浦東國際機場北通道— A20互通式立交關(guān)鍵技術(shù)研究

趙文聘

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

浦東國際機場北通道— A20互通式立交關(guān)鍵技術(shù)研究

趙文聘

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

結(jié)合浦東國際機場北通道— A20互通式立交工程設(shè)計實例,對其所涉及關(guān)鍵技術(shù)進行分析研究。A20互通式立交選擇的“全渦輪+菱形組合型”立交總體方案及“合并出、入口按照兩級分、合流設(shè)計”的匝道接入(引出)方案、釘形水泥土雙向攪拌樁軟基處理技術(shù)、“OGFC排水路面+同步碎石防水封層”的排水瀝青路面、“蝶形”大挑臂圓弧形連續(xù)箱梁及“黃金分割”融入橋梁景觀設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)在國內(nèi)均具有技術(shù)先進性和實用價值。

互通式立交橋；總體方案；水泥攪拌樁；排水瀝青路面；蝶形箱梁；景觀設(shè)計

1 工程概況

浦東國際機場北通道(申江路～主進場路)新建工程是2010年上海世博會的重點配套工程，亦是2009年度上海市重大建設(shè)工程。該項目始于中環(huán)線浦東段東南轉(zhuǎn)角的申江路立交，自西向東沿現(xiàn)狀華夏路，至海濱路轉(zhuǎn)向南，沿現(xiàn)狀海濱路、華洲路，最后接入主進場路，路線全長15.628 km。作為中環(huán)線向東延伸線，該項目的建設(shè)是在完善浦東國際機場北出口快速通道與完善浦東新區(qū)骨架交通網(wǎng)絡(luò)為背景下進行的。A20互通式立交是全線唯一的特大型互通式立交工程，也是整個浦東國際機場北通道項目的重要節(jié)點工程。A20互通式立交涉及機場北通道主線全長1.2 km，A20(外環(huán)線)主線全長1.9 km。機場北通道按“主線高架+地面道路”的模式建設(shè)，其中，高架道路采用城市快速路設(shè)計標準，其功能定位為滿足機場快速交通、兼顧地方交通出行，雙向8 車道，設(shè)計速度80 km/h。地面道路采用城市主干路設(shè)計標準，其功能定位為解決地方區(qū)域交通，雙向6車道，設(shè)計速度50 km/h。機場北通道高架道路設(shè)置8條匝道與A20構(gòu)成完全互通立交，按照城市樞紐型立交標準設(shè)計；地面道路設(shè)置2對上、下匝道與A20構(gòu)成簡易菱形立交，按照燈控平面交叉口標準設(shè)計。

2 總體方案設(shè)計[1-3]

A20互通式立交為浦東國際機場北通道與A20的交匯點，也是“三環(huán)十射”城市快速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個重要節(jié)點。在立交總體方案設(shè)計中，既要考慮快速系統(tǒng)的交通聯(lián)系，還要考慮地面系統(tǒng)的交通聯(lián)系；既要考慮盡可能利用既有菱形立交的上、下匝道，還要考慮匝道二次接入(引出)A20時對既有A20交通的不利影響；既要考慮立交的整體功能能夠滿足交通需求，還要考慮交通量預(yù)測存在的不確定性；既要考慮避免對A20既有橋梁結(jié)構(gòu)的改造，減少對A20既有交通的干擾，還要盡量避免對D610航油輸送干管的搬遷。經(jīng)過多次分析論證、優(yōu)化完善，最終形成合理的解決方案。

(1)新建8條匝道實現(xiàn)機場北通道主線高架與A20交通轉(zhuǎn)換的主線快速系統(tǒng)，作為本立交的主要部分；對既有菱形立交的上、下匝道進行改建實現(xiàn)機場北通地面道路與A20交通轉(zhuǎn)換的地面道路系統(tǒng)。立交總體布置滿足了城市快速路網(wǎng)的交通需求和浦東國際機場的遠景發(fā)展目標，功能定位符合城市總體規(guī)劃。

(2)立交總體方案設(shè)計中推陳出新，以造型美觀、功能完善且投資節(jié)省的“全渦輪+菱形組合型”立交總體方案取代工可批復(fù)的“苜蓿葉+半定向+菱形組合型”立交總體方案，不但能滿足轉(zhuǎn)向交通呈“三大一小”的交通量分布特征需求，且又能適應(yīng)遠期交通量增長的需求，對交通量預(yù)測的不確定性適應(yīng)能力強。如圖1、圖2所示。

(3)立交匝道接入(引出)A20時，采用“合并出、入口按照兩級分、合流設(shè)計”匝道接入(引出)方案，對既有A1(A2)匝道橋拆除重建，直接從新建NE(WN)匝道上接入(引出)，消除了二次接入(引出)A20時對既有A20交通的不利影響。

(4)為避免對浦東國際機場D610航油輸送干管的搬遷，在立交方案設(shè)計中，提出了立交匝道“繞避航油管”的線位布設(shè)方案，同時結(jié)合采用異形橋墩、承臺及樁基等有效避讓措施，縮短了前期動遷工期，節(jié)省了動遷費用。

(5)立交范圍內(nèi)華夏路與川楊河相距約460 m，A20以(8×22 m+25 m+25 m)(空心板梁)+42 m(T梁)+(25 m+2×22.5 m+9×20 m+8×22 m+20.5 m+25 m)(空心板梁)+43.5 m(T梁)+(25 m+2×21 m+25 m+22.5 m+22 m+4×20 m)(空心板梁)的橋梁連續(xù)跨越華夏路、川楊河。其中，以43.5 m T梁、42 m T梁分別跨華夏路、川楊河，跨川楊河時蓋梁伸出懸臂以供管線過河。因此，A20既有橋梁結(jié)構(gòu)和川楊河管線橋是立交匝道布設(shè)的主要控制因素，為避免對A20既有橋梁結(jié)構(gòu)的拼接改造，盡量減少對A20既有交通的影響，將立交匝道的出入口布置在川楊河北側(cè)與A20路基段銜接。

3 路基路面設(shè)計

3.1釘形水泥土雙向攪拌樁的應(yīng)用[4-6]

擬建場地多為軟土地基路段(③、④層為軟弱層，層厚17.2 m、埋深3.8 m)，軟土層壓縮性大，透水性差。在路堤荷載作用下，要經(jīng)過較長時間才能完成主固結(jié)，沉降量大而持續(xù)時間長。為減少橋頭路堤總沉降量和工后沉降，地道道路、立交匝道最大填土高度原則上控制在3 m左右，填土高度大于2.0 m至橋臺段采用二灰填筑，同時對軟土地基采用釘形水泥土雙向攪拌樁加固處理，有效減少了橋頭路堤與橋梁結(jié)構(gòu)之間的沉降差異，提高了行車舒適性。

常規(guī)水泥攪拌樁復(fù)合地基的有效深度一般在10～15 m，如再加長，較難控制其深部的施工質(zhì)量，達不到控制地基沉降的效果。針對常規(guī)水泥攪拌樁存在的上述問題，在充分研究水泥攪拌樁的加固機理及水泥攪拌樁成樁質(zhì)量影響因素的基礎(chǔ)上，通過將水泥攪拌樁成樁機械的鉆桿改進為同心雙軸鉆桿，內(nèi)、外鉆桿上分別安裝旋轉(zhuǎn)方向相反、可控制伸縮的葉片，通過葉片同時正反向的邊噴漿邊攪拌形成釘形水泥土雙向攪拌樁，其處理深度較常規(guī)水泥攪拌樁深(可達25 m)，如圖3所示。

釘形水泥土雙向攪拌樁優(yōu)點在于其實現(xiàn)了同心雙軸的正反向同時旋轉(zhuǎn)，水泥漿與土體攪拌均勻，且解決了冒漿現(xiàn)象，成樁質(zhì)量大大提高；釘形水泥土雙向攪拌樁充分利用了復(fù)合地基中附加應(yīng)力上部大、下部小的原理，樁間距比常規(guī)水泥攪拌樁大，節(jié)省投資約15%～35%，且隨著軟土處理深度的增加，其經(jīng)濟效益越明顯；釘形樁的變截面結(jié)構(gòu)，使加固體的受力更趨合理，達到更佳的復(fù)合效果，加上樁身強度的大幅度提高，與常規(guī)水泥攪拌樁相比承載力大幅提高，變形沉降量減小。

3.2排水瀝青路面的應(yīng)用[7-10]

考慮到機場北通道主線高架為城市快速路，對行車安全性要求高?；趯ΤＲ?guī)瀝青路面的研究表明，當實際降雨強度<3a設(shè)計暴雨強度時，橋面基本無積水，但易形成一層水膜；當實際降雨強度>3a設(shè)計暴雨強度時，雨水不能及時排除，在外側(cè)車道和集水井附近有積水出現(xiàn)，行車易產(chǎn)生水漂、濺水和水霧現(xiàn)象，嚴重危害行車安全。機場北通道采用的“OGFC-13排水路面+同步碎石防水封層”排水瀝青路面結(jié)構(gòu)，有效地解決了常規(guī)瀝青路面存在的上述問題。

排水瀝青路面是一種開級配瀝青磨耗層(簡稱OGFC)路面，其吸收了開級配瀝青混合料和瀝青馬蹄脂碎石混合料(SMA)性能的優(yōu)點，在密實不透水的層上，將OGFC混合料經(jīng)攤鋪和碾壓后形成空隙率為18%～22%的表面磨耗層。OGFC路面具有較大的空隙率，在雨天能使雨水迅速下滲并沿下封層表面橫(縱)坡通過盲管匯集至集水井排除掉。從而消除路面積水，減少行車產(chǎn)生水漂、濺水和水霧現(xiàn)象，同時也可減少路面水膜厚度和夜間路面水膜反射車燈的眩光，提高雨天行車安全性。OGFC排水瀝青路面屬于“半透式路面”，要求表面層具有良好的透水性能，其下必須設(shè)置同步碎石封層。同步碎石封層橋面防水工藝使橋梁本體結(jié)構(gòu)具有抗水害防護作用，且在較大的溫度應(yīng)變、荷載應(yīng)變、特別是彎矩不同的條件下長期保持性能不變；同時，也加強了瀝青混凝土鋪裝層間結(jié)合力，提高瀝青面層抗推移能力。如圖4、圖5所示。

4 橋梁景觀設(shè)計

4.1 “黃金分割”景觀設(shè)計理論

城市高架橋梁存在體型大、造型單純、重復(fù)性強及視覺效果突出的特點，機場北通道主線高架道路在縱斷面設(shè)計時引入“黃金分割”景觀設(shè)計理論，即高架道路縱斷面設(shè)計時將橋墩立柱橫梁的黃金分割線(圖6中h1/h2(H1/H2)=0.618)作為高架橋梁整體結(jié)構(gòu)的黃金分割線(圖6中立柱橫梁黃金分割線至橋面防撞護欄頂?shù)母叨菻1與立柱橫梁黃金分割線至地面道路的高度H2的比值為0.618)，以提升高架橋下地面道路的豎向凈空，減少大斷面高架橋下給人的壓抑感，從而增添浦東國際機場北通道高架橋梁的整體景觀效果。

4.2 “蝶形”大挑臂連續(xù)箱梁[7，11，12]

以往高架橋梁的設(shè)計首先考慮橋梁的結(jié)構(gòu)安全性和造價經(jīng)濟性，即在滿足橋梁結(jié)構(gòu)安全的前提下，往往片面的追求橋梁結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟性。隨著社會的進步和經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們在享受便利交通的同時，對城市形象的要求越來越高，而機場北通道作為世博會配套工程，其對高架橋梁景觀的要求更高。同時，機場北通道作為中環(huán)線浦東段申江路立交的東延伸段，要求其主線高架橋梁結(jié)構(gòu)選型既要與浦西、浦東中環(huán)線形成一個完整的體系，協(xié)調(diào)和諧之外，又要與浦東新區(qū)的總體景觀、空間的比例相協(xié)調(diào)，創(chuàng)造簡潔、輕巧、通透及美觀的建筑形式，使之成為浦東新區(qū)的一個亮點。

機場北通道標準段橋梁寬度30.5 m，部分路段由于立交匝道的匯入，橋梁寬度達49.5 m。經(jīng)過多方案的研究比選，最終確定上部結(jié)構(gòu)采用整體式“蝶形”大挑臂圓弧形連續(xù)箱梁造型，如圖7所示。

其具有造型美觀大方，結(jié)構(gòu)整體受力性能好、抗彎抗扭剛度大，跨越能力強，能適應(yīng)各種線形和橋?qū)捵兓奶攸c。整體式蝶形箱梁造型是在斜腹板箱梁的基礎(chǔ)上將斜腹板采用弧線設(shè)計，兩側(cè)翼板的挑出一方面可以降低梁截面的厚重感，另一方面弧線形的挑出感強化了橋梁的橫向線條，賦予橋梁整體造型一種動感的效果。從梁的側(cè)向視覺效果看，日光投射的陰影效果層次感比較豐富，視覺效果好；從梁底面視覺效果看，弧線形的長懸臂使得梁底寬度減小，可以減輕梁體對橋底的視覺壓抑感，使其外形美觀、輕盈，組合柔美，富于變化。高架橋梁的整體式立體結(jié)構(gòu)運用圓弧曲線的元素，組合成圓弧形的挑臂結(jié)構(gòu)造型，突破了原高架橋梁造型單一的形式，使高大的造型趨于柔和，較容易與周邊的環(huán)境相結(jié)合，減少了高架橋下給人的壓抑感。同時，結(jié)合立柱采用帶圓角的矩形斷面，外觀形式與上部蝶形梁的弧形結(jié)構(gòu)可很好的銜接，總體的風(fēng)格具有曲線的柔和。兩個立柱采用橫梁相聯(lián)系，橋墩外側(cè)端面做成圓弧形，給人以纖柔感，形成了一個曲線的整體效果，提高了橋型的景觀性。

5 結(jié)語

浦東國際機場北通道—A20互通式立交已投入運營，已成為浦東國際機場北通道上一道亮麗的風(fēng)景線和標志性建筑物之一。A20互通式立交選擇的“全渦輪+菱形組合型”的立交總體方案及“合并出、入口按照兩級分、合流設(shè)計”的匝道接入(引出)方案、軟土地基采用的“釘形水泥土雙向攪拌樁軟基處理技術(shù)”、高架道路采用的“OGFC-13排水路面+同步碎石防水封層”排水瀝青路面結(jié)構(gòu)、高架橋梁采用的“蝶形”大挑臂圓弧形連續(xù)箱梁及“黃金分割”融入橋梁景觀設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)均具有良好的技術(shù)先進性，其對樞紐型互通式立交、軟土地基處理、高架道路路面結(jié)構(gòu)、高架橋梁結(jié)構(gòu)及景觀設(shè)計等均具有一定的參考價值和借鑒意義。

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ResearchonKeyTechnologiesofPudongInternationalAirport’sNorthPassageway—A20InterchangeBridge

ZHAO Wen-pin

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)

In combination with the design example of Pudong International Airport’s north passageway——the A20 interchange bridge, this paper analyzed and researched the relevant key technologies. It can be seen that the key technologies adopted in the A20 interchange bridge are of advanced technology and practical value in China, they are as follows: the overall interchange plan of“whole turbine type plus rhombus combination”, the ramp inlet and outlet plan of“merged entry and exit by two grades of split-flow and inter-flow”, the soft subsoil treatment measure of T-shaped bidirectional soil-cement mixing piles, the drainage asphalt pavement of“OGFC drainage pavement plus waterproof synchronized gravel seal coat”, the butterfly-like curved continuous box girder with big cantilever, the bridge landscape design with“golden section” concept, and so on.

interchange bridge; overall plan; cement mixing pile; drainage asphalt pavement; butterfly-like box girder; landscape design

2013-09-02；

：2013-09-05

趙文聘(1978—)，男，高級工程師，2000年畢業(yè)于華東交通大學(xué)鐵道工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：tyyzwp@163.com。

1004-2954(2014)05-0069-05

U448.17

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.05.016