公路預(yù)制箱梁和T梁橋型比較

王宏民

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

1 概述

改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的提高，我國高速公路建設(shè)實現(xiàn)了從無到有、由弱到強(qiáng)的跨越式發(fā)展，建成了四通八達(dá)的國省道交通大動脈，特別是近20年，進(jìn)入了黃金發(fā)展期。山西省高速公路建設(shè)與時俱進(jìn)，也進(jìn)入了持續(xù)快速發(fā)展階段，橋梁作為公路的重要組成部分也得到了迅猛的發(fā)展，結(jié)構(gòu)型式日新月異，但90%以上的橋梁都采用了裝配式預(yù)制安裝結(jié)構(gòu)，其中使用較多的是裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和 T 梁，跨徑有 20 m、25 m、30 m、35 m、40 m，每 5 m 一級，角度有 0°、15°、30°,基本滿足了一般公路橋梁的建設(shè)需要。

由于裝配式預(yù)制箱梁與T 梁具有結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、技術(shù)成熟、造價經(jīng)濟(jì)和便于養(yǎng)護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在全省高速公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，從20 多年的建設(shè)和運(yùn)營情況看，使用效果非常好，當(dāng)下和今后很長一段時間內(nèi)依然將是常規(guī)橋梁建設(shè)中的主力橋型。

本文以25 m 和30 m 跨徑正交90°的預(yù)制小箱梁和T 梁為例，闡述了裝配式預(yù)制梁在實際工程中的應(yīng)用情況，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面對兩種橋型進(jìn)行綜合比較。

2 橋型比較

以高速公路使用最廣泛的25 m 和30 m 中小跨徑正交90°的裝配式預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁和T 梁為例，按雙向四車道橋梁寬度25.5 m，公路-I 級荷載，分別取5-25 m 和5-30 m 一聯(lián)大橋進(jìn)行計算比較。

圖1 5-25 m 橋型布置圖（單位：cm）

圖2 25 m 箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：mm）

圖3 25 m T 梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：mm）

圖4 30 m 箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：mm）

圖5 30 m T 梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：mm）

圖6 25 m 箱梁橋墩構(gòu)造圖（單位：mm）

圖7 25 m T 梁橋墩構(gòu)造圖（單位：mm）

2.1 結(jié)構(gòu)尺寸及受力分析比較

a）裝配式預(yù)應(yīng)力先簡支后連續(xù)箱梁和T 梁存在一個體系轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，先預(yù)制主梁就位形成簡支體系，再現(xiàn)澆墩頂縱向濕接縫轉(zhuǎn)換為連續(xù)體系，形成超靜定結(jié)構(gòu)，比之傳統(tǒng)簡支結(jié)構(gòu)墩頂支點(diǎn)處產(chǎn)生負(fù)彎矩，對跨中正彎矩起到卸載作用，一方面減小了截面尺寸節(jié)約造價，另一方面改善了行車條件，提高了行車的舒適性，箱梁和T 梁結(jié)構(gòu)都具備了上述優(yōu)良特性。結(jié)構(gòu)受力相比，兩者承受相同的汽車活載，但是T 梁總的自重恒載比箱梁大，需配置更多的預(yù)應(yīng)力束和普通鋼筋，相比之下箱梁更具優(yōu)勢。

表1 30 m 箱梁一片梁梁端支點(diǎn)最大反力 kN

表2 30 m T 梁一片梁梁端支點(diǎn)最大反力 kN

b）25 m 跨徑箱梁高度 1.4 m，T 梁高 1.7 m，30 m 跨徑箱梁高度 1.6 m，T 梁高 2.0 m，T 梁比箱梁分別高出30 cm 和40 cm，在平微區(qū)高速公路橋梁布設(shè)特別是上跨既有公鐵道路時箱梁更有優(yōu)勢，適用范圍更大，較低的主梁高度一方面可有效降低橋梁建筑高度，另一方面還可以降低橋頭兩側(cè)路基填土高度，兩者都起到降低工程造價、減少占地的作用。

c）箱梁封閉截面的特點(diǎn)，使其具有較大的抗扭剛度，截面尺寸較大自身具有較好的穩(wěn)定性，而T型梁斷面雖然設(shè)置下馬蹄較好地利用了截面特性，受力明確，但截面較小、頭重腳輕自身穩(wěn)定性差，且對彎道斜橋以及超高橫坡大的橋梁設(shè)計在橫向穩(wěn)定和抗扭上仍存在一定的缺陷，比如，彎道橋梁超高橫坡4%，箱梁和T 梁頂面預(yù)制橫坡均為標(biāo)準(zhǔn)2%，箱梁可通過梁底的楔形塊或者鋼板對剩余2%橫坡進(jìn)行調(diào)整，但對于T 梁若同樣采用楔形塊調(diào)整則主梁整體會發(fā)生傾斜，存在傾覆風(fēng)險，安全的做法只能是每片主梁的頂面橫坡均按4%預(yù)制，給設(shè)計出圖和施工控制都帶來不便。

2.2 施工工藝比較

a）箱梁整體剛度大于T 梁，正彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時梁體變形較小，僅有上撓變形，縱向軸線基本不變形。而T 梁由于單梁肋自身剛度小，不僅上撓變形大，還經(jīng)常會發(fā)生側(cè)彎，相鄰梁體的對向側(cè)彎導(dǎo)致橫向濕接縫過小，反向側(cè)彎濕接縫又過大，接縫施工和質(zhì)量不易保證。

圖8 對向側(cè)彎

圖9 反向側(cè)彎

b）箱梁為對稱的兩條腹板，預(yù)應(yīng)力傳遞比較均勻，裂縫較少；而T 梁只有單片梁肋且厚度薄，預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后在距梁端2 m 范圍內(nèi)梁肋下部經(jīng)常出現(xiàn)斜向裂縫，錨具周圍出現(xiàn)壓裂或壓碎，原因之一是梁肋厚度薄，施工不規(guī)范時預(yù)應(yīng)力孔道布置不對稱或偏離軸線，導(dǎo)致受力不均。

c）箱梁和T 梁的架設(shè)可采用吊車或者架橋機(jī)，單片預(yù)制梁最大吊裝重量25 m 箱梁786 kN，T 梁582 kN，30 m 箱梁 986 kN，T 梁 785 kN，T 梁比箱梁輕需要的吊裝設(shè)備較小這是優(yōu)勢，但是T 梁片數(shù)多重復(fù)喂梁、移梁，就位的次數(shù)多，耗費(fèi)的工時也長。

d）主梁架設(shè)完畢形成簡支狀態(tài)，在橫梁和接縫鋼筋未連接之前，箱梁自身的穩(wěn)定性好無需輔助支撐，而T 梁馬蹄尺寸小、頭重腳輕穩(wěn)定性差，在風(fēng)載和施工作業(yè)影響下容易傾覆，需要進(jìn)行臨時支撐，特別是對于采用楔形塊調(diào)整橫坡的情況更要及時支撐，施工便利性較差。

e）T 梁縱向濕接縫道數(shù)多，施工作業(yè)比箱梁繁瑣，單孔T 梁有5 道接縫，箱梁只有3 道，從支模板、焊鋼筋到澆筑混凝土，所有工序的重復(fù)次數(shù)都要多出2/3，需配備更多的工人，耗費(fèi)更長的工期。同理，T 梁為提高剛度而設(shè)的橫隔板數(shù)量也比箱梁多，存在同樣的缺點(diǎn)。

2.3 工程量和造價分析比較

鑒于同等跨徑箱梁和T 梁所采用的橋面系、下部墩臺和樁基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)尺寸和數(shù)量基本相同或相近，故以下計算僅對變化較大的主梁和橋墩蓋梁進(jìn)行計算比較。

表3 5-25 m 大橋主要工程數(shù)量比較表

表4 5-30 m 大橋主要工程數(shù)量比較表

a）以標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖可以看出，同樣的半幅橋梁寬度箱梁布置4片，T梁布置6片，由表3、表4算出5 孔一聯(lián)大橋的預(yù)制梁片數(shù)T 梁比箱梁多20片，意味著同等規(guī)模、同等工期的條件下，T 梁要準(zhǔn)備更多的預(yù)制張拉臺座，占用更多的預(yù)制和存放場地。

b）由表3、表4看出T 梁的工程數(shù)量均大于同跨徑的箱梁，特別是上部主梁的混凝土、鋼絞線和鋼筋用量，絕對值數(shù)量增加非常明顯，且隨著跨徑的增大相對差值占比也逐漸增大，直接導(dǎo)致造價的增加，5-25 m 大橋造價增加 102.3 萬元，5-30 m 大橋造價增加158.7 萬元。

c）由于T 梁自重的增加，對應(yīng)的恒載重量也會增大，導(dǎo)致柱頂反力和樁頂反力值均比箱梁要大，樁基長度會更長，也會增加工程造價。

3 結(jié)語

a）通過以上結(jié)構(gòu)尺寸及受力、施工工藝、工程量和造價3 個方面的綜合分析比較，箱梁的優(yōu)勢明顯大于T 梁，詳見表5。

表5 綜合比較表

b）裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁和T 梁都是優(yōu)秀的預(yù)制安裝橋型，都經(jīng)歷了多年的發(fā)展完善和工程實踐的檢驗，都是比較成熟的橋梁結(jié)構(gòu)，但是依然有繼續(xù)優(yōu)化的空間。

（a）提高主梁之間縱橫向濕接縫的強(qiáng)度。主梁間的縱橫向濕接縫是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，不管是箱梁還是T 梁在接縫處都必然出現(xiàn)裂縫，建議采用超高性能混凝土材料，提高接縫的強(qiáng)度和黏結(jié)力，提高橋梁的耐久性。

圖10 橫向濕接縫

（b）加大腹板截面尺寸和配筋率。箱梁和T 梁的腹板是出現(xiàn)裂縫的重災(zāi)區(qū)，究其原因，很大程度上是由于設(shè)計計算模型和參數(shù)取值與實際的受力狀態(tài)及野外環(huán)境差異過大，設(shè)計選用的截面尺寸偏小，建議對腹板的厚度予以加強(qiáng)，增大截面尺寸和配筋率。

（c）1995年山西省第一條高速公路——太舊高速公路橋梁主要采用空心板梁結(jié)構(gòu)，從1998年開始全面推廣預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T 梁，比如京大高速、原太高速，經(jīng)過幾年的發(fā)展和應(yīng)用后T 梁的裂縫、上撓和側(cè)彎等問題相繼出現(xiàn)，于2001年左右開始全面改用相同結(jié)構(gòu)體系的小箱梁，比如后續(xù)的得大高速、離軍高速和同源高速等，都將裝配式箱梁作為主導(dǎo)橋型使用，只在40-50 m 大跨徑橋梁上使用單梁自重較輕的T 梁。在2001—2017年山西省高速公路橋梁箱梁橋型占所有大中橋比例高達(dá)85%以上，但從2017年以后又因為箱梁的病害問題開始回歸到T 型梁，筆者認(rèn)為每一種橋型都有其自身優(yōu)勢和劣勢，受科技發(fā)展、材料和造價等因素制約，同一時期的橋梁結(jié)構(gòu)水平基本上是不相上下的，箱梁應(yīng)用規(guī)模越大，出現(xiàn)病害的幾率和比例就越高，但病害問題可以通過相應(yīng)的措施加以防范和處理。