山區(qū)高速公路受復(fù)雜地形的限制, 需修建大量的橋隧結(jié)構(gòu)物, 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 地形地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū), 橋隧占路線總長的20% ～40%, 造價(jià)占總造價(jià)的30%～60%, 大部分為常規(guī)橋型, 橋梁的橋型方案對控制工程總造價(jià)影響較大。
橋型方案擬定及比選
大中橋橋型方案擬定原則：
橋型方案的選擇是在橋位、凈空標(biāo)準(zhǔn)和路線平面線形確定后, 結(jié)合橋址區(qū)的地質(zhì)、水文、施工條件、景觀協(xié)調(diào)和造價(jià)等因素, 進(jìn)行綜合比選后確定。選擇橋型方案的原則如下。
( 1) 符合總體設(shè)計(jì)要求, 綜合考慮水文、地質(zhì)、通航、環(huán)境保護(hù)等控制因素。
( 2) 適合橋位處地形特點(diǎn), 擇優(yōu)選擇技術(shù)成熟、施工方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的常規(guī)結(jié)構(gòu)型式。多跨長橋盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì), 便于工廠化生產(chǎn)。
( 3) 施工方案應(yīng)綜合考慮施工場地布置、征地拆遷、材料運(yùn)輸?shù)葪l件。
( 4) 考慮建橋條件, 使上下部結(jié)構(gòu)施工難度小、工期短, 以爭取早建成、早發(fā)揮效益。
( 5) 風(fēng)景區(qū)橋梁, 橋型方案應(yīng)考慮景觀效果。
橋型結(jié)構(gòu)比選：
為提高施工速度, 降低工程造價(jià), 橋梁上部構(gòu)造應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化的橋型。
目前裝配式結(jié)構(gòu)主要有16～40 m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁、小箱梁、空心板、I 形組合梁等。工程中因技術(shù)經(jīng)濟(jì)原因, 采用50 m 跨徑的較少。
下面以目前山區(qū)高速公路常用的幾種標(biāo)準(zhǔn)跨徑( 20 m、25 m、30 m) 進(jìn)行不同上部結(jié)構(gòu)型式比較。
( 1) 20m跨徑
20 m 跨徑板梁上部結(jié)構(gòu)比較, 見圖1 和表1。
在工程實(shí)踐中, 圖1 中各種上部結(jié)構(gòu)均有采用,其中板寬1. 0 m 和1. 24 m 空心板早期應(yīng)用較多, T梁采用相對較少, 主要用于低等級(jí)公路。近年來隨著施工工藝改進(jìn), 應(yīng)用較多的是寬幅式空心板和組合小箱梁, 其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較其他結(jié)構(gòu)優(yōu)勢較為明顯,因此一般情況下, 20 m 跨徑上部結(jié)構(gòu)推薦采用寬幅式空心板或組合小箱梁。
( 2) 25m跨徑
25 m 跨徑橋型上部結(jié)構(gòu)比較見表2。
25m標(biāo)準(zhǔn)跨徑上部結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多的主要在互通立交匝道橋中, 其中寬幅式空心板和組合小箱梁可通過調(diào)整板梁寬( 異型板梁) 或現(xiàn)澆橋面板寬度以適應(yīng)互通內(nèi)線形加寬漸變段的變化, 它給設(shè)計(jì)施工帶來方便而受到歡迎, 其中寬幅式空心板預(yù)制梁高較矮, 對一些有凈空要求的橋梁采用較多。因此一般情況下, 互通跨線橋上部結(jié)構(gòu)推薦采用寬幅式空心板或小箱梁; 主線橋一般采用T 梁。
(3)30m跨徑
30m跨徑橋型上部結(jié)構(gòu)比較見表3。
從表3分析, 跨徑30m的上部結(jié)構(gòu)采用的組合小箱梁或預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁方案, 兩者總體比較各種指標(biāo)均差不多, 優(yōu)缺點(diǎn)各異, 目前工程中均有采用, 設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況、施工工藝等, 綜合比較后選用。
不同標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋型方案的比選
不同標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋型方案的比選, 往往取決于橋梁高跨比、地形地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)、地區(qū)的習(xí)慣做法以及橋梁美學(xué)方面的要求, 通過對大量橋型上下部結(jié)構(gòu)綜合篩選分析, 選擇出最優(yōu)橋型方案, 從而避免在設(shè)計(jì)文件中同類橋型反復(fù)比選、簡單重復(fù),并且可以提高工作效率, 起到以點(diǎn)代面、事半功倍的效果。
( 1) 不同標(biāo)準(zhǔn)跨徑上部構(gòu)造經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較 �？鐝�20～40 m 梁( 板) 上部構(gòu)造, 一般采用先簡支后橋面連續(xù)或結(jié)構(gòu)連續(xù), 也可進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換為剛構(gòu)、連續(xù)—剛構(gòu)形式, 施工方法一般采用后張法,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4。
從表4 分析, 就上部構(gòu)造而言, 材料指標(biāo)總體隨著跨徑的增加而增大, 因此對橋梁不同跨徑橋型方案的選取, 必須結(jié)合下部構(gòu)造的材料指標(biāo)及施工條件綜合考慮。
( 2) 不同標(biāo)準(zhǔn)跨徑下部結(jié)構(gòu)形式的選取。 山嶺重丘區(qū)地形條件各異, 總體高差較大, 河谷切割多呈較狹窄的U 形或V 形溝谷, 沖溝發(fā)育復(fù)雜, 同一座橋梁橋墩相差也很懸殊。
由于地形起伏較大, 特別是橫向變化, 因此橋臺(tái)的填土高度一般盡可能控制在8 m 以內(nèi), 同時(shí)應(yīng)盡可能伸進(jìn)山體, 增加其穩(wěn)定性, 避免橋頭跳車、橋頭段填土溜坡困難( 即剝山皮現(xiàn)象) 或擋土墻設(shè)置困難。橋臺(tái)型式主要采用輕型臺(tái)( 板凳式) 、樁柱式( 橋頭填土≤6 m) 、肋板式橋臺(tái), 樁基礎(chǔ)或擴(kuò)大基礎(chǔ)。
通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析, 橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)大部分采用擴(kuò)大基礎(chǔ)( 持力層在5 m 以內(nèi)) 或嵌巖樁, 因基巖埋深較淺, 樁長一般不超過30 m, 樁長隨跨徑的不同變動(dòng)不大。
綜上分析, 不同標(biāo)準(zhǔn)跨徑下部結(jié)構(gòu)形式比選的關(guān)鍵因素主要取決于橋墩形式的選擇, 根據(jù)山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與橋梁高跨比的要求, 橋墩型式主要采用柱式墩、Y 形墩、十字墩、空心墩、變截面墩等, 其應(yīng)用范圍見表5。
經(jīng)綜合分析: 當(dāng)墩高小于30 m 時(shí), 雙柱式墩、Y形墩是最實(shí)用、最經(jīng)濟(jì)的橋墩型式, 圓柱式墩工藝成熟, 提升滑模施工快, 與樁基礎(chǔ)銜接性好; Y 形墩外觀美觀, 但施工相對復(fù)雜, 施工支架較多, 施工工期長, 需要設(shè)大體積承臺(tái)過渡樁基礎(chǔ), 基坑開挖對自然環(huán)境破壞較大, 總的材料指標(biāo)較高。因此, 墩高30 m以下推薦采用圓柱墩。墩高大于30 m 時(shí), 橋墩的施工穩(wěn)定問題突出, 對橋墩的剛度要求較高, 因此矩形墩、Y 形墩、十字墩、空心墩、變截面墩等均可采用。
另對于左右錯(cuò)幅橋梁或跨越橋, 因受被交叉公路凈寬、交角限制時(shí), 推薦采用對橋下凈空占?jí)狠^小的橋墩型式, 如獨(dú)柱墩、Y 形墩或十字墩等。
( 3) 不同標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋型方案比選實(shí)例。
根據(jù)墩高的不同, 選用以下工程實(shí)例進(jìn)行比選。
①墩高≤ 20 m, 橋型方案比選。
選用跨徑20 m 預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板與30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T 形組合梁, 進(jìn)行全橋上下部結(jié)構(gòu)綜合比選。2 種橋型方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果見表6。
由表6可以得出以下結(jié)論: 同一橋位, 在
相同施工條件下, 墩高H ≤20m的橋梁, 20m預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板比30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁經(jīng)濟(jì)。
②20m< 墩高≤ 35m橋型方案比選
選用跨徑30m預(yù)應(yīng)力混凝土T形組合梁與40m預(yù)應(yīng)力混凝土T形組合梁, 進(jìn)行全橋上下部結(jié)構(gòu)綜合比選。2種橋型方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果見表7。
由表7可以得出以下結(jié)論: 同一橋位, 在相同施工條件下, 墩高在20～35m的橋梁, 30m預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁橋型方案較40m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁經(jīng)濟(jì)性好。但隨著墩高的增加, 40m跨徑單位經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐漸顯示出比30mT梁經(jīng)濟(jì)的趨勢。
同時(shí)對于平均橋高在15～30m之間的橋梁,可選用的下部結(jié)構(gòu)方案較 多, 結(jié)合地形、地質(zhì)條件、施工條件、前后橋梁的結(jié)構(gòu)形式、交叉工程等因素綜合考慮, 可原則上采用30m預(yù)應(yīng)力混凝土組合T梁或組合小箱梁。
平均橋高在30～35m之間者, 根據(jù)橋長及布墩限制條件, 采用30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁, 或組合小箱梁, 或40m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁均可。
③ 35m< 墩高≤ 50m橋型方案比選。 選用跨徑為30m的預(yù)應(yīng)力混凝土T 形組合梁與40m預(yù)應(yīng)力混凝土T形組合梁, 進(jìn)行全橋上下部結(jié)構(gòu)綜合比選。2種橋型方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果見表8。從表8可以看出, 在同等施工條件下, 墩高H>35m橋梁,40m跨徑橋型方案比30m跨徑經(jīng)濟(jì)、合理, 見圖2所示。
篇后語：
( 1) 橋梁處于山嶺重丘區(qū), 上部構(gòu)造推薦采用30m或40m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁或小箱梁、20m預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板或小箱梁, 結(jié)構(gòu)連續(xù)、剛構(gòu)或連續(xù)- 剛構(gòu)體系; 下部構(gòu)造根據(jù)墩高、高跨比值采用雙圓柱墩、十字墩。橫向地形變化較大的地段, 沖刷強(qiáng)烈的溝( 谷) 底, 原則上均采用鉆( 挖) 孔樁基礎(chǔ) , 以便盡量減少對自然環(huán)境的破壞。
( 2) 當(dāng)墩高H≤20m 時(shí), 在20m跨徑橋型方案與30 m 跨徑的比較中, 20m跨徑橋型方案造價(jià)較低, 而且運(yùn)輸及安裝方便、施工工期短、剛度大、簡潔美觀, 具有明顯優(yōu)勢, 推薦采用。
( 3) 當(dāng)墩高15m< H ≤30m 時(shí), 在30m跨徑橋型方案與40m跨徑比較中, 30m跨徑造價(jià)較低 ,但隨著墩高的增加, 40m 跨徑橋型方案逐漸顯示出比30m跨徑經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn), 但考慮到40m跨徑的梁運(yùn)輸較困難、吊裝重量大, 設(shè)計(jì)中一般采用30m跨徑橋型方案。 當(dāng)墩高30m≤H ≤35m時(shí), 結(jié)合具體橋梁長度、位置、下穿工程及地形起伏情況, 選用30m或40m跨徑橋型方案均可 。
( 4) 當(dāng)墩高35m< H < 50m時(shí), 在30m跨徑橋型方案與40m跨徑比較中, 40m跨徑橋型方案造價(jià)明顯較低, 特別是在大橋中, 40m 跨徑施工工期比跨徑30 m 短, 因此設(shè)計(jì)中, 一般采用40 m 跨徑橋型方案。
( 5) 必須指出的是, 由于地形起伏較大, 特別是大橋, 同一座橋梁墩高相差懸殊, 所以, 設(shè)計(jì)中在擬定推薦橋型方案時(shí), 須盡可能在同一座橋中采用統(tǒng)一的橋梁跨徑, 以便于施工 。但對于個(gè)別特長的高架橋, 結(jié)合地形條件, 也可同時(shí)采用兩種跨徑的混合式結(jié)構(gòu)形式,目的是盡可能降低造價(jià) , 改善橋梁不良的受力狀態(tài)。
( 6) 橋梁推薦方案的擬定, 是通過經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較并結(jié)合施工條件、地形地質(zhì)條件得來的, 同時(shí)也吸收了多條山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn), 因此在設(shè)計(jì)中, 特別是初步設(shè)計(jì)中, 除特殊情況外, 通過以上橋型的模擬比較及數(shù)理分析, 從而在設(shè)計(jì)文件中不需對有關(guān)橋梁逐一進(jìn)行橋型方案比較, 可避免簡單重復(fù), 以提高工作效率。
