公路快速化改造主线高架桥选型分析

张 炜

(江苏中设集团股份有限公司，江苏 无锡 214000)

1 背景

近年来，很多地区，特别是经济较发达地区开始对干线公路，特别是通道型干线公路进行快速化改造。公路快速化改造一般有地平式、高架式、隧道式等改造形式。受到城市规模扩张的影响，原先处于城市外围的干线公路也逐渐被城市建成区覆盖，这就导致了公路快速化改造时不得不考虑采用占地规模小、对周边地块影响小，同时造价也相对适中的方案，相比较而言，一般来说高架式改造方案更适合处于城区范围内的干线公路快速化改造项目。

高架式改造方案由高架主线系统和地面辅道系统构成，主线高架桥是该类项目的主体工程，其选型对于整个改造项目的重要性是不言而喻的，有必要进行充分的研究分析。

2 总体设计原则

干线公路和穿越城区，这两个主要特性决定了设计方案必须在安全、适用的基础上充分考虑结构的耐久性、环保性、经济性和美观性。

该类项目具有桥梁总体规模大、重要桥梁节点多及地面交通组织复杂等特点，实施方案的合理性与适用性是考虑的重点。应抓住项目的主要控制节点，对重要节点方案进行充分论证，本着标准化、工厂化的设计理念合理布置桥梁。结合近年来国内快速路建设经验，充分比选桥型结构类型与施工工艺，切实做到桥梁结构选型的因地制宜。施工期间保通也是必须要考虑的，虽可通过周边路网进行交通引导分流，但干线公路贯通的交通需求仍然会比较迫切，优先选择快速化建造技术。

3 高架桥结构选型分析

3.1 标准段桥梁结构选型

3.1.1结构总体选型

梁式桥按施工工艺可分为装配式结构与支架现浇结构两种，国内目前在高架桥标准段结构中主要采用的有预应力混凝土空心板、预应力混凝土T梁、预应力混凝土组合箱梁、钢混叠合梁、预制节段拼装箱梁、现浇预应力混凝土箱梁。而造价较高的钢箱梁很少运用在标准段，同时出于对桥梁景观效果与结构整体性能的考量，近年来高架桥建设中已较少采用预应力混凝土空心板梁与预应力混凝土T梁。因此总体结构比选不再考虑此三种型式，而对预应力混凝土组合箱梁、钢混叠合梁、预制节段拼装箱梁和现浇预应力混凝土箱梁进一步进行方案比选。

组合箱梁为梁场标准化预制结构，具有截面刚度大，吊装重量适宜，工程进度快，施工期间对交通干扰小，施工难度小且对环境影响较小等优点；在安全、适用的基础上满足结构的耐久性、环保性及经济性要求；符合快速化建造需求。

钢混叠合梁用钢量比钢箱梁少，工厂化和机械化程度高，吊装重量轻，对交通的干扰和对环境的影响小。结构自重轻，有利于减少下部结构规模。钢混叠合梁施工难度较大，景观效果一般，后期维护量较大，总体经济性较差。

预制节段大箱梁采用工厂预制、架桥机现场拼装的施工方法，虽具有造型美观，低碳环保，施工时对地面交通和周围环境影响小等优点，但整体受力性能较现浇梁差；施工工艺复杂，难度大；各跨的总体重量大，对吊装设备要求高，前期预制工厂投入较大(考虑预制场地建设、运输设备、架梁设备的投入)；对高架桥变宽段适应性较差，造价相对较高。

现浇混凝土箱梁外形美观，结构整体受力性能好、抗弯抗扭刚度大，跨越能力强。该种结构一般采用满堂支架浇筑，施工便捷且难度低，但施工工期长，施工时对交通与环境影响大，造价比组合箱梁高。

以某国道快速化改造为例，该项目主线采用一级公路标准，高架桥标准横断面宽度为33 m，标准跨径采用30 m，其结构选型经济比较见表1。

表1 标准段结构经济比选表(30 m跨径)

综上，公路快速化改造主线高架桥标准段采用快速化建造的预制拼装施工工艺的组合箱梁较为合适，标准跨径一般采用30 m。

3.1.2预制组合箱梁细分选型

预制组合箱梁除较常规的窄箱隐盖梁方案外，近年来也出现了景观效果较好的宽箱隐横梁方案，针对两种箱梁，仍然以桥梁总宽33 m，选取30 m跨径进行比选，窄箱断面共设10片箱梁，梁高1.6 m，箱梁中心距3.3 m，湿接缝宽度0.9 m。宽箱断面共设8片箱梁，梁高1.8 m，箱梁中心距4.1 m，湿接缝宽度0.8 m。比选结果见表2。

表2 组合箱梁比选表

综上，除对桥梁外观有特别要求的项目外，一般推荐标准段采用窄体组合箱梁方案。

3.2 跨路口段桥梁结构选型

3.2.1结构总体选型

一般来说主要交叉口跨线桥跨径在40 m～60 m之间，需采用大跨桥梁结构。在保证桥下视距的前提下，原则上采用桥梁正交布置方案，以减少结构类型，改善结构受力。结合项目类型特点，选择预应力混凝土连续箱梁、钢混叠合梁和钢箱梁三种常用桥型方案进行比选。

预应力混凝土连续箱梁受力性能良好、跨越能力强，外形美观简洁。但需满堂支架现浇施工，对现状交通影响大，不太适合此项目类型。

钢混叠合梁虽在标准段选型无优势，但其通过充分发挥钢和混凝土各自的材料特性，结构轻、桥面耐久性好的特点，对于工期紧张、不能中断交通且要求以较大跨径一孔跨越时，具有突出的优势。

连续钢箱梁抗扭性能好，施工速度快，对交通的影响小，景观效果好，但造价较高，后期维护量也较大。

同样以桥梁总宽33 m，选取50 m跨径进行比选，其结构选型经济比较见表3。

表3 跨路口段结构经济比选表(50 m跨径)

综上，考虑对道路交通影响、结构跨越能力、景观性等影响，公路快速化改造主线高架桥跨路口段当跨径大于50 m时采用连续钢箱梁方案；跨径L在30 m

3.2.2连续钢箱梁细分选型

连续钢箱梁的常规横断面结构形式有：1)单箱单室箱断面，用于宽度与跨径之比较小的桥梁；2)双箱单室箱断面，是钢箱梁中采用最多结构形式；3)具有3个以上腹板的单箱多室箱梁；4)多箱单室结构形式，主要用于桥宽较大的桥梁。

根据本次分析的项目类型的横断面宽度范围，选取单箱多室和多箱单室进行细分选型比选，其结果见表4。

表4 连续钢箱梁比选表

综上，此类项目的连续钢箱梁采用单箱多室断面结构较为合适。

3.2.3钢混叠合梁细分选型

钢混叠合梁跨径较大，采用多钢主梁形式，方便运输及吊装，一般采用小箱槽形梁，外形与高架桥标准段预制组合箱梁基本一致，较为协调。但现浇混凝土桥面板施工时模板搭设困难，施工周期较长，且施工用耳板影响外观。针对解决此问题的两种方案，进行细分选型比选。

方案一，钢箱梁顶板间焊接10 mm钢板，作为混凝土桥面板现浇施工模板，设置加劲肋保证模板刚度。进一步提高了抗扭惯性矩，保证施工过程中结构稳定性。

方案二，桥面板采用分块预制、现场浇筑湿接头形成整体桥面板，进一步减少了现场施工作业量。但桥面板横向受力模式为多跨连续梁结构，湿接缝横向受拉，对裂缝控制和耐久性控制较为不利。

综上，考虑到桥面板结构耐久性，钢混叠合梁选用桥面板现浇施工的结构形式较为合适。

4 结语

随着我国城市化进程的加快和经济的高速发展，城市内部和城市间的交通需求日益增长，同时对于通行效率的要求也越来越高，干线公路的快速化改造是应对这种迫切需求最直接也是最有效的解决策略。对于干线公路快速化改造最普遍的高架式改造方案进行研究有着积极的意义和价值，该文基于我国工程建设实际对此类型项目中的主线高架桥选型进行了较为详实分析和总结，为今后高架式干线公路快速化改造项目的设计提供了参考。