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[论文] 机场互通式立交桥设计与施工     
[论文] 机场互通式立交桥设计与施工
[ 作者:杨建东,单彦贤 | 转贴自:本站原创 | 点击数:2391 | 更新时间:2011-3-22 | 文章录入:公社 ]

  • 简介:本文较详细介绍了机场互通式立交桥设计、施工概况。对在工期紧、任务重、要求高的情况下,如何设计、施工发表了自己的见解,施工方案和下部结构计算方法有新意,并收到了明显的经济与社会效益。
  • 关键字:互通式立交桥,设计,施工

       南京~高淳一级公路在江宁县禄口镇青草圩附近与南京新机场高速公路相接,设置机场互通式立交(单喇叭)。机场互通西临南京新国际机场,东傍秦淮河,互 通匝道采用高架连续跨越新机场高速公路、禄口~铜山公路、秦淮河古道和大量渔塘地段。新机场高速公路是省交通重点建设工程之一,已于1997年6月28 日建成通车,机场互通式立交桥(秦淮河以西部分)也已同步建成。

    1 主要设计标准

    荷载:汽车—超20级,挂车—120;
    桥梁宽度:与路基同宽(护栏采用50宽组合式护栏);
    设计烈度:7°;
    秦淮河通航等级:六级航道(净宽×净高=22m×4.5m)。

    2 主要设计参数

    ⑴路基宽
    ①主线:24.5m;
    ②匝道:单向双车道 12.5m;
    单向单车道 8.5m;
    ⑵设计车速
    ①主线:100km/h;
    ②匝道:单向双车道 60km/h;
    单向单车道 40km/h;
    ⑶匝道最小平面曲线半径:50m;
    ⑷最大纵坡:3.5%;
    ⑸匝道最大超高:8%。

    3 地质概况


    秦淮河西:地势高低起伏,基岩上覆土层厚薄差异较大,一般层厚10~15m,最薄处仅5~8m,地形低洼处分面布有大量软土,另外大互通范围分布有几条东西向破碎带。
    秦淮河东:地势较平坦,基岩目覆土层较厚,一般在20m左右,地表以第四系全新统灰黄色、中黄色粘性土和灰色淤泥质粘土、亚粘土为主,局部夹有松散、稍密状态的灰色粉砂,极限摩阻力为20~25Pa,允许承载力为80~90Pa。
    基岩一般分上、中、下三层,上层为强风化安山岩,中层为中等风化安山岩,下层为弱风化安山岩。

    4 桥型方案

    由于机场互通式立交桥(秦淮河以西部分)位于南京新国际机场大门口,而南京新机场高速公路作为南京走向国际的通道,对该立交桥在结构形成、桥梁内在质 量和外观造型上都有很高的要求。鉴于本互通规模大,立交桥总长达2000多m,设计施工周期又相当紧张(设计、施工期仅10个月左右时间),秦淮河以西立 交桥和跨秦淮河桥又是集弯、坡、斜、超高、变宽、分叉于一体,因此,对本桥方案作如下考虑:
    ⑴秦淮河西侧:上部结构采用搭支架现浇的等高度钢筋混凝土箱型连续梁,箱梁跨径根据不同的桥墩高度采用20~25m左右,箱梁高度均采用1.3m,箱 梁悬臂采用2.5m,单车道桥主梁采用单箱单室,双车道桥主梁采用单箱双室,箱体仅在墩顶处设置横隔梁,为方便施工,腹板采用直腹式。下部结构每联中墩采 用独柱式,过渡墩采用与其它墩相协调的花瓶式(Y形)独柱墩(变宽、分叉桥采用双柱或三柱式),墩身截面为矩型(倒圆角),桥台采用双柱式,为使箱梁的扭 矩沿全桥趋于均匀、施工方便,部分独柱桥墩采用墩、梁固结(部分独柱墩还设置了5预偏心)。在桩基设计中,除在机场高速公路上的桩由于中央分隔带内布置有 大量的管线并位于破碎带上而直接采用墩身下接一根1.8m大直径钻孔灌注桩外,其余桩基础与墩身之间采用承台连接,承台作为浇筑箱梁支架的基础,桩基础施 工根据不同的地质情况采用钻孔灌注桩或挖孔灌注桩。
    ⑵跨秦淮河:由于桥位处秦淮河的河道位于R=350m的弯道上、桥轴线又与航道中心线成70°的夹角,因此为了航行、水流顺畅、桥型美观,采用搭支架 浇三孔变截面预应力混凝土箱型连续梁(由于现阶段河中碍航物较多、船舶很少、现有航道通航等级较低、箱梁又需变宽,因此箱梁具有搭支架现浇施工的条件), 斜桥正做,上、下行两幅桥错开布置,主墩采用花瓶式独圆柱墩,桩基础采用钻孔灌注桩。
    ⑶秦淮河东侧:由于秦淮河东侧分布有很厚的软土(20m左右)、景观要求相对较低,因此采用了施工简便、安全经济、外型较为美观的部分预制安装、部分现浇的预应力混凝土箱型组合梁结构,双柱式桥墩,柱式桥台,桥面连续⑷桥梁布孔为:
    ①A匝道桥+N匝道右幅桥:(316)+(520.4)+(3×25+24.561)+(26.456+24.365+24.382+ 24.797)+(4×25)+(4×25)+(2×20)+(6×22.5)+(22.5+2×26)+(30+45+30)+(20.5+5×25) +(5×25)+(6×25)+(6×25)+(6×25),总长1426m;

       ②B匝道+N匝道左幅桥:(3×25+24.982)+(23.938+25.451+25.440+25.172)+(4×25)+(4×25) +(2×20)+(6×22.5)+(22.5+2×25)+(30+45+30)+(20.5+5×25)+(5×25)+(6×25)+(6×25) +(6×25),总长1478m;
    ③D匝道桥:(6-20)+(5-20),总长223m;
    ④E匝道桥:(5-20)+(5-20)+(5-20),总长303m;

    5 使用材料

    ⑴混凝土:钢筋混凝土箱梁、墩、台、搭板、护栏采用30号混凝土,预应力混凝土连续箱梁和预应力混凝土箱形组合梁采用50号混凝土,桩基础采用25号混凝土;
    ⑵钢材:预应力钢筋采用ASTM416a—92的270级钢绞线,其公称直径15.24,钢绞线截面积140.00m,弹性模量Ey=1.9× 105MPa,锚具为OVM系列或GVM系列锚具及YCW系列千斤顶,预应力管道采用波纹管成型;普通钢筋采用Ⅱ级钢筋和Ⅰ级钢筋;钢板采用16Mn 钢;

    6 设计要点

    ⑴本桥的平面数据、坐标数据、高程数据由程序自动计算。
    ⑵主梁计算采用预应力混凝土曲线梁桥计算程序、预应力混凝土桥梁通用计算程序、平面杆系有限元程序、SAP—5通用程序。
    ⑶预应力混凝土连续箱梁在荷载组合1时按全预应力混凝土结构设计,在其它荷载组合时,按部分预应力混凝土A类构件设计,预应力混凝土组合箱梁按部分预应力混凝土A类构件设计(横向分布按刚接板(梁)法计算)。
    ⑷沉降计算:钢筋混凝土连续梁和预应力混凝土连续梁墩台不均匀沉降分别按5和10
    ⑸温度变化范围:体系温度变化范围为-15℃~30℃,桥面温差为顶板变温50℃,混凝土收缩等代温度按10℃计算。
    ⑹独柱墩刚度计算:考虑了墩、承台、桩基础的联合作用,即对独柱墩的刚度进行折减。
    ⑺独柱墩:部分墩、梁固结。
    ⑻纵、横坡度调整:通过墩、台身高度、支座处箱底坡垫、球冠支座调整形成。
    ⑼预应力混凝土现浇箱梁和预应力混凝土组合箱梁需待混凝土强度达到设计强度的90%时方可张拉预应力束。
    ⑽钢筋混凝土箱梁混凝土强度达到设计强度的80%以上、预应力混凝土连续箱梁钢束张拉完毕后方可卸落支架,卸架应均匀、缓慢地从跨中等间距对称进行。
    (11)预制组合箱梁与现浇桥面混凝土的龄期差按3个月考虑。

    7 施工介绍

    由于桩基础工作量大(300多根,其中绝大多数为嵌岩桩),如采用传统的钻孔灌注桩施工工艺,不仅施工期要长,工程进度也很难得到保证(其中170多根桩工期只有3个月),因此,绝大多数桩采用了挖孔桩工艺。对嵌岩桩,一般采用砖砌护壁(流砂严重处采用钢护筒护壁);对摩擦桩,一般采用孔内现浇混凝土护壁。
    为加快施工进度、降低工程造价,现浇箱梁施工时取消支架预压(一般采用贝雷片作支架),而采用对施工支架基础预压(对个别采用拼接门式支架的桥孔由于 支架刚度较小,支架的变形难以计算,故仍需对施工支架进行预压),预压重量大于箱梁自重的80%。支架的内支点每孔布置1~3个(个别桥孔未设支点),支 架基础根据不同的地质情况和工期安排,采用了扩大基础、木桩基础、粉体搅拌桩基础和钻(挖)孔灌注桩基础(基础持力层为强风化安山岩)。
    墩身采用定型大钢模一次浇筑,钢筋混凝土箱梁每联按先底板再腹板、顶板的浇筑顺序一次浇筑,为保证箱梁的光洁度,箱梁外模内侧均粘贴一层竹胶模板。
    预制组合箱梁采用龙门架吊装就位。

    8 本桥主要特点:独柱墩墩、梁固结

    经计算分析,连续弯梁桥采用独柱墩墩、梁固结,可以把控制桥墩配筋设计的顺桥向刚度设计得比较小,把横桥向刚度设计得比较大,这样独柱墩承担的变矩也 相应变小,而具有较大的抵抗主梁扭矩的能力,使主梁的扭矩全桥趋于均匀,还取消了支架,方便了施工,降低了造价。因此,本桥多数桥跨采用了墩梁固结。下面 介绍其中一联5×20m桥(桥宽12.5m,平曲线半径350m,独柱墩截面尺寸为1.4m(横向)×1.2m(纵向),基础为横向2根1.5m钻孔灌 注桩)按墩、梁固结与墩梁不固结两种情况分析计算的结果。

        墩、梁固结主梁和不固结主梁的弯矩包络图见图1~2。

    jc163-1.JPG


    从主梁的内力包络图可以看出弯矩、剪力固结和非固结两种情况差不多,扭矩则墩、梁固结比墩、梁不固结减小30%以上,且全的扭矩趋于均匀。但墩、梁固结时,墩身的配筋略有增加。

    9 结束语

    本桥秦淮河以西部分已顺利完成,由于施工方案比较合理,因此施工顺利、施工质量也很好(已被评为机场高速公路十大精品工程之一)。其余部分正在紧张施 工中。但由于本桥设计时间短、设计水平有限,有些技术问题尚无觉察,比如独柱墩墩顶横隔梁的精确计算、分叉桥的计算等等,还有待于作进一步探讨。

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