高速公路現(xiàn)澆箱梁與預(yù)制T梁的方案對(duì)比研究

姜河　侯紅麗　張雁平

摘要 在高速公路建設(shè)過(guò)程中，現(xiàn)澆箱梁施工與預(yù)制簡(jiǎn)支T梁施工是一項(xiàng)重要內(nèi)容，直接決定著高速公路建設(shè)質(zhì)量。為節(jié)約造價(jià)成本、降低項(xiàng)目施工安全風(fēng)險(xiǎn)，文章以某大橋右幅現(xiàn)澆箱梁及預(yù)制簡(jiǎn)支T梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)為案例，圍繞現(xiàn)澆箱梁施工與預(yù)制簡(jiǎn)支T梁施工的對(duì)比及適用情況展開(kāi)分析。通過(guò)實(shí)踐論證表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的預(yù)制簡(jiǎn)支T梁滿足節(jié)約造價(jià)成本、降低項(xiàng)目施工安全風(fēng)險(xiǎn)的要求。

關(guān)鍵詞 高速公路;預(yù)制T梁;現(xiàn)澆箱梁;方案對(duì)比

中圖分類(lèi)號(hào) U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）11-0166-03

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年全年新改擴(kuò)建高速公路超過(guò)9 000 km，而在高速公路的橋梁架設(shè)過(guò)程中，橋梁結(jié)構(gòu)的合理選擇，關(guān)系著公路建設(shè)造價(jià)、進(jìn)度、管理、橋梁美觀、橋梁養(yǎng)護(hù)維修等綜合內(nèi)容[1]。對(duì)相同的地形地貌，有多種跨徑、多種結(jié)構(gòu)可供選擇[2]，其中預(yù)制T梁與現(xiàn)澆箱梁是最為常見(jiàn)的兩種橋型，凸顯了橋梁在跨越水道、峽谷等地形的重要性。該文通過(guò)實(shí)際工程案例對(duì)現(xiàn)澆箱梁與預(yù)制簡(jiǎn)支T梁的方案對(duì)比應(yīng)用展開(kāi)分析，對(duì)現(xiàn)澆箱梁方案及難點(diǎn)進(jìn)行分析，以及優(yōu)化后預(yù)制T梁設(shè)計(jì)情況介紹。

1 T梁和箱梁橋型選用對(duì)比分析

橋型選擇遵循“安全適用、經(jīng)濟(jì)美觀、環(huán)?！钡脑瓌t。橋孔布設(shè)應(yīng)結(jié)合橋位處的地形、地質(zhì)、施工條件、施工工期及水文計(jì)算結(jié)果等因素綜合確定，橋孔設(shè)計(jì)以中、小跨徑為主，做到技術(shù)合理可行、經(jīng)濟(jì)節(jié)約。對(duì)于山區(qū)高速公路上的常規(guī)橋梁，可對(duì)同一跨徑不同板（梁）形式進(jìn)行比較，擇優(yōu)選擇該跨徑的合理板（梁）結(jié)構(gòu)形式，簡(jiǎn)化該跨徑的不同上部結(jié)構(gòu)，可節(jié)約工作量[1]。

1.1 安全方面

在施工過(guò)程中，應(yīng)考慮前后不同工序?qū)σ研藿?gòu)件的充分保護(hù)以及施工技術(shù)帶來(lái)的不必要安全隱患?？缭胶庸?、沖溝的橋梁，要結(jié)合水文和溝谷變遷分析，進(jìn)一步優(yōu)化墩臺(tái)布設(shè)和基礎(chǔ)形式，核查局部沖刷深度，合理確定基礎(chǔ)埋置深度，保證行洪和橋梁結(jié)構(gòu)安全，確保橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)置安全可靠。箱梁支架系統(tǒng)搭設(shè)施工對(duì)地基的承載力要求較高、風(fēng)險(xiǎn)難度極大，對(duì)于山區(qū)縱橫坡較大的原地面，須沿縱橫坡方向大量開(kāi)挖（石方需爆破）及回填土石方創(chuàng)造支架基礎(chǔ)平面，開(kāi)挖會(huì)導(dǎo)致相鄰樁基裸露，石方爆破對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較大。

1.2 適用方面

對(duì)于橋下縱、橫坡坡度較大的山區(qū)，應(yīng)滿足通行與行洪抗沖刷的要求。T梁在后期的養(yǎng)護(hù)比箱梁更加方便。連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為連續(xù)墩墩頂負(fù)彎矩區(qū)彎矩較大，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系可有效克服該不足。普通混凝土箱梁在板頂易產(chǎn)生裂縫，縮短橋梁使用正常壽命，同時(shí)也應(yīng)考慮橋梁施工過(guò)程征地拆遷及施工便道的占地范圍。

1.3 經(jīng)濟(jì)方面

橋梁的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性通常優(yōu)先考慮施工技術(shù)、施工環(huán)境和橋跨結(jié)構(gòu)類(lèi)型，同時(shí)也應(yīng)綜合考慮橋梁周?chē)匦蔚孛惨约敖?jīng)濟(jì)發(fā)展遠(yuǎn)景。同一座橋梁的初步設(shè)計(jì)一般采用同一種橋跨類(lèi)型，可提高工作效率且質(zhì)量易控制。遇特殊情況時(shí)，邊跨跨路必須采用大跨時(shí)，可根據(jù)標(biāo)段劃分，盡可能采用該標(biāo)段已有的跨徑，如該標(biāo)段沒(méi)有橋梁跨徑種類(lèi)，可考慮采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

1.4 美觀方面

橋型的選擇應(yīng)當(dāng)追求橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)與周邊自然生態(tài)的立體美感，體現(xiàn)出高速建設(shè)與自然景觀的高度契合。

2 工程概況

該文以在建某橋?yàn)槔?，該橋起訖樁?hào)K41+006～K41+

606，全長(zhǎng)600 m，地處山區(qū)，為克服地形高差和上跨地方路而設(shè)，是該標(biāo)段的控制性節(jié)點(diǎn)工程。原設(shè)計(jì)施工圖紙全橋左幅共4聯(lián)：3×40 m+4×40 m+4×40 m+4×40 m;右幅共5聯(lián)：3×40 m+3×40 m+4×20 m+4×40 m+3×40 m;上部結(jié)構(gòu)左幅第1～11孔、右幅第11～17孔采用預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，左幅第11～15孔、右幅第1～6孔采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支，右幅第7～10孔采用現(xiàn)澆箱梁。橋墩樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，右幅第7～10孔圓曲線半徑為2 300 m，設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土等高變寬單箱五室箱梁，梁體寬度由22.989 m漸變至26.517 m，梁高1.4 m，跨徑為4×20 m，結(jié)構(gòu)體系采用連續(xù)體系，梁體采用C40混凝土。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩，墩柱/樁基直徑分別為1.9 m/2.2 m。最低墩（右幅6#-3）身高14.00 m，最高墩（右幅10#-3）身高35.87 m。

橋下及兩側(cè)主要為當(dāng)?shù)氐拈倭稚降?，柑橘?shù)較多，植被茂盛，為柑橘經(jīng)濟(jì)帶保護(hù)區(qū)。地層主要以中風(fēng)化泥灰?guī)r為主，中間層為碎石土，碎石主要成分為中風(fēng)化泥灰?guī)r，表層覆蓋種植土。右幅第7～10孔位于山間斜坡體上，此處溝谷切割深，地勢(shì)高差懸殊大，坡體最高海拔與最低海拔最大高差為107.1 m，橋軸線海拔相對(duì)最大高差78.6 m，原地面橫、縱坡度較大。

對(duì)施工單位進(jìn)行技術(shù)交底時(shí)，施工單位結(jié)合進(jìn)場(chǎng)后的現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)查，提出將該大橋右幅第三聯(lián)的現(xiàn)澆箱梁優(yōu)化為預(yù)制簡(jiǎn)支T梁。鑒于此，該文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)及其難易程度、工期及施工成本、項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行對(duì)比分析，旨在選出更優(yōu)的橋型。

3 橋型選用構(gòu)思

橋梁下部結(jié)構(gòu)形式對(duì)橋梁造價(jià)和橋梁美觀起著重要作用。但現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中，往往存在橋梁下部構(gòu)造形式單一的情況[1]。對(duì)于墩高≤40 m時(shí)采用雙柱矩形墩，應(yīng)注意地質(zhì)、地形條件的影響并進(jìn)行高墩穩(wěn)定性分析。由于該項(xiàng)目原地形起伏較大，地質(zhì)條件較復(fù)雜，且抗震設(shè)防等級(jí)高，故一般采用樁基礎(chǔ)，避免采用體積較大、對(duì)自然破壞嚴(yán)重、抗震性能較差的擴(kuò)大基礎(chǔ)。

一般橋臺(tái)實(shí)際填土高度控制在8 m以內(nèi)，結(jié)合地形、地質(zhì)情況合理選用輕型橋臺(tái)，采用較高填土橋臺(tái)可大幅縮短橋長(zhǎng)，橋臺(tái)填土高度可控制在12 m左右，但橋臺(tái)需做特殊設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。

采取抗震構(gòu)造措施：簡(jiǎn)支蓋梁寬度不小于100+2Lcm（L為跨徑，單位：m）;分聯(lián)長(zhǎng)度一般不超過(guò)5孔一聯(lián)，最大不應(yīng)超過(guò)6孔一聯(lián)，聯(lián)長(zhǎng)控制在150 m以內(nèi)。

墩高H（含蓋梁高度）6 m，不設(shè)置系梁，6≤墩高H（含蓋梁高度）<15 m時(shí)，僅在樁頂設(shè)置一道橫系梁，15≤H（含蓋梁高度）<20 m時(shí)，除樁頂設(shè)置一道橫系梁外，柱間設(shè)置一道橫系梁。橋墩高度超過(guò)6 m時(shí)，樁頂均設(shè)橫系梁，墩高超過(guò)10 m時(shí)，每隔12 m設(shè)墩間橫系梁一道。

4 現(xiàn)澆箱梁方案及難點(diǎn)分析

該大橋右幅7～10跨（第三聯(lián)）位于曲線加寬段，原設(shè)計(jì)按連續(xù)現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì)，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，未配置預(yù)應(yīng)力鋼筋。

箱梁橋面寬從22.99 m變至26.53 m，無(wú)法進(jìn)行移動(dòng)模架施工，一般施工工藝為滿堂支架現(xiàn)澆施工或鋼管支墩式支撐架現(xiàn)澆施工，支架法要求對(duì)地基平整、壓實(shí)，支架頂鋪設(shè)工字鋼主龍骨和方木次龍骨，安裝底模板預(yù)壓后進(jìn)行鋼筋和混凝土施工;鋼管柱支撐架施工，要求對(duì)立柱下地面平整、壓實(shí)，承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，制做混凝土條形基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓，采用鋼板封口鋼管柱，橫向采用槽鋼進(jìn)行連接，搭設(shè)較高時(shí)，橋墩處要進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)，頂部橫向鋪設(shè)貝雷架橫梁，橫梁上設(shè)貝雷架作為縱梁，其上鋪設(shè)木方和底模板后使用沙袋預(yù)壓，預(yù)壓重量為箱梁自重的120%，預(yù)壓完成后進(jìn)行鋼筋和混凝土施工。

兩種施工均對(duì)地基的承載力要求較高，現(xiàn)澆梁支架系統(tǒng)搭設(shè)難度極大，需沿縱橫坡方向大量開(kāi)挖（石方需爆破）及回填土石方創(chuàng)造支架基礎(chǔ)平面，坡面最大橫坡為59%，最大縱坡為40%，所以每孔下需設(shè)2～3臺(tái)階，臺(tái)階立面需設(shè)置擋土墻，支擋防護(hù)工程量大，對(duì)原地貌、生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)大，不利于環(huán)境恢復(fù)，且開(kāi)挖會(huì)導(dǎo)致相鄰樁基裸露，石方爆破對(duì)樁基擾動(dòng)較大，對(duì)樁基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)受力有極大影響;支架搭設(shè)高度約40 m，支架搭設(shè)寬度在25～29 m之間，支架搭設(shè)過(guò)高，容易傾覆，處理后的基礎(chǔ)會(huì)有較大的不均勻沉降，存在極大的安全隱患。

由于橋位處為柑橘經(jīng)濟(jì)帶，除路線紅線征地外，無(wú)法征用臨時(shí)用地，兩側(cè)沒(méi)有材料臨時(shí)堆放場(chǎng)地和機(jī)械設(shè)備的作業(yè)平臺(tái)。在進(jìn)行支架法和支墩法施工時(shí)，機(jī)械作業(yè)和材料堆放需較大場(chǎng)地，要對(duì)橋位相鄰段柑橘農(nóng)耕地進(jìn)行征用，對(duì)山體進(jìn)行較大平整，土石方填挖較大，現(xiàn)澆施工難度極大。

5 優(yōu)化后預(yù)制T梁設(shè)計(jì)情況介紹

該大橋右幅第7孔～第10孔優(yōu)化后，取消現(xiàn)澆箱梁施工，從4×20 m現(xiàn)澆箱梁變更為2×40 m簡(jiǎn)支T梁，同時(shí)取消原設(shè)計(jì)右幅7號(hào)墩和9號(hào)墩的下部工程施工。

T梁的架設(shè)需要大型起吊設(shè)備，架設(shè)包括場(chǎng)地運(yùn)輸和橋墩上安裝兩個(gè)主要工序。T梁先在底座上預(yù)制成型并在施加預(yù)應(yīng)力后，再起吊出坑并運(yùn)往存梁場(chǎng)進(jìn)行斷絲、封錨、壓漿、封端等作業(yè)[2]。預(yù)制梁架設(shè)前，對(duì)運(yùn)梁通道的雜物和影響設(shè)備通行的凈空障礙物進(jìn)行清理、移除，確保運(yùn)梁車(chē)的運(yùn)輸安全。落梁后，及時(shí)完成縱向濕接縫鋼筋的焊接工作，確保T梁的穩(wěn)定。檢查架橋機(jī)、運(yùn)梁車(chē)運(yùn)行狀態(tài)并確保其安全性能良好，其他設(shè)備、工具要配備齊全。預(yù)制梁架設(shè)中，相鄰兩跨梁片差值不得多于2片，運(yùn)梁車(chē)由專(zhuān)人負(fù)責(zé)駕駛，使用中不可隨意操作，防止發(fā)生意外情況。發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，要緊急停車(chē)并及時(shí)處理，將障礙排除后方可繼續(xù)前行。運(yùn)梁車(chē)行駛速度：空車(chē)行駛速度不大于20 km/h，運(yùn)送T梁行駛速度不大于10 km/h，運(yùn)送T梁轉(zhuǎn)彎行駛速度不大于5 km/h。坡道坡度<6%，行駛時(shí)盡量保持車(chē)速平穩(wěn)。T梁吊放于運(yùn)梁車(chē)上之后，應(yīng)及時(shí)將T梁固定好并應(yīng)加強(qiáng)橫向臨時(shí)支撐，采用墩梁固結(jié)時(shí)，需及時(shí)將梁底鋼板和支承梁頂預(yù)埋鋼板焊接（連續(xù)梁橋應(yīng)將梁肋支撐在臨時(shí)支座上），及時(shí)連接橫隔板、翼緣板接縫鋼筋。

優(yōu)化后設(shè)計(jì)上部采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支，連續(xù)處墩頂縱向設(shè)單支座，第7跨～第8跨圓曲線半徑為2 300 m，曲線要素、荷載等級(jí)、橋面凈寬均和原設(shè)計(jì)相同。

第7孔布設(shè)10片T型梁，第8孔布設(shè)11片T型梁，整體通過(guò)調(diào)整主梁的間距及邊梁翼緣板的懸臂長(zhǎng)度對(duì)橋梁整體的線性和寬度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后橋面寬度由22.99 m漸變至26.53 m，保證和原設(shè)計(jì)的橋面寬度相同。

下部結(jié)構(gòu)調(diào)整右幅6#橋墩大里程側(cè)墊石位置，標(biāo)高、結(jié)構(gòu)尺寸不變;7#橋墩（原設(shè)計(jì)8#墩）增加蓋梁，承臺(tái)及樁基標(biāo)高、尺寸不變;8#橋墩（原設(shè)計(jì)10#墩）調(diào)整承臺(tái)尺寸，調(diào)整蓋梁高度和墊石位置，樁基長(zhǎng)度不變。

墩柱或樁基主筋直線伸入蓋梁，樁基伸入承臺(tái)15 cm后再形成喇叭;加密墩柱兩端及樁頂區(qū)箍筋，加密段長(zhǎng)度不小于墩柱或樁基直徑，箍筋一律采用焊接接頭。橋墩蓋梁、臺(tái)帽、肋板、箱梁腹板、橫梁等構(gòu)件的箍筋必須全封閉焊接，并且端頭彎折135°指向構(gòu)件核心，彎鉤端部平直段長(zhǎng)度不應(yīng)小于10倍鋼筋直徑?？招陌宓装逑戮壷翐鯄K頂部的高度不小于25 cm;箱梁底板下緣至擋塊頂部的高度不小于40 cm;梯形擋塊背坡坡率盡量與梁腹板坡率一致，擋塊內(nèi)側(cè)底部應(yīng)設(shè)置一定高度的垂直段，擋塊與梁體之間的水平距離按5 cm控制;擋塊主筋直徑統(tǒng)一要求為25 mm，T梁端橫梁處設(shè)置縱向抗震擋塊。該項(xiàng)目地處于寒冷的大氣環(huán)境中，無(wú)鹽、無(wú)酸，地下水無(wú)腐蝕性，環(huán)境類(lèi)別為Ⅰ類(lèi)，無(wú)須對(duì)結(jié)構(gòu)做特殊防腐設(shè)計(jì)。

支座作為橋梁上部結(jié)構(gòu)的永久和最終支承構(gòu)件，安裝須嚴(yán)格操作，從而保證安裝質(zhì)量。同時(shí)在支座墊石與支座底板做好中心線標(biāo)記，并將永久支座與支座墊石和T梁底部預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接安裝。

6 預(yù)制T梁方案及優(yōu)點(diǎn)分析

橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)選擇多個(gè)方案進(jìn)行綜合比對(duì)分析，對(duì)經(jīng)濟(jì)相當(dāng)?shù)姆桨笐?yīng)進(jìn)行深度技術(shù)比較，最終選出最佳方案[3]。該橋梁施工原計(jì)劃就設(shè)置了T梁預(yù)制場(chǎng)，無(wú)須重新建設(shè)，梁型均為40 m預(yù)制T梁，因此，預(yù)制施工在梁場(chǎng)可以統(tǒng)一進(jìn)行流水作業(yè)施工。施工技術(shù)成熟，風(fēng)險(xiǎn)較低，工作效率提高，質(zhì)量易控制。

6.1 有效縮短工期

支架現(xiàn)澆施工周期約118 d，屬于節(jié)點(diǎn)工程，現(xiàn)澆施工周期長(zhǎng)，對(duì)整個(gè)工期影響較大。下部結(jié)構(gòu)施工與預(yù)制T梁制作可同時(shí)銜接進(jìn)行，下部結(jié)構(gòu)完成施工并滿足架梁條件時(shí)就可以進(jìn)行預(yù)制T梁架設(shè)，梁場(chǎng)預(yù)制本段T梁施工約需20 d，架橋機(jī)架梁及現(xiàn)澆段需要18 d，較支架法施工而言，可有效地縮短工期。

6.2 降低施工成本

橋梁其他孔跨均采用架橋機(jī)架梁，變更后，40 m T型梁可在梁場(chǎng)集中進(jìn)行預(yù)制，使用架橋機(jī)進(jìn)行架設(shè)，機(jī)械化效率高，可減少鋪架設(shè)備的拆、組次數(shù)，有效利用資源，降低施工成本。

6.3 降低項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)

現(xiàn)澆箱梁施工需支架支撐，此處橋墩高度較高，支架整體穩(wěn)定性較低，采用預(yù)制架設(shè)施工可避免搭設(shè)支架或支墩，大大降低項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)。

6.4 保證使用壽命

連續(xù)上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為連續(xù)墩墩頂負(fù)彎矩區(qū)彎矩較大，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系可有效解決該問(wèn)題。普通混凝土箱梁在板頂易產(chǎn)生裂縫，縮短橋梁的使用壽命。變更施工設(shè)計(jì)后，梁體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，橋梁的使用年限、技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)參考原設(shè)計(jì)，不發(fā)生改變，使用性能無(wú)影響。

7 結(jié)語(yǔ)

該工程大橋右幅綜合考慮安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、施工難度等多方面因素，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工技術(shù)更加成熟，后期養(yǎng)護(hù)更加方便，加快了施工進(jìn)度，降低了項(xiàng)目施工安全風(fēng)險(xiǎn)，保證了橋梁使用壽命，節(jié)約了施工成本，減少了建設(shè)投資，有利于周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的保護(hù)。高速公路現(xiàn)澆箱梁與預(yù)制T梁的設(shè)計(jì)方案對(duì)比直接關(guān)系到施工過(guò)程以及竣工后經(jīng)濟(jì)效益和安全性，而當(dāng)下橋梁建設(shè)過(guò)程中，建設(shè)投資大，勘察設(shè)計(jì)周期短，控制性節(jié)點(diǎn)工程的施工進(jìn)度要求高，所以需要設(shè)計(jì)者從長(zhǎng)遠(yuǎn)社會(huì)效益考慮。結(jié)合地形地貌勘察、施工條件、施工工期及水文計(jì)算結(jié)果等因素，經(jīng)過(guò)比對(duì)分析，選取成本低、質(zhì)量好、性能優(yōu)以及技術(shù)合理可行的橋型。

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收稿日期：2022-04-20

作者簡(jiǎn)介：姜河（1980—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：公路工程項(xiàng)目監(jiān)理管理機(jī)制及模式。