钢板组合梁与普通混凝土箱梁桥对比分析

何小文

摘要：济祁高速淮河特大桥引桥规模较大，引桥造价占到整个大桥总造价的80%以上，本文主要通过材料使用性能、综合成本（即施工进度、工序成本等综合效率成本）、结构耐久性、环境保护、桥梁景观等因素，对钢板组合梁桥和预应力混凝土小箱梁桥进行了论证和分析。

Abstract： The approach bridge of Huaihe River Bridge of Jiqi Expressway is large， and the cost of approach bridges accounts for more than 80% of the total cost of the whole bridge. Based on the material use performance， comprehensive cost （ie， construction efficiency， process cost and other comprehensive efficiency costs）， structural durability， environmental protection， bridge landscape and other factors this paper demonstrated and analyzed the steel plate composite girder bridges and prestressed concrete small box girder bridges.

關键词：装配化组合梁桥;普通混凝土箱梁桥;对比

Key words： assembled composite beam bridge;ordinary concrete box girder bridge;comparison

中图分类号：U445.4                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）16-0102-05

0  引言

济祁高速淮河特大桥引桥为全国首次大量采用工业化制件、装配化施工的高速公路桥梁。基础及下部为现浇承台、C80PHC管桩、C70预制空心墩、现浇墩帽，上部为钢板梁与砼桥面板组合结构。经过工程实践证明，装配化组合梁桥与传统的预应力混凝土小箱梁桥比具有优质、经济、环保、耐久等诸多方面有优势。

1  工程概况

纵三淮南至合肥段在凤台县淝北村西跨越西淝河后，进入董峰湖行洪区，与合淮阜高速形成枢纽互通后，继续往南延伸，相继跨越淮河及寿西湖行洪区。

寿县淮河特大桥桥位距离焦岗湖入淮口2.5km，距离上游方家坎人渡2.64km，下游毛集港区码头2.5km，其间无其他码头、桥梁。淮河主桥长440m，淮河特大桥全长11.84公里，斜拉桥选用（120+200+120）m预应力混凝土，分别采用80m和60m跨径为其两侧跨堤桥，堤内引桥采用40m跨径，其余堤外引桥采用30m跨径。

2  纵三淮河桥引桥钢板梁设计方案介绍

2.1 初步设计方案

在初步设计阶段，引桥全长11.53km，其中堤外引桥长10.96km，采用30m预应力混凝土小箱梁，下部结构为钻孔灌注桩基础;堤内引桥长560m，采用40m预应力混凝土T梁，钻孔灌注桩基础。初步设计总概算为8.65亿元。

2.2 施工图方案

引桥全长11.256公里，其中堤外引桥总长10.616公里，上部结构采用35m钢板组合梁桥，下部结构采用双柱墩和PHC管桩基础;堤内引桥总长0.64公里，上部结构采用40m钢板组合梁，下部结构为双主墩配钻孔灌注桩基础。施工图总预算为8.18亿元。

2.3 小箱梁桥特点及适应范围

2.3.1 结构体系

小箱梁设计一般有两种结构体系，一是简支，另一种是先简支后连续结构。与小箱梁桥相比，先简支后连续小箱梁更具优势，后者除了兼具前者的通用优点外，还具有抗震能力强、行车舒适、伸缩缝少、结构受力性能好等优点。

2.3.2 结构优缺点

小箱梁属于装配式结构，常用跨径为20～35m，便于实现工厂化和机械化施工。由于其仅设端横隔梁，具有梁高较矮、桥下视觉简洁的特点，十分适用于对景观存在一定要求且梁高受限的地方。结构应用领域广，适应变宽能力强。在相同跨径结构中，宽梁设计经济优势明显。箱内设有负弯矩束锚头，结构暴露面少，结构具有良好耐久性。活载横向分配均匀，主梁抗扭刚度大，不仅行车较舒适，且在车辆荷载作用下主梁几乎不会出现变形。便于维护，具有良好施工稳定性。

然而需要注意的是，小箱梁相比其它梁桥也存在一定弊端，比如其施工工艺要求较高，若在具体施工中管理和实际控制存在不到位问题，极易造成各类施工事故，影响其最终的施工质量;相比空心板、T梁来说，同等跨径小箱梁吊装重量更大;箱内空间较小，不便于检验箱内质量，且砼一次浇注内模拆除较复杂。

3  技术经济对比

施工图阶段引桥采用钢板梁桥方案，基于以下技术和经济比较。

3.1 技术与效果对比（见表1、表2）

3.2 材料价格变异的分析

分析当前我国经济发展趋势，再加上国家能源和环境政策的客观影响，相比于2013年初，不难发现当前市场上砂、石等材料大幅度增加了，甚至增加幅度超过了100%。然而近年来钢材价格一直呈下降趋势，并且由于钢材的原材料多来自进口的铁矿石，且产能极为过剩，由此可知其价格在未来很长时间内必将趋于稳定，甚至出现一定程度的下降。基于此，采用钢结构是合理且有利的。

由于混凝土材料价格的大幅上涨，如果施工图设计仍然采用原30m预应力混凝土小箱梁桥，则整个引桥造价大幅增加，考虑施工成本，增幅大约为10%，如表3所示。

4  与PC砼箱梁桥对比造价优势

5  优势

根据我国经济发展现阶段能源及环境政策的相关性影响，市场上的砂、石类材料近年来增幅较大，并呈逐年上升趋势，而钢材质量提高较快的同时价格却有较大幅度的下降。从发展趋势看，环境保护的要求越来越高，砂石材料的成本逐年增加，而钢材的原材料价格已经趋于稳定，且其加工规模化、集约化水平越来越“高精”，成本也越来越低。因此从材料选用的角度，采用钢结构日趋合理。钢板组合梁承载能力高、刚度大、延性好，可轻型大跨、预制装配、安全快捷、节能环保。

5.1 经济

C80高标号PHC管桩基础和C70预制空心墩的采用，起因于桥面板和钢板梁结构自重轻的优势使下部结构的创新空间加大，桩、柱超越传统其自身重量又大幅度减轻，用量精省承载能力却大幅提高。所有结构件的恒载大幅减小也降低了整体结构的吊装费用，总体计算桥梁基础、下部结构造价可降低20%以上。其中还有钢结构及预制桩、墩的工厂化制作也减少了现场临时用地的费用，施工单位也同时受益。

5.2 高效

PHC管桩施工过程中，每台桩机每天能完成沉桩300米。若采用钻孔桩，每台旋挖钻机每天能完成100米钻孔施工。相比之下，PHC管桩施工速度快、工效高。

預制墩柱与桩基可平行作业是新的优势，空芯墩柱制作全工厂化，一条流水线每天能生产80米，离心成型，蒸汽养护，养护周期短，质量均衡、进度均衡。桥梁施工季节性强，冬期施工优势对比优势更明显;传统现浇墩柱施工3天浇筑、7天养护，一个周期至少需要10天时间，受环境制约质量和工期并不能完全保证。

5.3 质量

专业化工厂流水线生产，工艺定型、管控稳定，质量保证率提高。工厂化制成的大型安装单元，标准化程度高，减少工地现场连接数量环节，整体质量提高较多。

5.4 耐久

钢板梁桥兼具混凝土抗压、钢结构抗拉的优良性能，应充分发挥两种材料的使用性能，使其价值最大化。在设计、施工及维修等整个周期内加强监督和管理，提高混凝土的抗裂性能。钢构件作为主受力构件，采用了重度防腐体系钢材、多涂层防护体系、硫化型橡胶密封防水材料等措施，运营期养护方便，可以有效提高桥梁的耐久性和使用寿命。

养护周期可控并相对延长。混凝土材料因自身的局限性，有着碳化、开裂、盐害、碱骨料反应和冻融等不可回避的劣化问题，加上混凝土施工工艺的离散性，养护困难，目前国内的很多混凝土桥梁因为这些病害已提前进入了维修加固期。

5.5 环保

减少沙石材料的用量，即多用精细料少用粗矿料，就是节能环保。桩、墩、钢结构等工厂化制作大大减少现场临时用地，也降低了环境扰动破坏及粉尘噪音等影响。

6  结论

淮河引桥规模较大，引桥造价占到整个大桥总造价的80%以上，通过材料使用性能、综合成本（即施工进度、工序成本等综合效率成本）、结构耐久性、环境保护、桥梁景观等因素，对钢板组合梁桥和预应力混凝土小箱梁桥进行了论证和分析，装配式桥梁与传统桥梁相比，有以下优势：

6.1 投资成本节省

钢板组合梁与传统30m预制小箱梁相比，桥梁自重大幅度减轻，其中管桩成本最低，可节约造价30%，预制墩可节约造价约8%，经测算，钢板组合梁工程每公里造价6529万元，相邻标段30米普通混凝土小箱梁每公里造价8485万元，总体建设成本减少。各部构件在开工后可以齐头并进，根据总体进度更好地协调对应的进场时间，简化工序，大大提高效率，节约工期约20%，造价节约23%。并仍有潜力可挖。

6.2 质量管控可靠

管桩、预制墩、钢板组合梁、桥面板全部采用工厂化生产，以机械作业为主，人工操作为辅，从程序上、技术上保障了预制构件的整体质量。

6.3 标准化程度提升

预制构件机械化程度高，采用工厂化生产，现场装配化安装，预制精度和安装质量均得以保证。

6.4 安全环保显著

管桩施工无泥浆排放，安全隐患少，改变了灌注桩的脏乱差，现场装配化安装，安全系数提高;工厂化生产，工序更稳定可控。

6.5 耐久易养护

从设计就统筹桥梁全寿命，尤其是钢板梁和桥面板，在后期养护上，可看见、可维护、易更换，全寿命周期养护成本低，保证了桥梁全寿命周期使用性能。

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