公路快速化改造主線高架橋選型分析

張 煒

(江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 背景

近年來，很多地區(qū)，特別是經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)開始對(duì)干線公路，特別是通道型干線公路進(jìn)行快速化改造。公路快速化改造一般有地平式、高架式、隧道式等改造形式。受到城市規(guī)模擴(kuò)張的影響，原先處于城市外圍的干線公路也逐漸被城市建成區(qū)覆蓋，這就導(dǎo)致了公路快速化改造時(shí)不得不考慮采用占地規(guī)模小、對(duì)周邊地塊影響小，同時(shí)造價(jià)也相對(duì)適中的方案，相比較而言，一般來說高架式改造方案更適合處于城區(qū)范圍內(nèi)的干線公路快速化改造項(xiàng)目。

高架式改造方案由高架主線系統(tǒng)和地面輔道系統(tǒng)構(gòu)成，主線高架橋是該類項(xiàng)目的主體工程，其選型對(duì)于整個(gè)改造項(xiàng)目的重要性是不言而喻的，有必要進(jìn)行充分的研究分析。

2 總體設(shè)計(jì)原則

干線公路和穿越城區(qū)，這兩個(gè)主要特性決定了設(shè)計(jì)方案必須在安全、適用的基礎(chǔ)上充分考慮結(jié)構(gòu)的耐久性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性。

該類項(xiàng)目具有橋梁總體規(guī)模大、重要橋梁節(jié)點(diǎn)多及地面交通組織復(fù)雜等特點(diǎn)，實(shí)施方案的合理性與適用性是考慮的重點(diǎn)。應(yīng)抓住項(xiàng)目的主要控制節(jié)點(diǎn)，對(duì)重要節(jié)點(diǎn)方案進(jìn)行充分論證，本著標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化的設(shè)計(jì)理念合理布置橋梁。結(jié)合近年來國內(nèi)快速路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，充分比選橋型結(jié)構(gòu)類型與施工工藝，切實(shí)做到橋梁結(jié)構(gòu)選型的因地制宜。施工期間保通也是必須要考慮的，雖可通過周邊路網(wǎng)進(jìn)行交通引導(dǎo)分流，但干線公路貫通的交通需求仍然會(huì)比較迫切，優(yōu)先選擇快速化建造技術(shù)。

3 高架橋結(jié)構(gòu)選型分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)段橋梁結(jié)構(gòu)選型

3.1.1結(jié)構(gòu)總體選型

梁式橋按施工工藝可分為裝配式結(jié)構(gòu)與支架現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)兩種，國內(nèi)目前在高架橋標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)中主要采用的有預(yù)應(yīng)力混凝土空心板、預(yù)應(yīng)力混凝土T梁、預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁、鋼混疊合梁、預(yù)制節(jié)段拼裝箱梁、現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。而造價(jià)較高的鋼箱梁很少運(yùn)用在標(biāo)準(zhǔn)段，同時(shí)出于對(duì)橋梁景觀效果與結(jié)構(gòu)整體性能的考量，近年來高架橋建設(shè)中已較少采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁與預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。因此總體結(jié)構(gòu)比選不再考慮此三種型式，而對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁、鋼混疊合梁、預(yù)制節(jié)段拼裝箱梁和現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁進(jìn)一步進(jìn)行方案比選。

組合箱梁為梁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制結(jié)構(gòu)，具有截面剛度大，吊裝重量適宜，工程進(jìn)度快，施工期間對(duì)交通干擾小，施工難度小且對(duì)環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)；在安全、適用的基礎(chǔ)上滿足結(jié)構(gòu)的耐久性、環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性要求；符合快速化建造需求。

鋼混疊合梁用鋼量比鋼箱梁少，工廠化和機(jī)械化程度高，吊裝重量輕，對(duì)交通的干擾和對(duì)環(huán)境的影響小。結(jié)構(gòu)自重輕，有利于減少下部結(jié)構(gòu)規(guī)模。鋼混疊合梁施工難度較大，景觀效果一般，后期維護(hù)量較大，總體經(jīng)濟(jì)性較差。

預(yù)制節(jié)段大箱梁采用工廠預(yù)制、架橋機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工方法，雖具有造型美觀，低碳環(huán)保，施工時(shí)對(duì)地面交通和周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，但整體受力性能較現(xiàn)澆梁差；施工工藝復(fù)雜，難度大；各跨的總體重量大，對(duì)吊裝設(shè)備要求高，前期預(yù)制工廠投入較大(考慮預(yù)制場(chǎng)地建設(shè)、運(yùn)輸設(shè)備、架梁設(shè)備的投入)；對(duì)高架橋變寬段適應(yīng)性較差，造價(jià)相對(duì)較高。

現(xiàn)澆混凝土箱梁外形美觀，結(jié)構(gòu)整體受力性能好、抗彎抗扭剛度大，跨越能力強(qiáng)。該種結(jié)構(gòu)一般采用滿堂支架澆筑，施工便捷且難度低，但施工工期長，施工時(shí)對(duì)交通與環(huán)境影響大，造價(jià)比組合箱梁高。

以某國道快速化改造為例，該項(xiàng)目主線采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，高架橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬度為33 m，標(biāo)準(zhǔn)跨徑采用30 m，其結(jié)構(gòu)選型經(jīng)濟(jì)比較見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)比選表(30 m跨徑)

綜上，公路快速化改造主線高架橋標(biāo)準(zhǔn)段采用快速化建造的預(yù)制拼裝施工工藝的組合箱梁較為合適，標(biāo)準(zhǔn)跨徑一般采用30 m。

3.1.2預(yù)制組合箱梁細(xì)分選型

預(yù)制組合箱梁除較常規(guī)的窄箱隱蓋梁方案外，近年來也出現(xiàn)了景觀效果較好的寬箱隱橫梁方案，針對(duì)兩種箱梁，仍然以橋梁總寬33 m，選取30 m跨徑進(jìn)行比選，窄箱斷面共設(shè)10片箱梁，梁高1.6 m，箱梁中心距3.3 m，濕接縫寬度0.9 m。寬箱斷面共設(shè)8片箱梁，梁高1.8 m，箱梁中心距4.1 m，濕接縫寬度0.8 m。比選結(jié)果見表2。

表2 組合箱梁比選表

綜上，除對(duì)橋梁外觀有特別要求的項(xiàng)目外，一般推薦標(biāo)準(zhǔn)段采用窄體組合箱梁方案。

3.2 跨路口段橋梁結(jié)構(gòu)選型

3.2.1結(jié)構(gòu)總體選型

一般來說主要交叉口跨線橋跨徑在40 m～60 m之間，需采用大跨橋梁結(jié)構(gòu)。在保證橋下視距的前提下，原則上采用橋梁正交布置方案，以減少結(jié)構(gòu)類型，改善結(jié)構(gòu)受力。結(jié)合項(xiàng)目類型特點(diǎn)，選擇預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁、鋼混疊合梁和鋼箱梁三種常用橋型方案進(jìn)行比選。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁受力性能良好、跨越能力強(qiáng)，外形美觀簡潔。但需滿堂支架現(xiàn)澆施工，對(duì)現(xiàn)狀交通影響大，不太適合此項(xiàng)目類型。

鋼混疊合梁雖在標(biāo)準(zhǔn)段選型無優(yōu)勢(shì)，但其通過充分發(fā)揮鋼和混凝土各自的材料特性，結(jié)構(gòu)輕、橋面耐久性好的特點(diǎn)，對(duì)于工期緊張、不能中斷交通且要求以較大跨徑一孔跨越時(shí)，具有突出的優(yōu)勢(shì)。

連續(xù)鋼箱梁抗扭性能好，施工速度快，對(duì)交通的影響小，景觀效果好，但造價(jià)較高，后期維護(hù)量也較大。

同樣以橋梁總寬33 m，選取50 m跨徑進(jìn)行比選，其結(jié)構(gòu)選型經(jīng)濟(jì)比較見表3。

表3 跨路口段結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)比選表(50 m跨徑)

綜上，考慮對(duì)道路交通影響、結(jié)構(gòu)跨越能力、景觀性等影響，公路快速化改造主線高架橋跨路口段當(dāng)跨徑大于50 m時(shí)采用連續(xù)鋼箱梁方案；跨徑L在30 m

3.2.2連續(xù)鋼箱梁細(xì)分選型

連續(xù)鋼箱梁的常規(guī)橫斷面結(jié)構(gòu)形式有：1)單箱單室箱斷面，用于寬度與跨徑之比較小的橋梁；2)雙箱單室箱斷面，是鋼箱梁中采用最多結(jié)構(gòu)形式；3)具有3個(gè)以上腹板的單箱多室箱梁；4)多箱單室結(jié)構(gòu)形式，主要用于橋?qū)捿^大的橋梁。

根據(jù)本次分析的項(xiàng)目類型的橫斷面寬度范圍，選取單箱多室和多箱單室進(jìn)行細(xì)分選型比選，其結(jié)果見表4。

表4 連續(xù)鋼箱梁比選表

綜上，此類項(xiàng)目的連續(xù)鋼箱梁采用單箱多室斷面結(jié)構(gòu)較為合適。

3.2.3鋼混疊合梁細(xì)分選型

鋼混疊合梁跨徑較大，采用多鋼主梁形式，方便運(yùn)輸及吊裝，一般采用小箱槽形梁，外形與高架橋標(biāo)準(zhǔn)段預(yù)制組合箱梁基本一致，較為協(xié)調(diào)。但現(xiàn)澆混凝土橋面板施工時(shí)模板搭設(shè)困難，施工周期較長，且施工用耳板影響外觀。針對(duì)解決此問題的兩種方案，進(jìn)行細(xì)分選型比選。

方案一，鋼箱梁頂板間焊接10 mm鋼板，作為混凝土橋面板現(xiàn)澆施工模板，設(shè)置加勁肋保證模板剛度。進(jìn)一步提高了抗扭慣性矩，保證施工過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

方案二，橋面板采用分塊預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)澆筑濕接頭形成整體橋面板，進(jìn)一步減少了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)量。但橋面板橫向受力模式為多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，濕接縫橫向受拉，對(duì)裂縫控制和耐久性控制較為不利。

綜上，考慮到橋面板結(jié)構(gòu)耐久性，鋼混疊合梁選用橋面板現(xiàn)澆施工的結(jié)構(gòu)形式較為合適。

4 結(jié)語

隨著我國城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市內(nèi)部和城市間的交通需求日益增長，同時(shí)對(duì)于通行效率的要求也越來越高，干線公路的快速化改造是應(yīng)對(duì)這種迫切需求最直接也是最有效的解決策略。對(duì)于干線公路快速化改造最普遍的高架式改造方案進(jìn)行研究有著積極的意義和價(jià)值，該文基于我國工程建設(shè)實(shí)際對(duì)此類型項(xiàng)目中的主線高架橋選型進(jìn)行了較為詳實(shí)分析和總結(jié)，為今后高架式干線公路快速化改造項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供了參考。