门架墩方案在实际工程中的应用

汪 洋

（中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089）

1 工程概况

同仁至赛尔龙（青甘界）公路作为国家张掖至汶川高速公路（G0611）的重要组成路段，是青海高速公路网 “三纵、四横、十联线”（简称“3410网”） “纵一”的重要路段。项目的建设对沟通丝绸之路经济带与长江经济带、连接四省藏区、完善兰州-西宁、成渝城市群交通联系，促进资源有效配置，带动沿线经济高质量发展，加快国家西部大开发战略的实施，增强国防战备能力具有十分重要的战略意义。

张汶高速同仁段地形条件较为复杂，限制因素较多。起点顺接牙同高速，与G213 国道、隆务河在同一走廊带。G213 国道为目前区域内唯一出行及交通运输方式，主要河流为隆务河，冬季极易发生冰冻现象。桥梁布设区属隆务河河谷台地，河谷最窄处仅100 m，该段河谷中包含隆务河、水电站、国道213、地方自来水管线、通信电缆、电力线路、滑坡体等制约因素。线路实施较为困难，行业迁改难度大。国道边坡陡崖林立，雨水长时间冲刷造成“V”型冲沟较多，桥梁布设困难，部分桥墩位于陡崖，施工范围有限，施工较为困难。

2 选型影响因素

桥梁工程下部结构的选型，除考虑结构安全因素以外，还应结合当地地形条件、地质情况、施工工艺、经济性等方面综合考虑。

路段与G213 国道交叉3 次，多次跨越隆务河道，国道土路肩外缘架设有地方自来水管线。在桥墩下部结构的选择方面需要考虑的限制因素较多。

（1）避开“V”型冲沟，完成跨越。桥墩避免布设于冲沟半坡或冲沟边缘。（2）避免墩柱开挖影响G213 国道。因桥梁紧邻国道，墩柱位于半坡，在保证边坡稳定的情况下，大范围开挖会影响国道的边坡稳定及国道的通行，见图1。（3）墩柱的架设避免对自来水管的迁改，墩柱架设在很多位置与自来水管多次交叉。（4）民族地区存在很多地方风俗及信仰，走廊带狭窄不可避免发生地方宗教结构物与高速桥梁存在干扰的情况。（5）部分桥梁顺河布设，桥墩位于河道内，河道狭窄处阻水较为严重。

在桥梁进行跨越时，需要在特殊点位处结合现场实际情况对桥梁下部结构布设进行比选，尽量避免不利因素的干扰。

图1 现场国道与高速位置关系

3 下部结构选型

根据地质特点，地形约束条件，桥梁采用柱式墩、门架墩、柱式台或肋板台，灌注桩基础；桥墩高度较高的桥梁采用实体/薄壁墩。项目生态环境脆弱、自然灾害频发，如果采用浅基础则存在基坑开挖量大、山体防护工程量大、基底岩性差异大、抗震性能差等风险，故桥梁基础优先选用桩基础。

4 下部方案比选

下部结构的选择在考虑地形条件的情况下，造价、施工工期与工艺成为方案选择的关键因素。

4.1 上跨G213 国道形式

（1） 桥型方案一：上部结构采用30 m 跨径预应力混凝土（后张）小箱梁，先简支后连续；桥宽25.5 m。下部结构采用直径1.6 m 单幅双柱式桥墩，混凝土采用C30，接直径1.8 m 桩基，单桩单柱形式，该方案需改移国道。见图2。（2）桥型方案二：上部结构同样采用30 m 跨径预应力混凝土（后张）小箱梁，先简支后连续；桥宽25.5 m。下部结构采用直径2 m 整幅三柱式大盖梁门架墩，左幅柱间距为8.5 m，右幅柱间距为18 m，盖梁采用预应力盖梁，混凝土采用C30，桩基直径2.2 m，单桩单柱形式，该方案直接跨越国道。见图3。

桥梁实体工程经济指标比较见表1。可以看出，柱式墩方案在桥梁实体工程中造价较低，但是采用柱式墩方案，需改移国道以及拆迁预制厂，费用较高。门架墩方案可实现对国道的跨越且避免预制厂的拆迁。综合比较，柱式墩方案造价是门架墩方案的1.6倍。

图2 方案一

图3 方案二

表1 桥梁实体工程经济指标比较

施工工期比较见表2。可以看出，门架墩方案在桥梁主体工程的工期上存在劣势。因为门架墩方案在施工时，大盖梁需要增加预应力张拉时间且施工工艺更加复杂，导致时间成本增加。但是，在总体工期上，门架墩方案存在明显的优势，因为柱式墩方案产生的国道改移、拆迁等引起的工期增加比较多。

表2 施工工期比较

4.2 河道内桥梁布设形式

（1）桥型方案一：上部结构采用30 m 跨径预应力混凝土（后张）小箱梁，先简支后连续；桥宽25.5 m。下部结构采用直径1.6 m 单幅双柱式桥墩，接直径1.8 m 桩基，单桩单柱形式，该方案4 个墩柱均位于河道内，河道最窄处仅20 m，桥墩阻水较为严重，且河道没有改移条件。见图4。（2）桥型方案二：上部结构同样采用30 m 跨径预应力混凝土（后张）小箱梁，先简支后连续；桥宽25.5 m。下部结构采用直径2 m 整幅双柱式大盖梁门架墩，接直径2.2 m桩基，单桩单柱形式，该方案2 个墩柱位于河道内，且墩柱位于河道边缘，能有效减少阻水。见图5。

图4 双柱墩方案

图5 门架墩方案

桥梁实体工程经济指标比较见表3。可以看出，采用整幅双柱式大盖梁门架墩在造价上存在明显优势。常规桥梁下部结构双柱墩造价约为75 万元，门架墩造价约为64.5 万元，一处墩柱位置就能节省造价10.5 万元左右，另外在施工成本以及施工工艺上，门架墩方案因为在河道内桩基较少，可减少施工围堰的设置，也能在一定程度上降低施工成本，以及施工难度。而在施工工期上，门架墩方案也存在较大的优势，门架墩方案比双柱墩方案减少2 根桩基、墩柱和一个盖梁。

表3 桥梁实体工程经济指标比较

门架墩方案解决了墩柱阻水的问题，由4 根柱子变为双柱，且双柱间柱间距较大，解决了河道内漂浮物的淤积问题。既能满足高速公路桥梁的结构安全性要求，又很好地解决了河道内阻水问题，顺应地形变化，与周边自然环境相协调。

门架墩在本项目的使用，既能很好地解决桥梁对结构物以及河道的跨越，又避免了很多拆迁问题以及桥墩阻水问题，在本项目发挥了很大的作用。

4.3 门架墩方案的限制性

（1）在地形条件复杂，桥梁位于直立陡坡处，尽量避免使用门架墩方案，因其柱间距较大，极易造成应力集中，受力不平衡。（2）门架墩结构，通常采用大跨度对结构物进行跨越，导致盖梁长度较长，需要增设预应力以满足其受力要求。而大盖梁的施工，对于施工单位要求较高，在施工方案上需进一步细化，需要有丰富施工经验的施工单位，才能更好地达到门架墩的施工要求。（3）桥梁跨越河道或者地方道路的过程中，尤其是在山区，因走廊带狭窄，通常河道和地方道路与高速公路桥梁存在多次交叉。而交叉角度并不一定都能满足门架墩的布设要求，横向跨度的增大，会导致盖梁的弯矩急剧增大。所以在采用大跨度门架墩的时候，需要考虑弯矩对结构地安全影响，采取必要的构造措施以确保结构的安全。例如增加墩柱的直径，增设横梁，增大盖梁预应力的布设等措施。（4）美观要求，通常高速公路桥梁布设，要求线形优美，与整体环境相协调，美观也是高速公路布设的重要原则之一。而门架墩的布设，因其横向跨度较大，与前后常规双柱墩的形式存在较大的视觉反差，影响桥梁整体视觉效果。

5 结语

结合实际工程对门架墩的使用进行了简单的比较：门架墩的选用存在很多制约因素，需结合桥梁的跨径、墩高以及地形条件等因素综合考虑。仅从造价、工期等方面进行定量比较，在实际工程应用中需根据实际情况进行综合考量。

目前大跨度门架墩在高速公路实际工程中的应用并不广泛，多应用于市政工程立交桥梁中。市政道路桥墩布设，因地形较为平坦单一，线形以直线居多。在桥梁跨越时，可全桥布设门架墩，形成统一下部结构，既不影响美观，又能完成其使用功能。门架墩在高速公路的应用需根据实际工程结合结构安全、美观、地形、地质、造价等因素，综合考虑下部结构的选用。