西寧曹家堡國際機場三期擴建工程高架橋梁設(shè)計

顏曉偉

（上海市政工程設(shè)計研究（總院）集團有限公司，上海 200000）

1.功能定位

西寧曹家堡國際機場位于西寧市東南方向，機場東側(cè)為海東市。T3擴建工程主要包含機場工程、站前綜合交通工程、GTC（綜合換乘中心）等。參考國內(nèi)外機場樞紐綜合交通工程[1-2]，站前高架系統(tǒng)按照“東進東出、西進西出、高速備份”設(shè)計，如圖1所示。西寧方向交通主要通過西進場路、曹家堡西立交引入；海東方向主要通過東進場路、園藝場立交銜接；同時，將蘭西、南繞城、平阿高速引入航站區(qū)。

圖1 站前高架工交通功能示意圖

站前高架共設(shè)14條匝道，分為GTC北、南、東、西4個區(qū)域，如圖2所示。橋梁長度約4.7km，總面積為6.73 萬 m2。

圖2 站前高架總體布置示意圖

2.總體設(shè)計

2.1 橋位現(xiàn)狀

高架橋位處現(xiàn)狀周邊條件如下：既有高架1處、收費站1處、既有民小公路、鐵路蘭青線以及現(xiàn)狀邊坡，如圖3所示。施工期間首先將既有進場高架及收費站拆除，民小公路需保通，現(xiàn)狀邊坡則根據(jù)整個航站區(qū)地勢設(shè)計進行填挖方處理。

圖3 高架系統(tǒng)周邊現(xiàn)狀條件

上述現(xiàn)狀設(shè)計條件中，新建邊坡、地勢設(shè)計對橋梁總體提出了更高要求，地勢設(shè)計見表1。

表1 場區(qū)地勢設(shè)計標(biāo)高（單位：m，高層采用1956黃海高程系統(tǒng)）

表1可知，橋位處有較大的填方工程，填方后產(chǎn)生較多邊坡區(qū)域。特別是T3航站樓出發(fā)層，設(shè)計標(biāo)高為2167m，而新建地面輔路標(biāo)高為2148m，相差19m。這19m的高差設(shè)置的橋梁需同時滿足出發(fā)層、到達層（標(biāo)高2160m）及環(huán)場地面道路的交通功能要求。為滿足上述要求，參考國內(nèi)外相關(guān)工程案例設(shè)計[3]，站前高架采用“雙層高架+地面輔路”的設(shè)計思路。雙層高架上層橋梁對接T3航站樓出發(fā)層，下層對接到達層，2148m標(biāo)高處設(shè)置地面輔路。上述總體設(shè)計可滿足T3航站樓相應(yīng)的交通要求。

2.2 雙層橋梁設(shè)計

通過對國內(nèi)外雙層高架研究[4]（如圖4），對不同雙層高架結(jié)構(gòu)體系對比分析，確定本工程高架采用“大門式”雙柱橋墩結(jié)構(gòu)體系（相關(guān)設(shè)計包括大興機場高架橋墩柱設(shè)計）。“大門式”雙柱橋墩采用雙柱支撐上層橋梁，同時雙柱間設(shè)置柱間橫梁擱置下層高架橋，實現(xiàn)雙層橋梁設(shè)置。

圖4 國內(nèi)外雙層高架案例示意圖

雙層高架主要應(yīng)用于站前。上層采用預(yù)應(yīng)力混凝土大箱梁，跨徑根據(jù)墩柱設(shè)置條件采用35m～45m，梁高3.0m；下層采用預(yù)應(yīng)力混凝土大箱梁，梁高2.0m～2.5m。航站樓站前高架典型橫斷面如圖5所示。

圖5 雙層高架橫斷面布置示意圖

除上述雙層高架外，其余采用單層高架滿足交通功能要求。

3.上下部設(shè)計

3.1 造型設(shè)計

高架橋梁不僅是機場中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也是機場整體形象的一部分[5]。機場橋梁須兼顧功能和美觀，并應(yīng)融入城市特有的文化。

3.1.1 墩柱造型設(shè)計

將西寧自然風(fēng)景特色融入到橋梁造型設(shè)計理念中。墩柱造型圍繞西寧獨特的山、水、牧、礦、植等元素，同時應(yīng)結(jié)合人文元素，墩柱造型設(shè)計方案如圖6所示。

圖6 墩柱造型示意圖

綜合比選以上5個方案，確定“花”造型作為推薦方案。該造型形似開花，富有生機與張力，意欲西寧這座城市張開雙臂擁抱四方游客。

3.1.2 上部結(jié)構(gòu)造型設(shè)計

大箱梁造型設(shè)計直接影響高架橋梁的整體景觀效果[6]。以標(biāo)準(zhǔn)寬度8.5m為例，通過對腹板線型優(yōu)化使其滿足景觀要求，如圖7所示。

圖7 上部結(jié)構(gòu)造型示意圖

綜合對以上3個方案比選，確定雙弧斷面為推薦方案。該造型外觀柔和，線型流暢，可提高橋梁整體效果。不同橋?qū)捝喜拷Y(jié)構(gòu)外形與其保持一致。

3.1.3 雙層橋景觀性

下層高架上部結(jié)構(gòu)位于“大門式”雙柱橋墩柱間。為考慮景觀舒適性，行車道兩側(cè)雙柱設(shè)置凹槽增強通透性；對于柱間橫梁端部設(shè)置造型，避免結(jié)構(gòu)厚重單一，如圖8所示。

圖8 雙層高架局部造型示意圖

3.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

單匝道標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)挿?.5m、15.5m，梁高2.0m～2.5m；航站樓站前上層高架36.9m橋?qū)挘焊?.0m，下層23.37m橋?qū)挘焊?.0m～2.5m，部分橋?qū)挋M斷面如圖9所示。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁頂板厚280mm，腹板厚400m～600mm，底板厚220m～420mm。為保證下層到達層采光效果和通透性，站前上層高架跨中采用分離式兩箱室結(jié)果，端橫梁連成整體受力。

圖9 上部結(jié)構(gòu)橫斷面圖

3.3 下部雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于站前雙層高架下部結(jié)構(gòu)采用“大門式”雙柱橋墩結(jié)構(gòu)，如圖10所示。上、下均為雙立柱，柱間設(shè)橫梁，承臺間設(shè)系梁。下立柱尺寸為3.2m（橫向）×3.2m（縱向），上立柱尺寸2.7m（橫向）×3.2m（縱向）；橫梁跨中高3.0m，根部變高至4.5m；采用鉆孔灌注樁。

圖10 “大門式”雙柱橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

4.施工方案

4.1 下部結(jié)構(gòu)施工

樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁施工工藝，承臺、立柱及橫梁采用現(xiàn)澆施工。部分雙層橋墩高在30m左右，采用滑模和爬模法安全性好，澆筑質(zhì)量好，推薦采用，如圖11所示。

圖11 高墩施工示意圖

4.2 上部結(jié)構(gòu)施工

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工：推薦采用滿堂支架或鋼管貝雷梁柱式支架施工。對于雙層橋梁，先澆筑上層，再澆筑下層。20m以下墩高采用常規(guī)滿堂支架施工，20m以上采用鋼管貝雷梁柱式支架施工。

鋼管貝雷梁柱式支架是現(xiàn)澆箱梁施工中常用的一種支架形式，如圖12所示，尤其在高墩、跨度大的情況下是較為經(jīng)濟安全的施工方法。在實際施工中當(dāng)跨度過大時，通過增設(shè)臨時立柱有效地減小貝雷片彎矩、剪力、撓度，提高其承載能力。

圖12 鋼貝雷梁布置示意圖

貝雷梁設(shè)置后，在梁上搭設(shè)模板，綁扎鋼筋，現(xiàn)澆混凝土，張拉預(yù)應(yīng)力鋼束；施工完成后拆除模板和支架，施工二期恒載。

5.結(jié)語

實施西寧曹家堡國際機場三期擴建工程，有利于強化西寧市對外開放能力，提升交通綜合能力，服務(wù)國家相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃。本文針對站前高架功能定位、總體設(shè)計、上下部結(jié)構(gòu)類型設(shè)計、景觀造型、施工進行分析，總結(jié)經(jīng)驗如下：

（1）由于場區(qū)地勢特殊，航站樓出發(fā)層標(biāo)高2167，到達層2160，設(shè)計地面輔路2148，站前高架采用雙層結(jié)構(gòu)形式。通過對國內(nèi)外雙層橋梁進行對比，確定采用“大門式”雙柱橋墩結(jié)構(gòu)體系。經(jīng)分析該結(jié)構(gòu)體系能較好適應(yīng)高架交通功能轉(zhuǎn)換、滿足功能要求；

（2）曹家堡國際機場是西寧的門戶，高架景觀性要求高。本文對單、雙層高架墩柱、上部結(jié)構(gòu)、進行造型設(shè)計，通過優(yōu)化造型較大提升景觀性；

（3）交通功能轉(zhuǎn)換較多，導(dǎo)致上部橋?qū)捵兓啵虏拷Y(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜。通過對上下部結(jié)構(gòu)進行計算分析，保證運營期間結(jié)構(gòu)安全可靠；

（4）本工程高架墩柱多為20m～35m，且場區(qū)內(nèi)多處為填挖方區(qū)、邊坡，對施工方案提出了較高要求。20m以下墩高上部混凝土梁采用常規(guī)滿堂支架施工，20m以上采用鋼管貝雷梁柱式支架施工；高墩采用滑模和爬模法設(shè)備安全，可保證施工質(zhì)量。