淺談中小跨徑橋梁選型設(shè)計(jì)

姚 蘭，李 斯

(1.北京中路匯技術(shù)咨詢(xún)有限公司;2.中交路橋技術(shù)有限公司)

1 橋型方案擬定原則

橋型方案確定之前，需要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)因素和施工技術(shù)條件，先根據(jù)路線平面線性，確定橋位，橋下凈空標(biāo)準(zhǔn)等，在這些因素確定之后，橋型的方案可以被確定。橋型方案的確定需考慮選址區(qū)域的自然條件和人為因素，自然條件包括地質(zhì)，水文因素，人為因素包括施工條件，景觀協(xié)調(diào)性和工程造價(jià)等因素，具體有一下幾點(diǎn)。

(1)橋型的選定要綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的自然因素，尤其是水文因素和地質(zhì)條件，同時(shí)滿足不阻礙河流上的航運(yùn)，不對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成重大破壞的要求，使其符合總體設(shè)計(jì)要求。

(2)因地制宜，選擇能夠匹配橋位所處地形特點(diǎn)的橋型，優(yōu)先選擇施工方法簡(jiǎn)單并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的橋型，在一般情況下，能選擇簡(jiǎn)單橋型的，不選擇結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橋型。

(3)選定橋型對(duì)應(yīng)的施工方案應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題，如施工場(chǎng)地的布置能否滿足施工方案，建筑材料能否定時(shí)定量運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，是否能節(jié)省征地拆遷的費(fèi)用等。

(4)如果在風(fēng)景區(qū)架設(shè)橋梁，除滿足上述要求外，還應(yīng)考慮景觀效果，與周邊風(fēng)景融洽和諧。

2 各橋型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 鋼筋混凝土板橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

當(dāng)橋梁跨徑在5～20 m范圍內(nèi)時(shí)，特別是小于8 m的橋梁(涵洞)，鋼筋混凝土板橋是這個(gè)跨徑范圍內(nèi)橋梁比較常用的橋型。板橋的結(jié)構(gòu)由作為下部結(jié)構(gòu)的橋墩和橋臺(tái)，以及搭在橋墩橋臺(tái)之上的鋼筋混凝土板構(gòu)成。

當(dāng)橋梁跨徑在8 m以下時(shí)，往往使用實(shí)心矩形板作為橋面板;當(dāng)跨徑為6～13 m時(shí)，混凝土空心板是較為常用的橋梁類(lèi)型;一些跨徑在8 m以上的橋梁也會(huì)使用預(yù)應(yīng)力空心板。

鋼筋混凝土板橋有如下特點(diǎn)。

(1)構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于建造。采用鋼筋混凝土實(shí)心矩形板制造小跨徑的橋梁，施工難度較小，施工技術(shù)成熟，能夠適應(yīng)各種情況下以及復(fù)雜形狀橋梁的要求。

(2)板橋與其他橋型相比較，橋梁的上部結(jié)構(gòu)(橋跨部分)建筑高度小，在縮短引道長(zhǎng)度的同時(shí)可以有效的降低橋面高度，同時(shí)，當(dāng)橋下需要一定通航高度及通航寬度時(shí)，適合建造板橋。

(3)若不采取預(yù)應(yīng)力技術(shù)，則包括實(shí)心板、空心板在內(nèi)的各種型式的板橋內(nèi)部的拉應(yīng)力在橋面混凝土板底部邊緣會(huì)普遍偏大。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間承受荷載時(shí)，橋面板會(huì)因?yàn)檩^大拉應(yīng)力的存在而出現(xiàn)裂縫，最終使橋面板開(kāi)裂，從而降低混凝土板橋的使用壽命。而采用預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板，則會(huì)使工藝變得更為復(fù)雜，采用的技術(shù)要求更高、造價(jià)也會(huì)上升。

2.2 鋼筋混凝土梁橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

當(dāng)橋梁跨徑在16 m以上時(shí)，梁橋是應(yīng)用最多的橋梁類(lèi)型，當(dāng)跨徑在20～35 m時(shí)，一般采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，跨徑在35～50 m時(shí)，采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。

鋼筋混凝土梁橋的材料簡(jiǎn)單，可以做到就地取材，施工階段工業(yè)化程度高，加上鋼筋混凝土梁橋具有較好的整體性，耐久性，能夠適應(yīng)各種不同的地形環(huán)境條件，加上其造型美觀，使得鋼筋混凝土梁橋種類(lèi)較多，有較廣的應(yīng)用范圍，已建成橋梁中鋼筋混凝土梁橋的數(shù)量也較大。

由于混凝土材料的抗拉強(qiáng)度較小，自重大，使得鋼筋混凝土材料存在著自重較大，跨越能力較低，結(jié)構(gòu)抗裂性能較差，修補(bǔ)困難的缺點(diǎn)。此外，就地澆筑施工的鋼筋混凝土梁橋施工階段采用的支架和模板會(huì)損耗大量木材，且有著較長(zhǎng)的施工工期，因此，鋼筋混凝土梁橋大部分被應(yīng)用在中小跨徑的橋梁工程中，一般情況下用在20 m跨徑左右的橋梁中。

在實(shí)際工程中，應(yīng)用更為普遍的是采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)的預(yù)應(yīng)力梁橋，預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋存在著其他一些特點(diǎn)。

(1)由于采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)，延緩了混凝土的開(kāi)裂，因此高強(qiáng)材料可以應(yīng)用在預(yù)應(yīng)力混凝土中，使構(gòu)件截面尺寸得以減小，荷載得以降低，從而增大了跨越能力。

(2)預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋與鋼筋混凝土梁橋相比，能夠有效的節(jié)省30% 左右的鋼材，而且隨著跨徑的越大鋼材的節(jié)省量越多，從而降低了造價(jià)

(3)預(yù)應(yīng)力技術(shù)使得混凝土裂縫的出現(xiàn)得到推遲，使得截面能夠整體參與受力，因此其截面剛度大于通常的鋼筋混凝土梁，可顯著減小梁的建筑高度、增大跨徑。另外，預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以使得梁橋的裂縫得以消除，結(jié)構(gòu)的耐久性得以提高。

3 橋梁上部結(jié)構(gòu)選型

橋梁上部結(jié)構(gòu)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制裝配化結(jié)構(gòu)，其形式及跨徑的選擇，應(yīng)本著提高施工速度，簡(jiǎn)化施工難度，降低工程造價(jià)的目的，根據(jù)地形、地質(zhì)、水文條件以及橋墩高度，選取合適的橋梁方案，原則上常規(guī)橋梁跨徑在6～13 m采用鋼筋混凝土空心板，跨徑13～16 m采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，L=20～35 m采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，L=30～50 m采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。

下面選取常用的幾種標(biāo)準(zhǔn)跨徑進(jìn)行不同橋型之間的比較。

(1)20 m跨徑

20 m跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)比較，見(jiàn)表2。

表2 20 m跨徑不同結(jié)構(gòu)比較

早期的低等級(jí)公路中，較少采用T梁，而板寬1 m和1.24 m的空心板應(yīng)用較多。近年來(lái)，寬幅式空心板和組合小箱梁被更多的應(yīng)用在實(shí)際中，擁有明顯優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，且施工工藝成熟，施工技術(shù)簡(jiǎn)單。因此，寬幅式空心板或組合小箱梁較適合被應(yīng)用在跨徑20 m的橋梁上部結(jié)構(gòu)中。

(2)25 m跨徑

該跨徑上部結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在互通立交匝道橋，此時(shí)，預(yù)應(yīng)力混凝土T梁在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，其施工難度與材料要求均小于箱梁和空心板。

(3)30 m跨徑

通過(guò)比較組合小箱梁或預(yù)應(yīng)力混凝土T梁方案，在30 m跨徑的條件下，兩種橋型在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和施工難度上各有優(yōu)缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況、施工工藝等，綜合比較后確定使用這兩種方案中的一種。目前的橋梁工程中，這兩種橋型都被大范圍的采用。

(4)不同標(biāo)準(zhǔn)跨徑經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

跨徑20～40 m梁(板)橋，普通鋼筋混凝土橋的上部構(gòu)造一般采取先簡(jiǎn)支后連續(xù)的施工方法，預(yù)應(yīng)力梁橋通常采用后張法。

就上部構(gòu)造而言，施工中所用的材料數(shù)量在總體上隨著跨徑的增加而增大，從而帶來(lái)工程造價(jià)的上漲。因此在實(shí)際工程中，如何在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下選取橋型方案，必須同時(shí)結(jié)合包括下部構(gòu)造的材料指標(biāo)在內(nèi)的全橋的材料指標(biāo)以及與此密切相關(guān)的工程造價(jià)因素，以及施工工藝、施工水平與條件等因素綜合考慮。

4 總結(jié)

橋梁結(jié)構(gòu)方案的擬定，要考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，施工技術(shù)條件，地形地質(zhì)條件，并借鑒以往設(shè)計(jì)中的成功經(jīng)驗(yàn)，綜合比較后之后才能決定，因此在設(shè)計(jì)中，特別是初步設(shè)計(jì)中，通過(guò)以上橋型的數(shù)理分析，一般情況下在設(shè)計(jì)文件中可直接根據(jù)跨徑選擇橋型，無(wú)需再對(duì)有關(guān)橋梁進(jìn)行橋型方案比較。

(1)當(dāng)跨徑為20 m時(shí)，寬幅式空心板和組合小箱梁由于其施工工藝得到改進(jìn)，與其他結(jié)構(gòu)相比，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)更好。因此一般情況下，在跨徑為20 m時(shí)，上部結(jié)構(gòu)推薦采用寬幅式空心板或組合小箱梁。

(2)當(dāng)跨徑為25 m時(shí)，預(yù)應(yīng)力混凝土T梁在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，其施工難度與材料要求均小于箱梁和空心板，因此在25 m跨徑時(shí)，預(yù)應(yīng)力混凝土T梁是橋梁的上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型中較好的一種結(jié)構(gòu)類(lèi)型。

(3)當(dāng)跨徑為30 m時(shí)，預(yù)應(yīng)力T梁和組合小箱梁相比，各種指標(biāo)比較相近，各類(lèi)橋型在結(jié)構(gòu)上皆有優(yōu)缺點(diǎn)，目前的工程中均有采用，在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合比較后確定使用這兩種方案中的一種。

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