探索道路桥梁发展趋势

王晓敏,杨景权

(1.黑龙江省收费公路管理局;2.黑龙江省公路工程监理咨询公司)

1 板式桥

板式桥是公路桥梁中量大、面广的常用桥型,它构造简单、受力明确,可以采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构;可做成实心和空心,就地现浇为适应各种形状的弯、坡、斜桥,因此,一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中,广泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原区高速公路上的中、小跨径桥梁,特别受到欢迎,从而可以减低路堤填土高度,少占耕地和节省土方工程量。

实心板一般用于跨径 13 m以下的板桥。因为板高较矮,挖空量很小,空心折模不便,可做成钢筋混凝土实心板,立模现浇或预制拼装均可。

空心板用于等于或大于 13m跨径,一般采用先张或后张预应力混凝土结构。先张法用钢绞线和冷拔钢丝;后张法可用单根钢绞线、多根钢绞线群锚或扁锚,立模现浇或预制拼装。成孔采用胶囊、折装式模板或一次性成孔材料如预制薄壁混凝土管或其他材料。

钢筋混凝土和预应力混凝土板桥,其发展趋势为:采用高标号混凝土,为了保证使用性能尽可能采用预应力混凝土结构;预应力方式和锚具多样化;预应力钢材一般采用钢绞线。板桥跨径可做到 25m,目前有建成 35～40m跨径的桥梁。在我看来跨径太大,用材料不省,板高矮、刚度小,预应力度偏大,上拱高,预应力度偏小,可能出现下挠;若采用预制安装,横向连接不强,使用时容易出现桥面纵向开裂等问题。由于吊装能力增大,预制空心板幅宽有加大趋势,1.5m左右板宽是合适的。

2 梁式桥

2.1 简支 T型梁桥

T型梁桥在我国公路上修建最多,早在 20世纪 50、60年代,我国就建造了许多T型梁桥,这种桥型对改善我国公路交通起到了重要作用。

T形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了,从 16m到50m跨径,都是采用预制拼装后张法预应力混凝土 T形梁。预应力体系采用钢绞线群锚,在工地预制,吊装架设。其发展趋势为:采用高强、低松弛钢绞线群锚:混凝土标号 40～60号;T形梁的翼缘板加宽,25m是合适的;吊装重量增加;为了减少接缝,改善行车,采用工型梁,现浇梁端横梁湿接头和桥面,在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束,形成比桥面连续更进一步的“准连续”结构。

预应力混凝土T形梁有结构简单,受力明确、节省材料、架设安装方便,跨越能力较大等优点。其最大跨径以不超过50m为宜,再加大跨径不论从受力、构造、经济上都不合理了。大于 50m跨径以选择箱形截面为宜。

目前的预应力混凝土T形梁采用全预应力结构,预应力张拉后上拱偏大,影响桥面线形,带来桥面铺装加厚。为了改善这些缺点,建议预制时在台座上设反拱,反拱值可采用预施应力后裸梁上拱值的 1/2～2/3。

2.2 连续箱形梁桥

箱形截面能适应各种使用条件,特别适合于预应力混凝土连续梁桥、变宽度桥。因为嵌固在箱梁上的悬臂板,其长度可以较大幅度变化,并且腹板间距也能放大;箱梁有较大的抗扭刚度,因此,箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥;箱梁容许有最大细长度;应力值 σg+p较低,重心轴不偏一边,同 T形梁相比徐变变形较小。

箱梁截面有单箱单室、单箱双室(或多室),早期为矩形箱,逐渐发展成斜腰板的梯形箱。

箱梁桥可以是变高度,也可以是等高度。从美观上看,有较大主孔和边孔的三跨箱梁桥,用变高度箱梁是较美观的;多跨桥(三跨以上)用等高箱梁具有较好的外观效果。

随着交通量的快速增长,车速提高,人们出行希望有快速、舒适的交通条件,预应力混凝土连续箱梁桥能适应这一需要。它具有桥面接缝少、梁高小、刚度大、整体性强,外形美观,便于养护等。

3 钢筋混凝土拱桥

我国公路上修建拱桥数量最多。石拱桥由于自重大,原料加工费时费工,大跨石拱桥修建少了。山区道路上的中、小桥涵,因地制宜,采用石拱桥(涵)还是合适的。大跨径拱桥多采用钢筋混凝土箱拱、劲性骨架拱和钢管混凝土拱。

钢筋混凝土拱桥的跨径,一直落后于国外,主要原因是受施工方法的限制。我国桥梁工作者都一直在探索,寻求安全、经济、适用的方法。根据近年的实践,常用的拱桥施工方法有:(1)主支架现浇;(2)预制梁段缆索吊装;(3)预制块件悬臂安装;(4)半拱转体法;(5)刚性或半刚性骨架法。

钢筋混凝土拱桥自重较大,跨越能力比不上钢拱桥,但是,因为钢筋混凝土拱桥造价低,养护工作量小,抗风性能好等优点,仍被广泛采用,特别是崇山峻岭的我国西南地区。

钢筋混凝土拱桥形式较多,除山区外,也适合平原地区,如下承式系杆拱桥。结合环境、地形,加之拱桥的雄伟、美丽的外形,可以创造出天人合一的景观。

4 斜拉桥

斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有 30余座,仅次于德国、日本,而居世界第三位。而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。

我国斜拉桥的主梁形式:混凝土以箱式、板式、边箱中板式;钢梁以正交异性极钢箱为主,也有边箱中板式。

现在已建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式。以钢筋混凝土塔为主。塔型有 H形、倒Y形、A形、钻石形等。

斜拉索仍以传统的平行镀锌钢丝、冷铸锚头为主。钢绞线斜拉索目前在汕头石大桥采用。钢绞线用于斜拉索,无疑使施工操作简单化,但外包 PE的工艺还有待研究。

斜拉桥的施工方法:混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇筑和预制拼装;钢箱和混合梁斜位桥的钢箱采用正交异性板,工厂焊接成段,现场吊装架设。钢箱与钢箱的连接,一是螺栓,二是全焊,三是栓焊结合。

一般说,斜拉桥跨径 300～1 000m是合适的,在这一跨径范围,斜拉桥与悬索桥相比,斜拉桥有较明显优势。德国著名桥梁专家 F.leonhardt认为,即使跨径 1 400m的斜拉桥也比同等跨径悬索桥的高强钢丝节省 1/2,其造价低 30%左右。

斜拉桥发展趋势:跨径会超过 1 000 m;结构类型多样化、轻型化;加强斜拉索防腐保护的研究;注意索力调整、施工观测与控制及斜拉桥动力问题的研究。

5 悬索桥

悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一,可以说是跨千米以上桥梁的唯一桥型(从目前已建成桥梁来看说是唯一桥型)。但从发展趋势上看,斜拉桥具有明显优势。但根据地形、地质条件,若能采用隧道式锚碇,悬索桥在千米以内,也可以同斜拉桥竞争。根据理论分析,就目前的建材水平,悬索桥的最大跨径可达到 3 500m左右。已建成的日本明石海峡大桥,主跨已达 1 990m。正在计划中的意大利墨西拿海峡大桥,设计方案之一是悬索桥,其主跨 3 500m。当然还有规划中更大跨径的悬索桥。

悬索桥跨径增大,如上所述当跨径达 3 500 m时,动力问题将是一个突出的矛盾,所以,对特大跨桥梁,已提出用悬索桥和斜拉桥相结合的“吊拉式”桥型。

塔的材料,国外以钢为主,我国以混凝土为主,近年来国外也有向混凝土发展的趋势,基础多为钻孔桩或沉井。

锚碇一般以重力式和地锚为主,少数地质条件好的采用了隧道锚。深水锚碇往往采用沉井或地下连续墙。如江阴长江大桥北锚,位于冲积层上,采用 69m×51m带有 36个隔仓的沉井,下沉深度达 58m;日本明石海峡大桥神户侧锚碇采用环形地下连续墙基础,直径 85 m,高 73.5 m,槽宽2.2m。

悬索桥结合地形、地质、水文可采用单跨悬吊、双跨不对称悬吊和三跨悬吊(简支和连续体系)。据查,世界上悬索桥多为单跨悬吊,其次是不对称双跨和三跨简支悬吊。三跨悬吊连续体系最少。

主缆的施工方法:空中纺线法(AS);索股法(PWS)。我国几座悬索桥均采用PWS法。索股采用Φ5mm镀锌钢丝,由 91或 127根 Φ5组成一根索股,根据受力钢缆由不同数量索股组成。

6 结束语

随着我国经济发展,材料、机械、设备工业相应发展,这为我国修建大跨径斜拉桥和悬索桥提供了有力保障。再加上广大桥梁建设者的精心设计和施工,使我国建桥水平已跃身于世界先进行列。我国幅员辽阔,经济发展水平参差不齐,经济上总体水平不高,公路桥梁发展还是要着眼于量大、面广的一般大、中桥,这类桥梁仍以预应力混凝土结构为主。首先,要着重抓多样化、标准化,编制适用经济的标准图,提高施工水平和质量,然后再抓住跨越大江(河)、海湾的特大型桥梁建设,不断总结经验,既体现公路人的建桥水平,又要保证高标准、高质量建桥。

改革开放,党的富民政策,改变了人们的认识,“要致富、先修路”已成共识,加快交通基础设施建设已变成了人们的自觉行动。国家投资重点倾斜以及集资渠道的多元化,为我国公路桥梁发展提供了资金保证。展望公路桥梁发展趋势,珍惜时机,创造性劳动,为改变我国公路建设落后状况,努力工作。

[1] 唐杰军 .2008道路货运规范化管理工作实务全书[M].人民交通出版社,2008.

[2] 王丽群 .中华人民共和国道路交通安全法贯彻实施与道路交通安全管理、事故预防、处理及疑难案例分析实用手册[M].人民交通出版社,2006.

[3] 王中伟.桥涵设计[M].人民交通出版社,2002.