浦东国际机场北通道— A20互通式立交关键技术研究

赵文聘

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

浦东国际机场北通道— A20互通式立交关键技术研究

赵文聘

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

结合浦东国际机场北通道— A20互通式立交工程设计实例,对其所涉及关键技术进行分析研究。A20互通式立交选择的“全涡轮+菱形组合型”立交总体方案及“合并出、入口按照两级分、合流设计”的匝道接入(引出)方案、钉形水泥土双向搅拌桩软基处理技术、“OGFC排水路面+同步碎石防水封层”的排水沥青路面、“蝶形”大挑臂圆弧形连续箱梁及“黄金分割”融入桥梁景观设计等关键技术在国内均具有技术先进性和实用价值。

互通式立交桥；总体方案；水泥搅拌桩；排水沥青路面；蝶形箱梁；景观设计

1 工程概况

浦东国际机场北通道(申江路～主进场路)新建工程是2010年上海世博会的重点配套工程，亦是2009年度上海市重大建设工程。该项目始于中环线浦东段东南转角的申江路立交，自西向东沿现状华夏路，至海滨路转向南，沿现状海滨路、华洲路，最后接入主进场路，路线全长15.628 km。作为中环线向东延伸线，该项目的建设是在完善浦东国际机场北出口快速通道与完善浦东新区骨架交通网络为背景下进行的。A20互通式立交是全线唯一的特大型互通式立交工程，也是整个浦东国际机场北通道项目的重要节点工程。A20互通式立交涉及机场北通道主线全长1.2 km，A20(外环线)主线全长1.9 km。机场北通道按“主线高架+地面道路”的模式建设，其中，高架道路采用城市快速路设计标准，其功能定位为满足机场快速交通、兼顾地方交通出行，双向8 车道，设计速度80 km/h。地面道路采用城市主干路设计标准，其功能定位为解决地方区域交通，双向6车道，设计速度50 km/h。机场北通道高架道路设置8条匝道与A20构成完全互通立交，按照城市枢纽型立交标准设计；地面道路设置2对上、下匝道与A20构成简易菱形立交，按照灯控平面交叉口标准设计。

2 总体方案设计[1-3]

A20互通式立交为浦东国际机场北通道与A20的交汇点，也是“三环十射”城市快速网络系统中的一个重要节点。在立交总体方案设计中，既要考虑快速系统的交通联系，还要考虑地面系统的交通联系；既要考虑尽可能利用既有菱形立交的上、下匝道，还要考虑匝道二次接入(引出)A20时对既有A20交通的不利影响；既要考虑立交的整体功能能够满足交通需求，还要考虑交通量预测存在的不确定性；既要考虑避免对A20既有桥梁结构的改造，减少对A20既有交通的干扰，还要尽量避免对D610航油输送干管的搬迁。经过多次分析论证、优化完善，最终形成合理的解决方案。

(1)新建8条匝道实现机场北通道主线高架与A20交通转换的主线快速系统，作为本立交的主要部分；对既有菱形立交的上、下匝道进行改建实现机场北通地面道路与A20交通转换的地面道路系统。立交总体布置满足了城市快速路网的交通需求和浦东国际机场的远景发展目标，功能定位符合城市总体规划。

(2)立交总体方案设计中推陈出新，以造型美观、功能完善且投资节省的“全涡轮+菱形组合型”立交总体方案取代工可批复的“苜蓿叶+半定向+菱形组合型”立交总体方案，不但能满足转向交通呈“三大一小”的交通量分布特征需求，且又能适应远期交通量增长的需求，对交通量预测的不确定性适应能力强。如图1、图2所示。

(3)立交匝道接入(引出)A20时，采用“合并出、入口按照两级分、合流设计”匝道接入(引出)方案，对既有A1(A2)匝道桥拆除重建，直接从新建NE(WN)匝道上接入(引出)，消除了二次接入(引出)A20时对既有A20交通的不利影响。

(4)为避免对浦东国际机场D610航油输送干管的搬迁，在立交方案设计中，提出了立交匝道“绕避航油管”的线位布设方案，同时结合采用异形桥墩、承台及桩基等有效避让措施，缩短了前期动迁工期，节省了动迁费用。

(5)立交范围内华夏路与川杨河相距约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)的桥梁连续跨越华夏路、川杨河。其中，以43.5 m T梁、42 m T梁分别跨华夏路、川杨河，跨川杨河时盖梁伸出悬臂以供管线过河。因此，A20既有桥梁结构和川杨河管线桥是立交匝道布设的主要控制因素，为避免对A20既有桥梁结构的拼接改造，尽量减少对A20既有交通的影响，将立交匝道的出入口布置在川杨河北侧与A20路基段衔接。

3 路基路面设计

3.1钉形水泥土双向搅拌桩的应用[4-6]

拟建场地多为软土地基路段(③、④层为软弱层，层厚17.2 m、埋深3.8 m)，软土层压缩性大，透水性差。在路堤荷载作用下，要经过较长时间才能完成主固结，沉降量大而持续时间长。为减少桥头路堤总沉降量和工后沉降，地道道路、立交匝道最大填土高度原则上控制在3 m左右，填土高度大于2.0 m至桥台段采用二灰填筑，同时对软土地基采用钉形水泥土双向搅拌桩加固处理，有效减少了桥头路堤与桥梁结构之间的沉降差异，提高了行车舒适性。

常规水泥搅拌桩复合地基的有效深度一般在10～15 m，如再加长，较难控制其深部的施工质量，达不到控制地基沉降的效果。针对常规水泥搅拌桩存在的上述问题，在充分研究水泥搅拌桩的加固机理及水泥搅拌桩成桩质量影响因素的基础上，通过将水泥搅拌桩成桩机械的钻杆改进为同心双轴钻杆，内、外钻杆上分别安装旋转方向相反、可控制伸缩的叶片，通过叶片同时正反向的边喷浆边搅拌形成钉形水泥土双向搅拌桩，其处理深度较常规水泥搅拌桩深(可达25 m)，如图3所示。

钉形水泥土双向搅拌桩优点在于其实现了同心双轴的正反向同时旋转，水泥浆与土体搅拌均匀，且解决了冒浆现象，成桩质量大大提高；钉形水泥土双向搅拌桩充分利用了复合地基中附加应力上部大、下部小的原理，桩间距比常规水泥搅拌桩大，节省投资约15%～35%，且随着软土处理深度的增加，其经济效益越明显；钉形桩的变截面结构，使加固体的受力更趋合理，达到更佳的复合效果，加上桩身强度的大幅度提高，与常规水泥搅拌桩相比承载力大幅提高，变形沉降量减小。

3.2排水沥青路面的应用[7-10]

考虑到机场北通道主线高架为城市快速路，对行车安全性要求高。基于对常规沥青路面的研究表明，当实际降雨强度<3a设计暴雨强度时，桥面基本无积水，但易形成一层水膜；当实际降雨强度>3a设计暴雨强度时，雨水不能及时排除，在外侧车道和集水井附近有积水出现，行车易产生水漂、溅水和水雾现象，严重危害行车安全。机场北通道采用的“OGFC-13排水路面+同步碎石防水封层”排水沥青路面结构，有效地解决了常规沥青路面存在的上述问题。

排水沥青路面是一种开级配沥青磨耗层(简称OGFC)路面，其吸收了开级配沥青混合料和沥青马蹄脂碎石混合料(SMA)性能的优点，在密实不透水的层上，将OGFC混合料经摊铺和碾压后形成空隙率为18%～22%的表面磨耗层。OGFC路面具有较大的空隙率，在雨天能使雨水迅速下渗并沿下封层表面横(纵)坡通过盲管汇集至集水井排除掉。从而消除路面积水，减少行车产生水漂、溅水和水雾现象，同时也可减少路面水膜厚度和夜间路面水膜反射车灯的眩光，提高雨天行车安全性。OGFC排水沥青路面属于“半透式路面”，要求表面层具有良好的透水性能，其下必须设置同步碎石封层。同步碎石封层桥面防水工艺使桥梁本体结构具有抗水害防护作用，且在较大的温度应变、荷载应变、特别是弯矩不同的条件下长期保持性能不变；同时，也加强了沥青混凝土铺装层间结合力，提高沥青面层抗推移能力。如图4、图5所示。

4 桥梁景观设计

4.1 “黄金分割”景观设计理论

城市高架桥梁存在体型大、造型单纯、重复性强及视觉效果突出的特点，机场北通道主线高架道路在纵断面设计时引入“黄金分割”景观设计理论，即高架道路纵断面设计时将桥墩立柱横梁的黄金分割线(图6中h1/h2(H1/H2)=0.618)作为高架桥梁整体结构的黄金分割线(图6中立柱横梁黄金分割线至桥面防撞护栏顶的高度H1与立柱横梁黄金分割线至地面道路的高度H2的比值为0.618)，以提升高架桥下地面道路的竖向净空，减少大断面高架桥下给人的压抑感，从而增添浦东国际机场北通道高架桥梁的整体景观效果。

4.2 “蝶形”大挑臂连续箱梁[7，11，12]

以往高架桥梁的设计首先考虑桥梁的结构安全性和造价经济性，即在满足桥梁结构安全的前提下，往往片面的追求桥梁结构形式的经济性。随着社会的进步和经济的快速发展，人们在享受便利交通的同时，对城市形象的要求越来越高，而机场北通道作为世博会配套工程，其对高架桥梁景观的要求更高。同时，机场北通道作为中环线浦东段申江路立交的东延伸段，要求其主线高架桥梁结构选型既要与浦西、浦东中环线形成一个完整的体系，协调和谐之外，又要与浦东新区的总体景观、空间的比例相协调，创造简洁、轻巧、通透及美观的建筑形式，使之成为浦东新区的一个亮点。

机场北通道标准段桥梁宽度30.5 m，部分路段由于立交匝道的汇入，桥梁宽度达49.5 m。经过多方案的研究比选，最终确定上部结构采用整体式“蝶形”大挑臂圆弧形连续箱梁造型，如图7所示。

其具有造型美观大方，结构整体受力性能好、抗弯抗扭刚度大，跨越能力强，能适应各种线形和桥宽变化的特点。整体式蝶形箱梁造型是在斜腹板箱梁的基础上将斜腹板采用弧线设计，两侧翼板的挑出一方面可以降低梁截面的厚重感，另一方面弧线形的挑出感强化了桥梁的横向线条，赋予桥梁整体造型一种动感的效果。从梁的侧向视觉效果看，日光投射的阴影效果层次感比较丰富，视觉效果好；从梁底面视觉效果看，弧线形的长悬臂使得梁底宽度减小，可以减轻梁体对桥底的视觉压抑感，使其外形美观、轻盈，组合柔美，富于变化。高架桥梁的整体式立体结构运用圆弧曲线的元素，组合成圆弧形的挑臂结构造型，突破了原高架桥梁造型单一的形式，使高大的造型趋于柔和，较容易与周边的环境相结合，减少了高架桥下给人的压抑感。同时，结合立柱采用带圆角的矩形断面，外观形式与上部蝶形梁的弧形结构可很好的衔接，总体的风格具有曲线的柔和。两个立柱采用横梁相联系，桥墩外侧端面做成圆弧形，给人以纤柔感，形成了一个曲线的整体效果，提高了桥型的景观性。

5 结语

浦东国际机场北通道—A20互通式立交已投入运营，已成为浦东国际机场北通道上一道亮丽的风景线和标志性建筑物之一。A20互通式立交选择的“全涡轮+菱形组合型”的立交总体方案及“合并出、入口按照两级分、合流设计”的匝道接入(引出)方案、软土地基采用的“钉形水泥土双向搅拌桩软基处理技术”、高架道路采用的“OGFC-13排水路面+同步碎石防水封层”排水沥青路面结构、高架桥梁采用的“蝶形”大挑臂圆弧形连续箱梁及“黄金分割”融入桥梁景观设计等关键技术均具有良好的技术先进性，其对枢纽型互通式立交、软土地基处理、高架道路路面结构、高架桥梁结构及景观设计等均具有一定的参考价值和借鉴意义。

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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

赵文聘(1978—)，男，高级工程师，2000年毕业于华东交通大学铁道工程专业，工学学士，E-mail：tyyzwp@163.com。

1004-2954(2014)05-0069-05

U448.17

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.05.016