆至墩底固结点长度范围内均承受与系杆拉力相同大小的水平剪力。

在工程设计中，为明确主墩的受载性能，采用Ansys计算程序进行模拟计算、分析。计算单元采用Solid95单元，取墩高8 m、13 m分别建模，约束条件为墩底固结。荷载按照标准桥宽30 m跨径结构进行加载计算，综合考虑恒载和活载作用下，单支点加载15 000 kN，荷载以支座面荷载形式施加。主墩应力云图如图12所示。

图10 主梁钢束平面布置图（单位：mm）

图11 主墩构造图（单位：mm）

图12 主墩主拉、主压应力云图（单位：Pa）

由分析可知，主墩在荷载作用下，上系杆的顶缘与墩柱相接处均会产生较大的拉应力，拉应力沿系杆截面向下快速消减。该处的拉应力一方面是由系杆内拉力所致，另一方面也由系杆与主墩相接处的弯矩造成，可通过在上系杆设置普通拉筋或主动预应力钢束来平衡。墩柱顶部与支座面荷载相接触处压应力较大，主要由于与支座相接处局部承压所致，但在墩柱混凝土容许应力范围内，可通过局部加强满足构造要求；主墩其余部位压应力整体较为均匀，说明主墩受力性能满足结构受力要求。

3.5 基础设计

（1）桩基设计

宁波地区具有软土层较厚的地质特点，在设计中，结合该工程大部分采用较大跨径现浇连续箱梁的结构特点，基础选择承载力较高、施工工艺较为成熟的钻孔灌注桩群桩基础。根据地质条件及桩基承载力要求，综合考虑地基持力层的深度、桩基成孔、施工的难度，选择0.8～1.2 m直径钻孔灌注桩。

（2）承台设计

由于宁波地区路面沉降现象较为严重，设计中，在满足受力需要的基础上，尽量将主墩及辅墩的承台基础布置于地面辅道分隔带内，防止路面由于软硬搭接、沉降不一致，带来行车安全隐患。

主线标准25 m桥宽30 m跨径桥梁中墩基础采用9根直径1.0 m钻孔灌注桩基础，承台尺寸为7 m×7.2 m，联接墩基础采用6根直径1.0m钻孔灌注桩基础，承台尺寸为7 m×4.6 m，承台横桥向宽度不超出地面辅道7 m中央分隔带宽度，见图13。

图13 标准桥跨基础平面图（单位：mm）

针对较大跨径基础及辅墩基础超出分隔带宽度、局部侵入地面辅道车行道范围的情况，设计中通过将承台顶埋置于机场路辅道路面结构以下，且在路面结构下满铺一层土工隔栅（包括承台顶），加强机场路辅道路面的整体性，改善路面沉降现象。此外，加强对承台基坑回填的密实度要求，保证地面辅道的平顺。

4 结语

宁波市机场快速干道工程作为宁波市第一条城市高架快速路，已于2011年11月建成通车。

该工程是在现状机场公路范围进行提升改造，在标准50 m宽的用地范围内实现了高架双向六车道+地面辅道双向六车道的快速路标准，在城市建设用地日益紧张的今天，该工程较好地实现了土地的集约、高效利用，减少了代价高昂的征地拆迁，体现了可持续发展的设计理念。本文详细介绍了该工程高架桥梁的总体设计情况，希望能为其它城市高架快速路桥梁建设提供借鉴。