城市內(nèi)橋梁下部結(jié)構(gòu)比選分析

文/孫明明

1 項(xiàng)目概況

重慶市區(qū)的有軌電車(chē)工程線路起點(diǎn)位于高鐵站站前廣場(chǎng)，終點(diǎn)位于地鐵終點(diǎn)站，線路正線全長(zhǎng)15.4km，車(chē)站15 座，且均為高架車(chē)站，同時(shí)設(shè)綜合車(chē)場(chǎng)1 座。線路主要沿虎峰大道南側(cè)綠化帶、黛山大道東側(cè)綠化帶、六旗大道南側(cè)綠化帶架設(shè)。在線路跨越道路位置，地下管線較為密集且分布不規(guī)則，全線下部結(jié)構(gòu)均布置在城市綠化帶中，地方政府要求保障結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)性前提下，應(yīng)與沿線綠化、慢行系統(tǒng)相結(jié)合，提升城市整體形象。

2 下部結(jié)構(gòu)比選原則

高架橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)按照適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)作為城市建筑物，其建筑形式應(yīng)充分考慮城市景觀的要求。

高架橋梁的墩位布置應(yīng)符合城市規(guī)劃要求，并考慮水文、地形、地質(zhì)、周?chē)坝^等條件以及對(duì)沿線道路交通、鄰近建筑、地下管線及構(gòu)筑物等影響?？缭借F路、道路時(shí)，橋下凈空應(yīng)滿(mǎn)足鐵路、道路限界要求，并預(yù)留結(jié)構(gòu)沉降量；跨越排洪河流時(shí)，應(yīng)根據(jù)跨越河床的梁橋長(zhǎng)度按《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64-2015）確定設(shè)計(jì)洪水頻率；跨越通航河流時(shí)，其橋下凈空應(yīng)根據(jù)航道等級(jí)，滿(mǎn)足《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》（GB50139-2014）的要求。

受建筑物或地形控制地段的橋梁（如大跨、高墩段）應(yīng)考慮施工方法及周?chē)h(huán)境等因素進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較，選擇適宜的橋梁結(jié)構(gòu)方案。

墩、梁的設(shè)計(jì)要充分考慮各種影響因素，確保梁體線形高精度吻合線路平縱斷面的線形，在曲線地段梁頂面設(shè)置超高，保證列車(chē)安全、平穩(wěn)、快速運(yùn)行。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足抗震設(shè)計(jì)要求，并采取必要的構(gòu)造措施滿(mǎn)足防水、防銹、防火處理和檢查養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)等要求，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)防腐年限不應(yīng)小于20年[1]。

橋墩外形設(shè)計(jì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，盡量減少截面尺寸的類(lèi)型。

涉水橋墩宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3 下部結(jié)構(gòu)-橋墩比選方案技術(shù)分析

墩臺(tái)基礎(chǔ)除應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性、避免在荷載作用下的過(guò)大位移外，其造型還應(yīng)能使上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致，輕巧美觀，與城市環(huán)境和諧、勻稱(chēng)。在墩柱選型上，一般采用梁部型式；此外，其受地形、地貌、交通等條件限制，又與城市建筑及環(huán)境密切相關(guān)。因此，確定墩型應(yīng)遵循安全耐久的原則，并滿(mǎn)足交通需要、造價(jià)低、維修養(yǎng)護(hù)少、施工方便、工期短、與城市環(huán)境和諧的功能要求。橋墩位置和形狀要盡量多透空、少占地。對(duì)全線高架橋，宜減少橋墩類(lèi)型。橋墩類(lèi)型通常有T 型墩、Y 型墩、花瓶墩等基本型式；墩柱斷面主要有矩形、圓形。由于本工程線路多次跨越道路、河道，對(duì)橋墩的外形要求較高。因此，本階段對(duì)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)受力及剛度要求的幾種橋墩造型進(jìn)行了比較，以下主要介紹幾種橋墩造型方案及其特點(diǎn)[2]。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)T 型墩（左）、標(biāo)準(zhǔn)T 型鋼管墩（中）和標(biāo)準(zhǔn)Y型墩（右）

3.1 方案一：T 型墩(混凝土結(jié)構(gòu))

T 型墩方案墩柱采用圓形截面，蓋梁下緣和墩柱成85°夾角。由于有蓋梁，一般在滿(mǎn)足梁部支承需要的前提下，可以減少墩柱的尺寸，節(jié)約圬工，減輕墩身重量。另外，由于本工程主要采用島式車(chē)站，車(chē)站前后喇叭口線間距8.1m；線間距變化頻繁，采用T 型墩，適應(yīng)性強(qiáng)。本線主要沿路側(cè)敷設(shè)，具備搭設(shè)支架的條件，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維護(hù)簡(jiǎn)單，選取本方案對(duì)造價(jià)、環(huán)境、景觀的適應(yīng)性較好。

3.2 方案二：T 型墩(鋼結(jié)構(gòu))

墩柱外形和方案一一致，采用鋼管混凝土墩柱，鋼蓋梁。在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工，現(xiàn)場(chǎng)圬工量較小，施工周期短；但本方案柱腳若采用埋入式，開(kāi)挖量較大；若采用端承式，則對(duì)施工精度要求高施工難度較大。因此，選取本方案對(duì)環(huán)境、景觀的適應(yīng)性較好，但造價(jià)高，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大。

3.3 方案三：Y 型墩(鋼結(jié)構(gòu))

Y 型墩方案，墩柱采用雙圓墩，頂部分叉和蓋梁連接。Y 型墩側(cè)面整體效果圓潤(rùn)通透、正面整體較寬，且施工較復(fù)雜。由于本工程線路大部分為路側(cè)走向，且墩高較低，對(duì)于線間距較大的情況，墩柱類(lèi)型過(guò)多，影響工期[3]。

標(biāo)準(zhǔn)梁類(lèi)型制作工藝安裝方法材料組成優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)T 型墩（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）現(xiàn)場(chǎng)澆筑現(xiàn)場(chǎng)支模，澆筑混凝土，并張拉蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束鋼筋、混凝土1.墩柱橫向尺寸小，預(yù)應(yīng)力蓋梁更適應(yīng)線間距頻繁變化。2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)低。3.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性好，運(yùn)營(yíng)期間維護(hù)工作量小。4.路側(cè)施工對(duì)道路無(wú)影響。1.工期較長(zhǎng)2.現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土對(duì)環(huán)境有較大影響T 型鋼管墩（鋼結(jié)構(gòu)）梁場(chǎng)預(yù)制汽車(chē)吊架設(shè)鋼管，現(xiàn)場(chǎng)澆筑基礎(chǔ)連接處混凝土以及鋼管鋼管、鋼筋、管內(nèi)混凝土1.墩柱橫向尺寸小，蓋梁更適應(yīng)線間距頻繁變化。2.梁場(chǎng)預(yù)制墩柱鋼結(jié)構(gòu)可和現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)施工同時(shí)進(jìn)行，縮短工期。3.施工期間對(duì)環(huán)境影響小。1.鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)高2.運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜Y 型鋼管墩（鋼結(jié)構(gòu)）梁場(chǎng)預(yù)制汽車(chē)吊架設(shè)鋼管，現(xiàn)場(chǎng)澆筑基礎(chǔ)連接處混凝土以及鋼管鋼管、鋼筋管內(nèi)混凝土1.橋墩側(cè)向尺寸較小。2.梁場(chǎng)預(yù)制墩柱鋼結(jié)構(gòu)可與現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)施工同時(shí)進(jìn)行，縮短工期。3.施工期間對(duì)環(huán)境影響小。1.鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)高。2.橋墩橫向尺寸大，且墩頂擴(kuò)大可達(dá)到3.5m，適用于墩高大于10m的線路，而本線墩高多數(shù)小于10m，因此景觀較差。

4 下部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)比選方案技術(shù)分析

根據(jù)對(duì)勘察資料的分析與整理，該場(chǎng)地平場(chǎng)后地層由上而下依次為：第四系全新統(tǒng)人工填土層；殘坡積層(Q el+dl)；沖洪積層(Q al+pl)；基巖為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)沉積巖層(砂巖、粉砂質(zhì)泥巖)。擬建重慶市璧山區(qū)膠輪有軌電車(chē)工程巖土工程地基持力層，建議選擇中等風(fēng)化砂巖或粉砂質(zhì)泥巖，基礎(chǔ)型式建議采用樁基礎(chǔ)。

目前用于橋梁的基礎(chǔ)形式主要有鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、鋼筋混凝土預(yù)制樁等，其中鋼筋混凝土預(yù)制樁的承載力低、沉降大，而H 型鋼樁（工字樁）價(jià)格高，因此這兩種基礎(chǔ)用在本項(xiàng)目?jī)?nèi)并不適用。因此，下文僅就鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁從價(jià)格、承載力、工程進(jìn)度、工作面積等方面進(jìn)行詳細(xì)的比較。

4.1 方案一：鉆孔灌注樁

軌道交通常用直徑在1m～1.5m 之間，可隨巖層深度變化而調(diào)整其長(zhǎng)度。由于其樁側(cè)摩阻力和樁端阻力共同承擔(dān)荷載，故該類(lèi)型樁承載力較大。另外，豎向變形量較小，比較符合軌道交通工程設(shè)計(jì)的要求；機(jī)械施工技術(shù)成熟，施工較安全。此外，對(duì)于鉆孔灌注樁，一般的施工單位均可提供足夠的機(jī)械及成熟的技術(shù)進(jìn)行施工，因此造價(jià)較便宜。

4.2 方案二：混凝土管樁

直徑在0.5m～0.8m 之間，可行深度為50m，樁身承載力主要依靠樁側(cè)摩阻力承擔(dān)，承載力較鉆孔灌注樁和人工挖孔樁低，一般約為前述兩種樁承載力的1/5。若遇到巖層面較淺的地段，由于樁身長(zhǎng)度受到限制，單樁承載力將更小。另外，由于高架橋荷載較大，為滿(mǎn)足承載力要求，勢(shì)必增加每個(gè)橋墩下混凝土管樁的數(shù)量，同時(shí)增大承臺(tái)的面積，從而導(dǎo)致造價(jià)增加。此外，地基條件好的墩柱，可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合本線特點(diǎn)，T 型墩（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）方案在景觀、對(duì)線路的適應(yīng)性具有明顯優(yōu)勢(shì)，混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)低、耐久性好、維護(hù)簡(jiǎn)單。墩高在工業(yè)區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)保障梁底凈空不小于5.5m，非工業(yè)區(qū)范圍內(nèi)保障梁底凈空不小于4.5m，該高度能夠很好地將線路隱藏于綠化帶中，形成若隱若現(xiàn)視覺(jué)，與城市景觀融為一體，符合地方政府對(duì)于景觀要求。經(jīng)過(guò)多方比較和論證推薦采用鋼筋混凝土T 型墩作為本線標(biāo)準(zhǔn)墩，另外基礎(chǔ)比選從施工進(jìn)度、工作面積等方面比較兩種樁型差別不大，從造價(jià)方面考慮鉆孔灌注樁的單位承載力造價(jià)較混凝土預(yù)制樁便宜。因此，高架橋基礎(chǔ)類(lèi)型建議采用鉆孔灌注樁，基巖較淺且地基條件好的墩柱可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。