高速公路现浇箱梁与预制T梁的方案对比研究

姜河　侯红丽　张雁平

摘要 在高速公路建设过程中，现浇箱梁施工与预制简支T梁施工是一项重要内容，直接决定着高速公路建设质量。为节约造价成本、降低项目施工安全风险，文章以某大桥右幅现浇箱梁及预制简支T梁的优化设计为案例，围绕现浇箱梁施工与预制简支T梁施工的对比及适用情况展开分析。通过实践论证表明，优化设计后的预制简支T梁满足节约造价成本、降低项目施工安全风险的要求。

关键词 高速公路;预制T梁;现浇箱梁;方案对比

中图分类号 U445.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）11-0166-03

引言

据统计，2021年全年新改扩建高速公路超过9 000 km，而在高速公路的桥梁架设过程中，桥梁结构的合理选择，关系着公路建设造价、进度、管理、桥梁美观、桥梁养护维修等综合内容[1]。对相同的地形地貌，有多种跨径、多种结构可供选择[2]，其中预制T梁与现浇箱梁是最为常见的两种桥型，凸显了桥梁在跨越水道、峡谷等地形的重要性。该文通过实际工程案例对现浇箱梁与预制简支T梁的方案对比应用展开分析，对现浇箱梁方案及难点进行分析，以及优化后预制T梁设计情况介绍。

1 T梁和箱梁桥型选用对比分析

桥型选择遵循“安全适用、经济美观、环保”的原则。桥孔布设应结合桥位处的地形、地质、施工条件、施工工期及水文计算结果等因素综合确定，桥孔设计以中、小跨径为主，做到技术合理可行、经济节约。对于山区高速公路上的常规桥梁，可对同一跨径不同板（梁）形式进行比较，择优选择该跨径的合理板（梁）结构形式，简化该跨径的不同上部结构，可节约工作量[1]。

1.1 安全方面

在施工过程中，应考虑前后不同工序对已修建构件的充分保护以及施工技术带来的不必要安全隐患。跨越河谷、冲沟的桥梁，要结合水文和沟谷变迁分析，进一步优化墩台布设和基础形式，核查局部冲刷深度，合理确定基础埋置深度，保证行洪和桥梁结构安全，确保桥梁桩基础设置安全可靠。箱梁支架系统搭设施工对地基的承载力要求较高、风险难度极大，对于山区纵横坡较大的原地面，须沿纵横坡方向大量开挖（石方需爆破）及回填土石方创造支架基础平面，开挖会导致相邻桩基裸露，石方爆破对桥梁下部结构扰动较大。

1.2 适用方面

对于桥下纵、横坡坡度较大的山区，应满足通行与行洪抗冲刷的要求。T梁在后期的养护比箱梁更加方便。连续梁上部结构特点为连续墩墩顶负弯矩区弯矩较大，预应力结构体系可有效克服该不足。普通混凝土箱梁在板顶易产生裂缝，缩短桥梁使用正常寿命，同时也应考虑桥梁施工过程征地拆迁及施工便道的占地范围。

1.3 经济方面

桥梁的设计经济性通常优先考虑施工技術、施工环境和桥跨结构类型，同时也应综合考虑桥梁周围地形地貌以及经济发展远景。同一座桥梁的初步设计一般采用同一种桥跨类型，可提高工作效率且质量易控制。遇特殊情况时，边跨跨路必须采用大跨时，可根据标段划分，尽可能采用该标段已有的跨径，如该标段没有桥梁跨径种类，可考虑采用现浇结构。

1.4 美观方面

桥型的选择应当追求桥梁上部结构、下部结构与周边自然生态的立体美感，体现出高速建设与自然景观的高度契合。

2 工程概况

该文以在建某桥为例，该桥起讫桩号K41+006～K41+

606，全长600 m，地处山区，为克服地形高差和上跨地方路而设，是该标段的控制性节点工程。原设计施工图纸全桥左幅共4联：3×40 m+4×40 m+4×40 m+4×40 m;右幅共5联：3×40 m+3×40 m+4×20 m+4×40 m+3×40 m;上部结构左幅第1～11孔、右幅第11～17孔采用预应力混凝土先简支后结构连续，左幅第11～15孔、右幅第1～6孔采用桥面连续结构简支，右幅第7～10孔采用现浇箱梁。桥墩桩基础采用钻孔灌注桩，右幅第7～10孔圆曲线半径为2 300 m，设计上部结构为现浇普通钢筋混凝土等高变宽单箱五室箱梁，梁体宽度由22.989 m渐变至26.517 m，梁高1.4 m，跨径为4×20 m，结构体系采用连续体系，梁体采用C40混凝土。下部结构为桩柱式桥墩，墩柱/桩基直径分别为1.9 m/2.2 m。最低墩（右幅6#-3）身高14.00 m，最高墩（右幅10#-3）身高35.87 m。

桥下及两侧主要为当地的橘林山地，柑橘树较多，植被茂盛，为柑橘经济带保护区。地层主要以中风化泥灰岩为主，中间层为碎石土，碎石主要成分为中风化泥灰岩，表层覆盖种植土。右幅第7～10孔位于山间斜坡体上，此处沟谷切割深，地势高差悬殊大，坡体最高海拔与最低海拔最大高差为107.1 m，桥轴线海拔相对最大高差78.6 m，原地面横、纵坡度较大。

对施工单位进行技术交底时，施工单位结合进场后的现场施工调查，提出将该大桥右幅第三联的现浇箱梁优化为预制简支T梁。鉴于此，该文针对现场施工技术及其难易程度、工期及施工成本、项目安全风险等方面进行对比分析，旨在选出更优的桥型。

3 桥型选用构思

桥梁下部结构形式对桥梁造价和桥梁美观起着重要作用。但现在的设计中，往往存在桥梁下部构造形式单一的情况[1]。对于墩高≤40 m时采用双柱矩形墩，应注意地质、地形条件的影响并进行高墩稳定性分析。由于该项目原地形起伏较大，地质条件较复杂，且抗震设防等级高，故一般采用桩基础，避免采用体积较大、对自然破坏严重、抗震性能较差的扩大基础。

一般桥台实际填土高度控制在8 m以内，结合地形、地质情况合理选用轻型桥台，采用较高填土桥台可大幅缩短桥长，桥台填土高度可控制在12 m左右，但桥台需做特殊设计和验算。

采取抗震构造措施：简支盖梁宽度不小于100+2Lcm（L为跨径，单位：m）;分联长度一般不超过5孔一联，最大不应超过6孔一联，联长控制在150 m以内。

墩高H（含盖梁高度）6 m，不设置系梁，6≤墩高H（含盖梁高度）<15 m时，仅在桩顶设置一道横系梁，15≤H（含盖梁高度）<20 m时，除桩顶设置一道横系梁外，柱间设置一道横系梁。桥墩高度超过6 m时，桩顶均设横系梁，墩高超过10 m时，每隔12 m设墩间横系梁一道。

4 现浇箱梁方案及难点分析

该大桥右幅7～10跨（第三联）位于曲线加宽段，原设计按连续现浇箱梁设计，为钢筋混凝土结构，未配置预应力钢筋。

箱梁桥面宽从22.99 m变至26.53 m，无法进行移动模架施工，一般施工工艺为满堂支架现浇施工或钢管支墩式支撑架现浇施工，支架法要求对地基平整、压实，支架顶铺设工字钢主龙骨和方木次龙骨，安装底模板预压后进行钢筋和混凝土施工;钢管柱支撑架施工，要求对立柱下地面平整、压实，承载力达到设计要求，制做混凝土条形基础预埋螺栓，采用钢板封口钢管柱，横向采用槽钢进行连接，搭设较高时，桥墩处要进行临时固结，顶部横向铺设贝雷架横梁，横梁上设贝雷架作为纵梁，其上铺设木方和底模板后使用沙袋预压，预压重量为箱梁自重的120%，预压完成后进行钢筋和混凝土施工。

两种施工均对地基的承载力要求较高，现浇梁支架系统搭设难度极大，需沿纵横坡方向大量开挖（石方需爆破）及回填土石方创造支架基础平面，坡面最大横坡为59%，最大纵坡为40%，所以每孔下需设2～3台阶，台阶立面需设置挡土墙，支挡防护工程量大，对原地貌、生态环境扰动大，不利于环境恢复，且开挖会导致相邻桩基裸露，石方爆破对桩基扰动较大，对桩基础及下部结构受力有极大影响;支架搭设高度约40 m，支架搭设宽度在25～29 m之间，支架搭设过高，容易倾覆，处理后的基础会有较大的不均匀沉降，存在极大的安全隐患。

由于桥位处为柑橘经济带，除路线红线征地外，无法征用临时用地，两侧没有材料临时堆放场地和机械设备的作业平台。在进行支架法和支墩法施工时，机械作业和材料堆放需较大场地，要对桥位相邻段柑橘农耕地进行征用，对山体进行较大平整，土石方填挖较大，现浇施工难度极大。

5 优化后预制T梁设计情况介绍

该大桥右幅第7孔～第10孔优化后，取消现浇箱梁施工，从4×20 m现浇箱梁变更为2×40 m简支T梁，同时取消原设计右幅7号墩和9号墩的下部工程施工。

T梁的架设需要大型起吊设备，架设包括场地运输和桥墩上安装两个主要工序。T梁先在底座上预制成型并在施加预应力后，再起吊出坑并运往存梁场进行断丝、封锚、压浆、封端等作业[2]。预制梁架设前，对运梁通道的杂物和影响设备通行的净空障碍物进行清理、移除，确保运梁车的运输安全。落梁后，及时完成纵向湿接缝钢筋的焊接工作，确保T梁的稳定。检查架桥机、运梁车运行状态并确保其安全性能良好，其他设备、工具要配备齐全。预制梁架设中，相邻两跨梁片差值不得多于2片，运梁车由专人负责驾驶，使用中不可随意操作，防止发生意外情况。发现异常情况时，要紧急停车并及时处理，将障碍排除后方可继续前行。运梁车行驶速度：空车行驶速度不大于20 km/h，运送T梁行驶速度不大于10 km/h，运送T梁转弯行驶速度不大于5 km/h。坡道坡度<6%，行驶时尽量保持车速平稳。T梁吊放于运梁车上之后，应及时将T梁固定好并应加强横向临时支撑，采用墩梁固结时，需及时将梁底钢板和支承梁顶预埋钢板焊接（连续梁桥应将梁肋支撑在临时支座上），及时连接横隔板、翼缘板接缝钢筋。

优化后设计上部采用桥面连续结构简支，连续处墩顶纵向设单支座，第7跨～第8跨圆曲线半径为2 300 m，曲线要素、荷载等级、桥面净宽均和原设计相同。

第7孔布设10片T型梁，第8孔布设11片T型梁，整体通过调整主梁的间距及边梁翼缘板的悬臂长度对桥梁整体的线性和宽度进行調整，调整后桥面宽度由22.99 m渐变至26.53 m，保证和原设计的桥面宽度相同。

下部结构调整右幅6#桥墩大里程侧垫石位置，标高、结构尺寸不变;7#桥墩（原设计8#墩）增加盖梁，承台及桩基标高、尺寸不变;8#桥墩（原设计10#墩）调整承台尺寸，调整盖梁高度和垫石位置，桩基长度不变。

墩柱或桩基主筋直线伸入盖梁，桩基伸入承台15 cm后再形成喇叭;加密墩柱两端及桩顶区箍筋，加密段长度不小于墩柱或桩基直径，箍筋一律采用焊接接头。桥墩盖梁、台帽、肋板、箱梁腹板、横梁等构件的箍筋必须全封闭焊接，并且端头弯折135°指向构件核心，弯钩端部平直段长度不应小于10倍钢筋直径。空心板底板下缘至挡块顶部的高度不小于25 cm;箱梁底板下缘至挡块顶部的高度不小于40 cm;梯形挡块背坡坡率尽量与梁腹板坡率一致，挡块内侧底部应设置一定高度的垂直段，挡块与梁体之间的水平距离按5 cm控制;挡块主筋直径统一要求为25 mm，T梁端横梁处设置纵向抗震挡块。该项目地处于寒冷的大气环境中，无盐、无酸，地下水无腐蚀性，环境类别为Ⅰ类，无须对结构做特殊防腐设计。

支座作为桥梁上部结构的永久和最终支承构件，安装须严格操作，从而保证安装质量。同时在支座垫石与支座底板做好中心线标记，并将永久支座与支座垫石和T梁底部预埋钢板进行焊接安装。

6 预制T梁方案及优点分析

桥梁设计应选择多个方案进行综合比对分析，对经济相当的方案应进行深度技术比较，最终选出最佳方案[3]。该桥梁施工原计划就设置了T梁预制场，无须重新建设，梁型均为40 m预制T梁，因此，预制施工在梁场可以统一进行流水作业施工。施工技术成熟，风险较低，工作效率提高，质量易控制。

6.1 有效缩短工期

支架现浇施工周期约118 d，属于节点工程，现浇施工周期长，对整个工期影响较大。下部结构施工与预制T梁制作可同时衔接进行，下部结构完成施工并满足架梁条件时就可以进行预制T梁架设，梁场预制本段T梁施工约需20 d，架桥机架梁及现浇段需要18 d，较支架法施工而言，可有效地缩短工期。

6.2 降低施工成本

桥梁其他孔跨均采用架桥机架梁，变更后，40 m T型梁可在梁场集中进行预制，使用架桥机进行架设，机械化效率高，可减少铺架设备的拆、组次数，有效利用资源，降低施工成本。

6.3 降低项目安全风险

现浇箱梁施工需支架支撑，此处桥墩高度较高，支架整体稳定性较低，采用预制架设施工可避免搭设支架或支墩，大大降低项目安全风险。

6.4 保证使用寿命

连续上部结构特点为连续墩墩顶负弯矩区弯矩较大，预应力结构体系可有效解决该问题。普通混凝土箱梁在板顶易产生裂缝，缩短桥梁的使用寿命。变更施工设计后，梁体结构发生改变，桥梁的使用年限、技术指标及参数参考原设计，不发生改变，使用性能无影响。

7 结语

该工程大桥右幅综合考虑安全、环保、经济、施工难度等多方面因素，优化后的设计方案不仅结构简单，施工技术更加成熟，后期养护更加方便，加快了施工进度，降低了项目施工安全风险，保证了桥梁使用寿命，节约了施工成本，减少了建设投资，有利于周围生态环境的保护。高速公路现浇箱梁与预制T梁的设计方案对比直接关系到施工过程以及竣工后经济效益和安全性，而当下桥梁建设过程中，建设投资大，勘察设计周期短，控制性节点工程的施工进度要求高，所以需要设计者从长远社会效益考虑。结合地形地貌勘察、施工条件、施工工期及水文计算结果等因素，经过比对分析，选取成本低、质量好、性能优以及技术合理可行的桥型。

参考文献

[1]周剑萍. 高原山区高速公路跨越沟谷地形时的桥型比选[J]. 公路， 2013（5）： 81-84.

[2]唐再芳. 预制T梁与现浇箱梁方案比选[J]. 中国科技信息， 2011（13）： 63-64.

[3]苏少婵. 大型公路桥梁桥型方案设计比选问题的探讨[J]. 北方交通， 2018（4）： 29-31.

收稿日期：2022-04-20

作者简介：姜河（1980—），男，本科，高级工程师，研究方向：公路工程项目监理管理机制及模式。