機場高速路—三環路立交工程設計

鄧雪峰,馬志剛

(成都市市政工程設計研究院，四川成都 610023)

成都市三環路為規劃的一條城市環狀快速路，承擔著大量的交通量。機場高速路，承擔雙流國際機場與成都市區的運輸任務，交通量很大。立交修建前，現狀一座三環路跨線橋跨越機場高速路，交通轉換極為不便。嚴重影響機場高速路和三環路的通行效率，通過修建立交匝道，三環路可以分流機場方向進城的交通流量,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。

本文結合機場高速路—三環路立交工程設計，總結分享一些設計經驗。

1 區域位置及現狀概況

本工程位于成都市成新大件路—三環路交叉口區域，位于成都市區西南方向。三環路為環狀城市快速路，規劃道路紅線寬度為80 m，主道雙向八車道，設計車速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)；機場高速路為西南—東北方向高速公路，規劃路寬度為70 m(含兩側輔道)。承擔雙流國際機場與成都市區的運輸任務。目前三環路主車道跨越機場高速路，同時三環路由東向西留有一個右轉上機場高速路輔道的匝道。機場高速輔道目前為雙向行駛,兩側輔道與三環路輔道互通,但三環路輔道被機場高速截斷。三環路主車道與機場高速路不互通。

2 主要技術標準

(1)橋梁設計荷載：城市-A級。

(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 % )；設計車速：35 km/h；橋下凈空：≥5.0 m；地震烈度：7度設防。

3 總體設計

A匝道橋為現澆預應力混凝土連續彎梁橋，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，橋梁設超高，單向橫坡1.5 %～2 %，采用箱梁結構起坡。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匝道橋為現澆預應力混凝土連續異型梁橋，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，橋梁設超高，單向橫坡1.5 %，采用箱梁結構起坡。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匝道橋為現澆預應力混凝土連續彎梁橋，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，橋梁設超高，單向橫坡1.5 %～2 %，采用箱梁結構起坡。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匝道橋除跨三環路及機場路部分為鋼-混凝土疊合梁外,其余均為現澆預應力混凝土連續彎梁橋，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，橋梁設超高，單向橫坡1.5 %～3 %，采用箱梁結構起坡。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 機場高速路—三環路立交總平

4 結構設計

4.1 上部結構設計

A匝道橋橋跨共分5聯澆筑，第一聯為(20.3+4×21.5) m一聯，第二聯為4×21.5 m一聯,第三及第四聯為3×21.5 m一聯,第五聯為(4×21.5+20.3) m一聯。上部結構采用3跨一聯現澆，全橋共4聯12跨。采用搭架現澆預應力混凝土連續彎梁，彎梁斷面為單箱2室結構，梁高1.2～1.327 5 m，懸臂長度1.5 m。

B匝道橋橋跨共分2聯澆筑，第一聯為5×21.5 m一聯，第二聯為(2×18+16) m一聯。采用搭架現澆預應力混凝土連續異型梁，彎梁斷面為單箱2室結構，梁高1.2～1.327 5 m，懸臂長度1.5 m。

C匝道橋橋跨共分2聯澆筑，第一及第二聯均為5×21.5 m一聯。采用搭架現澆預應力混凝土連續彎梁，彎梁斷面為單箱2室結構，梁高1.2～1.312 5 m，懸臂長度1.5 m。

D匝道橋橋跨共分8聯澆筑，第一聯為4×18 m一聯,第二聯為(24.625+2×30) m一聯,第三聯為(30+43+28.5) m一聯,第四聯及第五聯均為3×21.5 m一聯,第六聯為4×21.5 m一聯,第七聯為(2×20+2×21.5+20) m一聯,第八聯為4×20 m一聯。除跨三環路及機場高速(二三聯)采用鋼-混凝土疊合梁外,其余聯均采用搭架現澆預應力混凝土連續彎梁，彎梁斷面為單箱2室結構，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構分為2聯，每聯3跨。第一聯全長24.625+30+30=84.625 m，第二聯全長28.5+43+30=101.5 m。每聯分為5個制作段，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。橋面板內縱橫向均布置受力鋼筋。澆注混凝土時應采取可靠措施，保證新、舊混凝土能夠緊密結合。

4.2 上部結構計算

計算采用ANSYS和GQJS。有限元模型用ANSYS前處理建立，按結構的實際尺寸建模。模型采用笛卡兒三軸坐標。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。

有限元計算模型共使用了兩種單元：鋼梁為Shell63三維4節點板單元；混凝土為Solid45三維8節點塊單元。為保證計算精度，Solid45三維8節點塊單元均采用6面體形狀，避免因為單元形狀退化或畸形給計算帶來的誤差。本文選擇跨度為24.625 m+30 m+30 m一聯進行計算分析。

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。模型細部結構如圖3所示。模型中，鋼梁和混凝土形成組合作用聯合受力。在二者交界的位置，Shell63單元和Solid45單元公用節點，在公用節點處各自由度耦合。

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

荷載組合計算結果如表1、表2。

表1 荷載組合一 MPa

表2 荷載組合二 MPa

4.3 下部結構

匝道橋下部結構中，橋臺為直立式橋臺，樁基礎；橋墩采用圓柱墩，一般為直徑1.2～1.5 m，樁徑1.5～1.8 m。抗扭墩直徑為1.4 m，樁徑為2×1.0～1.2 m。

5 施工注意事項

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

(2)臨時支架沉降會對結構產生附加應力，施工單位應按設計圖紙提供的支架反力并根據臨時支架的高度、架設方式及使用材料等，進行支架設計及基礎的處理。

(3)設計推薦采用預壓法以消除支架變形的影響，支架頂端應設置必要的高程調整裝置。

(4)施工中應對鋼梁支點、跨中和臨時支承位置在各施工階段進行監測，并成文備案。

(5)鋼梁放樣尺寸要求準確。鋼梁加工完畢后必須在工廠進行預拼，確認尺寸無誤。鋼梁制作、存放及吊裝就位的周期及時間應通知設計部門，盡量避免由于溫差造成的梁長變化。預制鋼梁在開口截面時，運輸和按照過程應禁止其扭轉、翹曲或側傾。鋼混凝土連梁技術含量較高，設計要求在施工關鍵部位進行現場驗收，施工單位應及時通知設計。

6 結束語

(1)立交橋的修建要服從和服務于城市總體規劃和片區交通規劃。根據交通量的調查分析預測確定立交橋匝道的寬度。

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

(3)考慮到立交區域內地下管線極其復雜，樁基布置時應根據管線重要性和遷改難度，綜合比較后確定采取遷改或者結構避讓措施。