高速公路是我國重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施。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, 地形地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū), 橋隧占路線總長的 20% ～40%, 造價占總造價的 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影響較大。
1、橋型方案擬定及比選
1.1大中橋橋型方案擬定原則
橋型方案的選擇是在橋位、凈空標準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)和造價等因素, 進行綜合比選后確定。選擇橋型方案的原則如下。
( 1) 符合總體設(shè)計要求, 綜合考慮水文、地質(zhì)、通 航、環(huán)境保護等控制因素。
( 2) 適合橋位處地形特點, 擇優(yōu)選擇技術(shù)成熟、 施工方便、 經(jīng)濟實用的常規(guī)結(jié)構(gòu)型式。多跨長橋盡量采用標準化設(shè)計, 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。
1.2橋型結(jié)構(gòu)比選
為提高施工速度, 降低工程造價, 橋梁上部構(gòu)造應(yīng)盡量采用標準化、裝配化的橋型。
1.2.1相同標準跨徑不同上部結(jié)構(gòu)型式的比較
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準跨徑 ( 20 m、 25 m、 30 m) 進行不同上部結(jié)構(gòu)型式比較。
( 1) 20 m 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, 主要用于低等級公路。近年來隨著施工工藝改進, 應(yīng)用較多的是寬幅式空心板和組合小箱梁, 其經(jīng)濟技術(shù)指標較其他結(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) 25 m 跨徑。25 m 跨徑橋型上部結(jié)構(gòu)比較見表 2。
25 m 標準跨徑上部結(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) 30 m 跨徑。 30 m 跨徑橋型上部結(jié)構(gòu)比較見表 3。
從表3 分析, 跨徑30 m 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均差不多, 優(yōu)缺點各異, 目前工程中均有采用, 設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實際情況、施工工藝等, 綜合比較 后選用。
1. 2. 2 不同標準跨徑橋型方案的比選
不同標準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)計施工經(jīng)驗、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, 選擇出好的橋型方案, 從而避免在設(shè)計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, 起到以點代面、 事半功倍的效果。
( 1) 不同標準跨徑上部構(gòu)造經(jīng)濟指標的比較。 跨徑 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)濟指標見表 4。從表 4分析, 就上部構(gòu)造而言, 材料指標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)造的材料指標及施工條 件綜合考慮。
( 2) 不同標準跨徑下部結(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, 因此橋臺的填土高度一般盡可能控制在 8 m 以內(nèi), 同時應(yīng)盡可能伸進山體, 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。橋臺型式主要采用輕型臺( 板凳式) 、 樁柱式( 橋 頭填土≤6 m) 、 肋板式橋臺, 樁基礎(chǔ)或擴大基礎(chǔ)。通過數(shù)理統(tǒng)計分析, 橋梁墩臺基礎(chǔ)大部分采用擴大基礎(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 變動不大。綜上分析, 不同標準跨徑下部結(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)計經(jīng)驗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: 當墩高小于 30 m 時, 雙柱式墩、 Y 形墩是最實用、 最經(jīng)濟的橋墩型式, 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, 總的材料指標較高。因此, 墩高 30 m 以下推薦采用圓柱墩。
墩高大于 30 m 時, 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。另對于左右錯幅橋梁或跨越橋, 因受被交叉公路凈寬、 交角限制時, 推薦采用對橋下凈空占壓較小的橋 墩型式, 如獨柱墩、 Y 形墩或十字墩等。根據(jù)墩高的不同, 選用以下工程實例進行比選。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, 進行全橋上下部結(jié)構(gòu)綜合比選。2 種橋型方案經(jīng)濟指標比較結(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 ≤20 m 的橋梁, 20 m 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。
20 m< 墩高≤ 35 m 橋型方案比選。選用跨徑30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 形組合梁與40 m 預(yù)應(yīng)力混凝土 T 形組合梁, 進行全橋上下部結(jié)構(gòu)綜合比選。2 種橋型方案經(jīng)濟指標比較結(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 20～35 m 的橋梁, 30 m 預(yù)應(yīng)力 混凝土T 梁橋型方案較 40 m 預(yù)應(yīng)力混凝土 T 梁經(jīng)濟性好。
但隨著墩高的增加, 40 m 跨徑單位經(jīng)濟指 標逐漸顯示出比 30 mT 梁經(jīng)濟的趨勢。同時對于平均橋高在 15～30 m 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 30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土組合 T 梁或組合小箱梁。平均橋高在 30～35 m 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 40 m 預(yù)應(yīng)力混凝土 T 梁均可。35 m< 墩高≤ 50 m 橋型方案比選。選用跨徑為 30 m 的預(yù)應(yīng)力混凝土 T 形組合梁 與40 m預(yù)應(yīng)力混凝土 T 形組合梁, 進行全橋上下部結(jié)構(gòu)綜合比選。
2 種橋型方案經(jīng)濟指標比較結(jié)果見表8。從表8 可以看出, 在同等施工條件下, 墩高H > 35 m 橋梁,40 m 跨徑橋型方案比 30 m 跨徑經(jīng)濟、 合理, 見圖 2 所示。
2、總結(jié)
( 1) 橋梁處于山嶺重丘區(qū), 上部構(gòu)造推薦采用 30 m 或40 m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土 T 梁或小箱梁、20 m 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) 當墩高H ≤20 m 時, 在 20 m 跨徑橋型方案與30 m跨徑的比較中, 20 m 跨徑橋型方案造價較低, 而且運輸及安裝方便、 施工工期短、剛度大、簡潔美觀, 具有明顯優(yōu)勢, 推薦采用。
( 3) 當墩高 15 m< H ≤30 m 時, 在 30 m 跨徑橋型方案與 40 m 跨徑比較中, 30 m 跨徑造價較低, 但隨著墩高的增加, 40 m 跨徑橋型方案逐漸顯示出比30 m跨徑經(jīng)濟的特點, 但考慮到 40 m 跨徑的梁運輸較困難、吊裝重量大, 設(shè)計中一般采用 30 m 跨徑橋型方案。當墩高30 m≤H ≤35 m時, 結(jié)合具體橋梁長度、位置、下穿工程及地形起伏情況, 選用30 m。
