新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選研究

王華偉，趙志彥

（浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，杭州 310000）

1 引言

新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選在施工期間是項(xiàng)目單位關(guān)注的重點(diǎn)，要求在施工過(guò)程中，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與成本進(jìn)行控制，并得出最優(yōu)方案。

2 工程概述

某項(xiàng)目位于我國(guó)平原區(qū)，區(qū)域內(nèi)水系發(fā)達(dá)，常規(guī)橋梁的橋型要從安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀等方面予以確定。施工遵循標(biāo)準(zhǔn)化施工，并結(jié)合現(xiàn)代化手段與技術(shù)采取統(tǒng)一作業(yè)。為降低新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)的施工成本，節(jié)省工程造價(jià)，需要做好新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選，選擇合適的方案。

3 新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選

3.1 上部結(jié)構(gòu)形式比選

跨徑小于20 m 的橋型常使用1.24 m 寬幅大鉸縫空心板結(jié)構(gòu)。近些年，在橋梁事業(yè)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了新的梁型，如矮T 梁。矮T 梁有傳統(tǒng)T 梁的特點(diǎn)，但梁高較低。在本項(xiàng)目中，空心板的跨徑確定為10～16 m，使施工更加簡(jiǎn)單便捷，且吊裝重量較輕。但也發(fā)現(xiàn)連接鉸縫在空心板橫向較多，鉸縫連接難以向更大跨徑發(fā)展，結(jié)構(gòu)受力薄弱等問(wèn)題。近些年，空心板的使用開始受到限制，在凈空高度符合要求的基礎(chǔ)上，需采用T梁、小箱梁。而空心板的應(yīng)用條件只局限于凈空高度受限、交通量較小等情況。因此，為強(qiáng)化空心板梁的鉸縫設(shè)計(jì)，應(yīng)選擇大鉸縫形式[1]。

在新建常規(guī)長(zhǎng)橋項(xiàng)目中，T 梁、小箱梁成為首選。選擇T梁、小箱梁時(shí)，可通過(guò)結(jié)構(gòu)性能、跨徑適用性等各項(xiàng)性能的比較予以確定。

從使用結(jié)果看，T 形梁和小箱梁各有優(yōu)缺點(diǎn)，但綜合評(píng)價(jià)而言，小箱梁在跨中增加橫隔板后，抗扭剛度明顯提升，同時(shí)建筑高度低，且造價(jià)較低，適用于平原水網(wǎng)區(qū)。T 形梁與小箱梁相比，結(jié)構(gòu)受力明確，耐久性好，但整體造價(jià)較高，適用于在山區(qū)進(jìn)行運(yùn)輸和吊裝?？紤]到本項(xiàng)目位于平原水網(wǎng)區(qū)，受建筑高度限制，采用小箱梁可以明顯縮短橋長(zhǎng)，因此，推薦采用小箱梁。小箱梁在項(xiàng)目實(shí)施期間，工藝流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，具體為：制造預(yù)制梁→安裝支座→安裝預(yù)制梁→布置橋板面→布置橫梁鋼筋→鋪設(shè)層現(xiàn)澆混凝土。

3.2 跨徑比選

20～40 m 是小箱梁的常用跨徑，對(duì)于20 m 跨徑不予考慮，主要是因?yàn)榭缭侥芰π?，墩柱較多，所以不進(jìn)行比較。本文對(duì)4 種跨徑進(jìn)行比較，分別為25 m、30 m、35 m 和40 m。不同的跨徑對(duì)成本的影響差異較大，在滿足質(zhì)量與安全的基礎(chǔ)上，要重視成本控制，降低該項(xiàng)目的工程造價(jià)。

造價(jià)分析時(shí)，對(duì)25 m、30 m、35 m 和40 m 跨徑小箱梁的上下部整體造價(jià)進(jìn)行對(duì)比。為確保精確的工程量，減小在計(jì)算過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，橋梁總長(zhǎng)可取4 種跨徑的最小公倍數(shù)4 200 m，25 m 小箱梁配跨、30 m 小箱梁配跨、35 m 小箱梁配跨、40 m 小箱梁配跨分別為168×25 m、140×30 m、120×35 m、105×40 m。在本次結(jié)構(gòu)比選中，墩高都以8 m 進(jìn)行計(jì)算。具體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 不同跨徑小箱梁結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

圖1是4 種跨徑的小箱梁的上、下部結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，結(jié)合表2 不同跨徑小箱梁結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可發(fā)現(xiàn)，在跨徑增加過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)性也會(huì)下降。相比25 m 跨徑，35 m 跨徑的成本增加了6.4%，40 m 跨徑的成本增加9.6%。25 m、30 m 兩種跨徑的經(jīng)濟(jì)性相差不大，相比于25 m 跨徑小箱梁，30 m 跨徑小箱梁的梁板數(shù)量和下部墩柱數(shù)量更少，成本分別減少了20%，因此，綜合分析，梁部結(jié)構(gòu)可選擇30 m 小箱梁。

圖1 不同跨徑小箱梁的上下部經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3.3 下部結(jié)構(gòu)形式比選

常規(guī)橋梁的橋墩下部結(jié)構(gòu)形式較多，可選擇的有柱式墩（雙柱、多柱）、Y 形墩、矩形墩、多邊形墩等。

其中，Y 形墩和花瓶墩的外觀美觀，地面占用面積較少，但在施工期間由于外形比較復(fù)雜，施工周期相對(duì)較長(zhǎng)，且大體積承臺(tái)需求量較多，在開挖基坑期間會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。如果這兩種結(jié)構(gòu)施工位于水中，施工難度會(huì)進(jìn)一步增大，造價(jià)也會(huì)增加。對(duì)于新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)，對(duì)美觀性要求不高，所以，這種結(jié)構(gòu)形式在本項(xiàng)目中不適合采用。

薄壁空心墩使用的條件是橋墩較高、橋墩剛度、穩(wěn)定要求較高。薄壁空心墩具有較大的外形尺寸，截面為閉合箱形結(jié)構(gòu)。在施工期間對(duì)大體積承臺(tái)的需求量較大，在開挖時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。

在橋梁下部結(jié)構(gòu)中，柱式墩（雙柱、三柱等）是最為常見的形式，這種結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期發(fā)展中已形成成熟的工藝，在滑模施工過(guò)程中速度更快，墩柱與樁基礎(chǔ)具有良好的銜接效果，且無(wú)須開挖大體積承臺(tái)，其經(jīng)濟(jì)性更好。本項(xiàng)目墩高不高（未超過(guò)30 m），按照橋墩形式的特征進(jìn)行綜合比較分析，最終決定橋墩形式為三柱式橋墩。

3.3.1 三柱墩、雙柱墩的比較

在本項(xiàng)目中需要先確定橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度，然后對(duì)三柱式、雙柱式墩進(jìn)行最終的選擇。鋼筋混凝土蓋梁屬于三柱式墩的蓋梁，柱徑不大，有3 根樁基，樁長(zhǎng)需以地質(zhì)情況為條件進(jìn)行計(jì)算。大挑臂的預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁為雙柱式墩，具有較大的柱徑，有2 根樁基，需根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況確定樁長(zhǎng)。

本項(xiàng)目以30 m 小箱梁為代表，對(duì)三柱式橋墩和雙柱式橋墩進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)比較，見表2。

表2 半幅單個(gè)三柱墩和雙柱墩的技術(shù)指標(biāo)比較

3.3.2 三柱墩和雙柱墩的綜合性能比較

三柱墩：結(jié)構(gòu)性能方面橫向3 個(gè)支點(diǎn)，挑臂小，正負(fù)彎矩較小，采用鋼筋混凝土蓋梁即可；基礎(chǔ)方面樁數(shù)多，單樁力小，樁長(zhǎng)較短；施工方面墩柱和樁基個(gè)數(shù)略多，蓋梁施工簡(jiǎn)單，施工技術(shù)成熟而簡(jiǎn)單；景觀一般，造價(jià)低，綜合推薦。

雙柱墩：結(jié)構(gòu)性能方面橫向兩個(gè)支點(diǎn)，挑臂大，正負(fù)彎矩大，需采用預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁；基礎(chǔ)方面樁數(shù)少，單樁力大，樁長(zhǎng)較長(zhǎng)。地質(zhì)不良時(shí)樁端可能穿透持力層，導(dǎo)致樁長(zhǎng)很長(zhǎng)；施工方面墩柱和樁基個(gè)數(shù)略少，但蓋梁需要張拉預(yù)應(yīng)力（甚至分批張拉、梁板架設(shè)后才張拉），施工麻煩，技術(shù)要求高。景觀方面柱子略少，橋下通透性好；造價(jià)高。

在該項(xiàng)目中由于所處位置為平原水網(wǎng)，采取常規(guī)結(jié)構(gòu)橋梁，對(duì)景觀的要求不高，但對(duì)于施工難度、工程造價(jià)有更高的要求，為控制成本，可使用傳統(tǒng)的矩形截面蓋梁于常規(guī)橋梁的橋墩上，按照景觀及受力需求對(duì)重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綜合分析。根據(jù)橋位處地質(zhì)條件及橋頭填土高度對(duì)橋臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式予以確定，當(dāng)橋頭填土的高度在4.5~10 m 時(shí)，可分別采取樁柱式橋臺(tái)、座板臺(tái)，單跨臨河橋臺(tái)則采用重力式臺(tái)。

4 結(jié)語(yǔ)

新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選是項(xiàng)目實(shí)施前設(shè)計(jì)人員必須關(guān)注的要點(diǎn)，需要準(zhǔn)確了解不同結(jié)構(gòu)的特性與優(yōu)、缺點(diǎn)，然后選出較優(yōu)方案。新建常規(guī)長(zhǎng)橋施工是一項(xiàng)技術(shù)性、專業(yè)性要求較高的基礎(chǔ)工作，前期方案設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)對(duì)項(xiàng)目施工難易、造價(jià)、外觀等產(chǎn)生較大影響，所以，要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況做好方案設(shè)計(jì)比選，為新建常規(guī)長(zhǎng)橋的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。