山区高速公路常用桥梁结构形式及比选

赵国强

(黑龙江省公路勘察设计院)

1 概 述

一般来说,山区高速公路桥型的选择应贯彻安全、耐久、节约、和谐的设计理念,根据适应、经济、美观、设计施工的难易程度及环境保护等因素进行综合分析,以便最终确定桥梁实施方案。

2 常用桥梁结构型式

2.1 上部结构

目前常规桥梁上部结构类型主要有预应力混凝土空心板、预应力混凝土T梁、预应力混凝土小箱梁、钢筋混凝土现浇连续箱梁、预应力混凝土现浇连续箱梁。

(1)预应力混凝土空心板

预制装配式空心板具有施工制作容易、安装架设方便、建筑高度小、桥下平整美观、工程造价低、工期短等优点,但铰缝易开裂,横向整体性稍差。采用桥面连续结构,行车舒适,适用于墩台高度较低、桥长较短的中小桥梁。

(2)预应力混凝土 T梁

预应力混凝土 T梁是山区桥梁常用结构型式,公路建设中已大量采用,具有相当成熟的建设和管理经验。跨径一般为 20～50m,采用单片梁预制,组合拼装,张拉墩顶负弯矩束,再浇筑桥面湿接缝和横梁的施工方法;单片 T梁吊装重量较轻,施工方便,工艺成熟,缺点是建筑高度较高,外观及结构抗扭刚度等不如箱梁。

(3)预应力混凝土小箱梁

施工方法与 T梁基本相同,结构在施工时具有抗扭刚度大、自稳定性能高的特点,从而使施工安全、方便快捷,外形也较美观;但由于单箱安装重量较大,对吊装设备要求高,故小箱梁跨径一般不宜超过35m。

(4)钢筋混凝土或预应力混凝土现浇连续箱梁

对于墩高较低,半径较小或桥面变宽的立交范围内桥梁,一般均采用现浇连续箱梁,既美观又能较好地适应平面线形,并可节省预制场地,不需要大型吊装设备。对于跨越峡谷、深沟的桥梁,由于墩高较大,采用支架施工,支架数量巨大,且汛期存在安全隐患,上部一般采用移动模架施工,但设备投入高,施工难度大,精度要求严,工期也较长,因此对于跨越峡谷、深沟的桥梁,设计中尽量避免采用预应力混凝土现浇连续箱梁方案,以减少投入和缩短工期。

(5)钢筋混凝土现浇连续板

钢筋混凝土现浇连续板主要适用于主线或互通区变宽桥梁,其整体性好,当净空控制较严时有梁高矮的优势,一般采用支架现浇,用于地势平坦且墩高较矮地区,对于跨越峡谷、深沟的桥梁,由于墩高较大,采用支架施工,支架数量巨大,施工风险大,且不经济。

2.2 下部结构

桥墩一般采用柱式墩和薄壁空心墩、单排桩基础和群桩基础,桥台采用肋式台、柱式台,地形地质条件良好时采用扩大基础。

柱式墩能减轻墩身重量,节约材料,又较美观,施工方便,因此原则上一般采用柱式墩、单排桩基础,当桥墩较高且地基条件较差时采用群桩基础;空心墩能充分利用材料强度,对高墩更能显示其优越性,因此较高的桥墩一般采用薄壁空心墩。

对于墩高≥30m,跨径 L=20～40m的桥梁,一般采用矩形截面薄壁空心墩;对于墩高H＜30m,跨径L=20～40m的桥梁,一般采用单排桩柱式墩。具体做法如下。

(1)墩高≥30m时,采用矩形截面薄壁空心墩、群桩基础,薄壁空心墩的纵、横向宽度及壁厚应根据上部跨径及墩高计算确定。(2)当墩高 H＜30m时,桥墩采用柱式墩,基础采用单排桩或群桩;墩高15m＜H＜30m时,墩柱按两级设计,分级高度按15m一级设置。

3 常用桥梁结构型式比选

3.1 相同标准跨径不同上部结构型式的比较

常规的装配式结构主要有13m、16m、20m跨径的空心板、20～40m跨径的 T梁和 20～40m跨径的小箱梁,各有其适用范围和优缺点,结合以往的工程实践,对这几种结构型式的材料经济指标进行了统计和结构方案比选。

从经济技术指标上来讲,13m、16m跨径采用空心板经济技术指标较其他结构优势明显,建议13m、16m跨径桥梁,当桥梁较短时,一般中小桥采用预制简单、安装便捷的桥面连续的预应力混凝土简支空心板;对于孔数较多的大桥,推荐采用先简支后连续预应力混凝土空心板。

25～40m以上跨径的结构型式应用较多的有预应力混凝土T梁和预应力混凝土小箱梁,其经济技术指标相差不是很大,各结构本身也各有优势。对于山区高速公路,地形较复杂、场地及运输和吊装设备受限,纵断面不受桥高控制。建议将吊装重量较小的预应力混凝土连续T梁作为 25m以上跨径的基本桥型。

3.2 不同标准跨径相同结构型式的上下部综合比较

(1)就上部构造而言,材料指标总体上随跨径的增加而增大,因此对桥梁不同跨径桥型方案的选取,必须结合下部结构的材料指标及施工条件综合考虑。

(2)对山区跨越较大沟谷的桥梁,同一座桥梁桥墩高度相差较大,桥墩型式的选择是不同标准跨径下部结构型式比选的关键因素,而基础数量随跨径的不同变动不大。根据大量的山区桥梁设计经验及高跨比的要求,桥墩型式主要采用柱式墩、矩形墩、空心墩和变截面墩,经综合分析：当墩高小于 30m时,双柱式墩最为经济,且工艺成熟,施工工期短;当墩高大于 30m时,对桥墩的刚度要求较高,一般采用矩形墩、空心墩和变截面墩,总体上材料指标较高。

(3)同标准跨径典型桥型方案比选

在同一桥位和相同的施工条件下,选择桥墩高度 H=15、20、30、40m,分别与不同标准跨径进行组合,综合桥梁上下部造价,得出典型桥型经济指标的规律：

当平均墩高H=15m以内时,20m、25m跨径桥型方案比较中,20m跨径桥型方案造价较低,优势明显。

当平均墩高 H=15～20m时,20m、25m及 30m跨径桥型方案比较中,25m跨径桥型方案造价较低。

当平均墩高 H=20～30m时,25m、30m及 35m跨径桥型方案比较中,30m跨径桥型方案造价较低。

当平均墩高 H=30～40m时,30m、35m及 40m跨径桥型方案比较中,40m跨径桥型方案造价较低。

4 结 语

不同标准跨径桥型方案的比选,一般取决于桥梁高跨比、地形地质条件、设计施工经验、地区习惯做法及景观要求等,控制因素较多,且山区高速公路一般跨越较大的沟谷,桥墩高度相差较大,因此上述不同标准跨径典型桥型方案比选结果不能完全代表最合理经济的桥型方案。故在方案比选时,桥型方案一般以上述比选结果为指导,首先选取最合理的经济跨径和结构型式,然后再选取另一种较为接近的跨径或不同的结构型式进行同等深度的技术经济比较,以切实做到所选方案经济合理。