城市高架橋梁結(jié)構(gòu)選型研究和分析

曾祥春

（贛州城市投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西 贛州341000）

0 引言

近年來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市用地和人口規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，城市交通需求不斷增長。地面道路交通無法滿足交通發(fā)展的需求，城市高架的建設(shè)大幅增長[1]。

橋梁設(shè)計(jì)遵循安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則，而城市高架橋限制因素較多，高架橋的地面道路往往是城市路網(wǎng)中的重要交通干線，所選結(jié)構(gòu)及施工方法應(yīng)充分考慮施工期間地面道路的交通組織，必須保障必要地面道路的交通通行，減少對(duì)交通的影響。因此，綜合比選不同梁體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及下部結(jié)構(gòu)施工方案，對(duì)城市高架橋梁建設(shè)具有重要意義。

1 不同梁體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板梁結(jié)構(gòu)

預(yù)制先張法空心板梁（下稱空心板梁）是公路和城市橋梁采用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)高度低，工廠化程度高，運(yùn)輸、吊裝方便，對(duì)地面交通影響較小，造價(jià)低，施工快速方便。

缺點(diǎn)：縱向設(shè)鉸縫，拱度控制不好，易造成板間參差不齊；剛度小、整體性差；跨越能力小，跨徑一般不超過22 m，景觀效果稍遜。

1.2 預(yù)制“T”形梁

預(yù)制“T”形梁結(jié)構(gòu)（下稱T 梁）也是較為常用的結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)成熟，跨徑25～50 m左右，主梁為預(yù)制構(gòu)件，可在工廠和施工現(xiàn)場預(yù)制，待主梁安裝完畢后，澆筑現(xiàn)澆段把橋面連成整體。

優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)適中，施工方便，對(duì)施工設(shè)備沒有特殊要求。T 梁對(duì)變寬度橋面的適應(yīng)性較強(qiáng)，施工快速方便。

缺點(diǎn)：建筑高度較大，從橋下仰視梁底，縱、橫梁密布，比較凌亂，景觀較差。

圖1 為T 梁之圖示。

圖1 T 梁之圖示

1.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)大箱梁結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)大箱梁結(jié)構(gòu)（下稱大箱梁）可采用單箱單室或單箱多室斷面，可較好地滿足一般城市高架和立交橋梁的使用要求。截面可采用直腹板、斜腹板或曲線腹板形式，同下部橋墩線形相統(tǒng)一，整體造型美觀、協(xié)調(diào)。大箱梁可采用滿堂支架澆筑，施工便捷，對(duì)施工設(shè)備要求低。

優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)大箱梁整體性能好，結(jié)構(gòu)剛度大，受力合理，行車條件很好；跨越能力大，能適應(yīng)各種平面線型和橋?qū)挼淖兓?；斷面外形豐富，造型簡潔、輕盈，線條流暢，橋下視覺較通透開闊，美觀舒適。

缺點(diǎn)：造價(jià)較高，滿堂支架現(xiàn)澆施工時(shí)對(duì)環(huán)境及交通影響較大，施工工藝較為復(fù)雜，施工速度較慢。

圖2 為大箱梁之圖示，圖3 為滿堂支架施工之實(shí)景。

圖2 大箱梁之圖示

圖3 滿堂支架施工之實(shí)景

1.4 預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)

預(yù)制小箱梁（下稱小箱梁）結(jié)構(gòu)簡單，其設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)成熟，近年來在全國各地的城市橋梁及立交結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用。小箱梁可以采用簡支結(jié)構(gòu)，也可以采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)結(jié)構(gòu)?？稍诠S或施工現(xiàn)場預(yù)制，待主梁安裝完畢后，澆筑現(xiàn)澆段把橋面連成整體。從工廠預(yù)制、運(yùn)輸、安裝設(shè)備等考慮，預(yù)制梁重量控制在150 t 以內(nèi)。預(yù)制梁吊裝可采用履帶吊機(jī)、龍門吊機(jī)和大型架橋機(jī)[2]。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)剛度較大，抗扭性能較好，行車條件較好；跨越能力強(qiáng)，跨徑較大（通常25～40 m），梁高適中，對(duì)于變寬段適應(yīng)性強(qiáng)；截面可采用直腹板、斜腹板形式；便于機(jī)械化施工，施工速度快，上、下部平行作業(yè)能有效控制工期，對(duì)地面交通影響較小，連續(xù)高架使用大型架橋機(jī)施工時(shí)可充分顯示經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，對(duì)周圍環(huán)境和地面交通影響小，符合環(huán)保要求；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低，經(jīng)濟(jì)合理。

缺點(diǎn)：橋?qū)捿^寬處需要設(shè)置大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，結(jié)構(gòu)尺寸稍高，橋下景觀效果減弱。

圖4 為小箱梁之圖示，圖5 為小箱梁施工之實(shí)景。

圖4 小箱梁之圖示

圖5 小箱梁施工之實(shí)景

1.5 鋼混組合簡支小箱梁

鋼混組合簡支小箱梁（下稱組合梁），其外形與預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁相似，充分發(fā)揮了鋼材與混凝土兩種材料各自的受力優(yōu)勢(shì)，在日本、法國等國家，已作為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)在高架系統(tǒng)中推廣，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。目前在國內(nèi)，鋼混組合簡支小箱梁普遍用于跨路口節(jié)點(diǎn)、跨江河等較大跨徑橋梁中。

圖6 為組合梁效果圖。

圖6 組合梁效果圖

近年來，伴隨著建筑行業(yè)預(yù)制化、標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢(shì)，國內(nèi)對(duì)鋼混組合簡支小箱梁設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了深入研究。作為高架標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：單片組合小箱梁自重輕（按35 m 跨徑計(jì)，單片梁重約80 t），運(yùn)輸、吊裝條件好；跨越能力強(qiáng)，跨徑較大（通常25～60 m），梁高適中，對(duì)于曲線變寬均有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

缺點(diǎn)：工程造價(jià)相對(duì)較高，且后期運(yùn)營養(yǎng)護(hù)成本相對(duì)高昂。

1.6 綜合比選

表1 橋梁結(jié)構(gòu)形式綜合比較表

T 梁由于其外形上的欠缺，一般不作為城市高架的推薦梁型，但因吊裝重量輕，對(duì)跨徑大于40 m跨鐵路特殊節(jié)點(diǎn)可選擇采用?？招陌辶菏褂每鐝捷^小，橋墩密集，整體景觀較差，且在重載交通條件下，病害較多，一般也不作為主線高架的推薦梁型，僅在跨徑較小的地面橋采用。

大箱梁施工工藝成熟，結(jié)構(gòu)整體剛度大，行車舒適，外形景觀好，但相比上述其他橋型施工工藝較為復(fù)雜，現(xiàn)澆施工方法對(duì)現(xiàn)行交通影響較大，須通過嚴(yán)格合理的交通組織以保證地面交通的正常通行。

小箱梁集成了空心板及T 梁的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性好、施工速度快、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又合理地規(guī)避了空心板行車條件較差，以及T 梁景觀效果弱等缺點(diǎn)。相比大箱梁方案，小箱梁采用預(yù)制拼裝施工工藝，施工對(duì)周圍環(huán)境和地面交通影響小，符合環(huán)保和國家預(yù)制拼裝標(biāo)準(zhǔn)化的要求。而鋼混組合小箱梁雖在快速施工及預(yù)制化條件上優(yōu)于預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，但由于建設(shè)成本及運(yùn)營養(yǎng)護(hù)成本較高，不適宜大規(guī)模采用。

通過綜合比選，在城市交通繁忙區(qū)域，考慮交通、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性等多方面因素，建議城市高架橋梁梁體結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁。部分跨路口節(jié)點(diǎn)可根據(jù)場地條件，采用組合梁或變高現(xiàn)澆大箱梁等梁型。

2 小箱梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑比選

標(biāo)準(zhǔn)段跨徑的合理選擇是橋梁設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素。合理的跨徑布置應(yīng)使橋梁梁高能同時(shí)兼顧橫向?qū)挾扰c縱向跨度。對(duì)此，在結(jié)合美觀、經(jīng)濟(jì)，并且滿足建設(shè)進(jìn)度的原則前提下，在確定了小箱梁梁結(jié)構(gòu)為推薦方案后，以25.0 m 標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)掚p向6 車道為例，對(duì)25 m、30 m、35 m 跨徑的單跨高架結(jié)構(gòu)工程量進(jìn)行比較，結(jié)果如表2 所列。

表2 簡支小箱梁不同跨徑方案綜合比選表

從跨高比和跨徑與橋?qū)挼谋壤矫妫?5 m 跨徑橋下視覺效果較優(yōu)，但3 種跨徑方案在行車視線范圍內(nèi)橋墩個(gè)數(shù)相差不大，行車視角效果無明顯差別。從工程造價(jià)方面看，雖30 m 跨徑與35 m跨徑經(jīng)濟(jì)性基本相當(dāng)，而25 m 跨徑因跨越能力稍差，跨徑布置適應(yīng)能力差，一般較少作為標(biāo)準(zhǔn)跨徑大規(guī)模使用。

根據(jù)以往城市高架橋梁已建工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)制小箱梁跨徑從30～35 m 都 是合理可行的。其中30 m 跨徑梁高、吊裝、運(yùn)輸體量要求相對(duì)較低。特別的是，當(dāng)下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制拼裝的施工方法時(shí)，相比35 m 跨徑的高架結(jié)構(gòu)，30 m 跨徑的立柱、蓋梁重量適中，更便于運(yùn)輸和吊裝。

竹韻在宿舍區(qū)外的一家米粉店打了兩份米粉，還在龍斌碗里加了只熟雞蛋?；貋淼轿堇飼r(shí)，龍斌已經(jīng)醒來了。竹韻把米粉放到客廳的餐桌上，侍候龍斌洗漱完開始吃早餐。

綜上所述，如工程全線采用上下部全預(yù)制拼裝工藝，跨徑以30 m 作為標(biāo)準(zhǔn)跨徑為宜；如下部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆工藝，30 m 和35 m 可根據(jù)現(xiàn)場條件選取。

3 小箱梁結(jié)構(gòu)體系比選

預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)方案可采用先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)簡支橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)。

3.1 先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)

目前簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)在由簡支轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)時(shí)，按照連接方式的不同可以分為兩類。第一類是使用張拉預(yù)應(yīng)力短束來進(jìn)行連接，該方案采用預(yù)應(yīng)力，能使結(jié)構(gòu)具有更好的耐久性。第二類是使用普通鋼筋來進(jìn)行連接，該方法施工方便，施工時(shí)間也比較短。兩種方法均滿足規(guī)范需求，也各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際工程中也均有成功先例。

在負(fù)彎矩區(qū)主要采用預(yù)應(yīng)力連接方式時(shí)，簡支變連續(xù)還有以下兩種做法：橋墩設(shè)蓋梁方式及橋墩無蓋梁方式。

3.1.1 橋墩設(shè)蓋梁方式

即先施工各個(gè)墩位立柱頂?shù)纳w梁，架設(shè)完小箱梁后，現(xiàn)澆蓋梁上預(yù)制小箱梁間的負(fù)彎矩段混凝土，形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。

3.1.2 橋墩無蓋梁方式

無蓋梁架設(shè)小箱梁方式是通過相關(guān)施工措施先臨時(shí)支撐簡支狀態(tài)下的小箱梁，待相鄰兩孔預(yù)制混凝土小箱梁之間和伸縮縫處簡支端處現(xiàn)澆整體中橫梁和端橫梁混凝土，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，張拉縱向負(fù)彎矩的預(yù)應(yīng)力短束。落架后，使中橫梁、端橫梁支撐在各自對(duì)應(yīng)的立柱頂支座上。

目前國內(nèi)以采用蓋梁形式居多，施工更加便捷快速。

3.2 結(jié)構(gòu)簡支、橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)簡支、橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)，在將工廠預(yù)制的小箱梁運(yùn)達(dá)現(xiàn)場后，直接架設(shè)在橋墩蓋梁上，3～4 孔作為一聯(lián)設(shè)伸縮縫，其余位置通過混凝土找平層做橋面連續(xù)構(gòu)造。對(duì)橋面變寬段可通過濕接縫調(diào)整及調(diào)整梁數(shù)，適應(yīng)性較好，在預(yù)制拼裝工程中給施工帶來的方便性深受國內(nèi)外施工專家的推崇。

3.3 小箱梁兩種結(jié)構(gòu)方案的比較

結(jié)構(gòu)簡支、橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)：造價(jià)較低、施工較為簡便，橋?qū)捵儗掃m應(yīng)型號(hào)，可選擇倒T 蓋梁，進(jìn)一步減小蓋梁外露高度，提高景觀效果。但在橋面連續(xù)處采用連續(xù)縫構(gòu)造，施工不當(dāng)易出現(xiàn)病害。

先簡支、后連續(xù)結(jié)構(gòu)：耐久性較好，但造價(jià)較高、施工較為復(fù)雜，對(duì)變寬適用性差。必須采用平頭蓋梁，對(duì)于主線高架導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)高度過高，對(duì)景觀效果及道路線形有一定影響。

通過上述比較，兩種結(jié)構(gòu)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，都有其適用的條件。結(jié)合城市高架建設(shè)特點(diǎn)，由于限制條件多，地面交通繁忙，工期較緊，推薦采用結(jié)構(gòu)簡支、橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)。

4 下部結(jié)構(gòu)施工方案比選

在下部結(jié)構(gòu)施工中，樁基的施工方式由樁基的形式?jīng)Q定，承臺(tái)采用模板現(xiàn)澆施工。

橋墩和蓋梁的施工方法主要分為現(xiàn)場澆筑施工和預(yù)制拼裝施工，其比選如表3 所列。

墩柱預(yù)制拼裝技術(shù)是我國裝配式混凝土構(gòu)件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新型施工方向，具有成品質(zhì)量高、施工速度快，施工對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)；且同時(shí)，也有施工精細(xì)化、機(jī)械化程度高、施工專業(yè)性強(qiáng)等特點(diǎn)[3]。為提高快速路的建設(shè)質(zhì)量，最大程度地減小工程建設(shè)對(duì)城市交通及居民生活的影響，針對(duì)在環(huán)保要求高、施工工期緊的項(xiàng)目可以優(yōu)先考慮采用下部結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝。對(duì)于運(yùn)輸、吊裝條件受限，施工對(duì)周邊交通影響小的區(qū)段，從經(jīng)濟(jì)性等角度考慮，可選擇采用下部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆施工。

表3 下部結(jié)構(gòu)施工綜合比較表

5 結(jié) 語

遵循安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、美觀的設(shè)計(jì)原則，綜合考慮城市中的施工限制和交通組織等因素，比選了城市高架橋梁梁體、跨徑、結(jié)構(gòu)體系及施工方案，可歸結(jié)以下幾點(diǎn)：

（1）上部標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可優(yōu)先考慮預(yù)制小箱梁，跨路口節(jié)點(diǎn)橋梁可根據(jù)場地條件選擇組合梁或現(xiàn)澆連續(xù)梁。

（2）標(biāo)準(zhǔn)跨徑如采用上下部全預(yù)制拼裝，擬取30 m 為宜；下部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆施工時(shí)，可根據(jù)場地運(yùn)輸條件綜合確定，選擇30 m 或35 m。

（3）城市高架快速路曲線及變寬比例相對(duì)較高，宜采用簡支體系，且施工工藝簡單、速度快；采用倒T 蓋梁可進(jìn)一步提高景觀效果。

（4）市區(qū)重要道路改擴(kuò)建，交通壓力大，環(huán)保要求高，可優(yōu)先采用上下部全預(yù)制拼裝施工工藝。對(duì)于運(yùn)輸條件、吊裝條件受限的情況，應(yīng)酌情綜合考慮。