中小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究

韓曉東，孫義斐

（中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100088）

當(dāng)前，我國公路橋梁建設(shè)取得了舉世矚目的成就。推進(jìn)中小跨徑橋梁裝配化建設(shè)，是促進(jìn)橋梁轉(zhuǎn)型升級、提升工程品質(zhì)的有效路徑。高速公路常規(guī)大中橋設(shè)計則采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的常規(guī)預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，待橋位、橋孔確定后，結(jié)合橋址區(qū)的地質(zhì)、水文、施工條件、景觀協(xié)調(diào)和造價經(jīng)濟(jì)合理性等因素，進(jìn)行綜合比選后確定上部結(jié)構(gòu)主梁類型。

1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

本文根據(jù)預(yù)制裝配化設(shè)計原則，選定20m、30m、40m、50m、60m共5種常規(guī)跨徑，考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，主要從混凝土梁、鋼－混組合梁和鋼結(jié)構(gòu)梁三種結(jié)構(gòu)型式中進(jìn)行多維度比選，共計3大類7小類。

以某在建高速公路項(xiàng)目中單幅橋?qū)?0m的中小跨徑橋梁為研究對象，根據(jù)表1所列跨徑及對應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)類型，確定各方案的橫斷面參數(shù)，具體如表2所示。

表1 橋梁上部結(jié)構(gòu)方案及適應(yīng)跨徑一覽表

表2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)一覽表

2 方案評價

2.1 權(quán)重評價法

本文采用多維度權(quán)重評價法進(jìn)行方案研究，評價方法如下：項(xiàng)目A的子方案存在n個維度可進(jìn)行評價，每個維度的權(quán)重為Wi(i=1～n)，滿足：

2.2 評價維度

對上述所提出的上部結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行評價比選，現(xiàn)選取與橋梁方案密切相關(guān)的11個評價維度，詳見表3。

表3 上部結(jié)構(gòu)方案評價維度表

2.3 經(jīng)濟(jì)性評價

本文對一聯(lián)橋的工程造價進(jìn)行估算，得到各個方案的綜合單價，見表4。

表4 橋梁上部方案造價對比表（元/m2）

由表4可得，同等跨徑條件下裝配式小箱梁造價指標(biāo)明顯低于其他結(jié)構(gòu)類型，而小箱梁和T梁的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)相當(dāng)，二者是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型中最具優(yōu)勢的上部方案。同等跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁指標(biāo)比混凝土結(jié)構(gòu)平均偏高15.8%～52.1%。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)作為單項(xiàng)維度仍無法全面反映結(jié)構(gòu)類型的合理性，僅在評價過程中考慮一定的權(quán)重。

2.4 評價實(shí)例

目前常用的30m、40m裝配式小箱梁和裝配式T梁，各有其適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合以往的工程實(shí)踐，現(xiàn)對這兩類結(jié)構(gòu)型式的各項(xiàng)維度進(jìn)行統(tǒng)計和比較。上部結(jié)構(gòu)方案多維度比選結(jié)果，見表5。

表5 上部方案綜合對比表

由表5可知，在安全性和適用性上小箱梁和T梁兩者相當(dāng)，無太大差異，在經(jīng)濟(jì)性上30m和40m跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)分體箱梁明顯好于T梁，30m和40m跨徑T梁每平方米造價比同等跨徑的分體式箱梁高出19.2%和11.9%。綜合比較，30m、40m標(biāo)準(zhǔn)跨徑裝配式小箱梁優(yōu)于裝配式T梁。

2.5 評價結(jié)果

結(jié)合上述評價維度及評價實(shí)例，對20～60m跨徑上部結(jié)構(gòu)類型，按照以下評價得分并結(jié)合實(shí)際來擇優(yōu)選取合理的上部類型。不同跨徑所對應(yīng)的各方案的評價結(jié)果，圖1～4所示。

圖1 30m跨徑上部方案評價結(jié)果

（1）由表7可得，對于20m跨徑，裝配式小箱梁及T梁顯然為最具優(yōu)勢的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型。而該跨徑對應(yīng)的裝配式T梁梁高較矮，無須內(nèi)模，可明顯減少施工及監(jiān)理工作量，有利于保證施工質(zhì)量，且吊裝重量小，組裝效率高，故20m跨徑宜首選裝配式T梁。

（2）由圖1可得，對于30m跨徑，傳統(tǒng)的裝配式小箱梁及T梁仍有顯著優(yōu)勢，二者的評價得分相當(dāng)，故選型時，還應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目所在地的設(shè)計和施工經(jīng)驗(yàn)。對于山區(qū)高速公路中大規(guī)模布設(shè)的該范圍跨徑的橋梁，宜首選裝配式小箱梁，其造價低廉且工藝成熟，便于快速裝配化施工。

對于平原地區(qū)或市政橋梁，或有較高的保通需求時，則建議嘗試選用整孔預(yù)制大箱梁，該結(jié)構(gòu)類型采用梁場集中預(yù)制，預(yù)制梁就位后再現(xiàn)澆中橫梁，形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，完成體系轉(zhuǎn)換。但由于單片梁自重大，需要特殊的搬提運(yùn)架設(shè)備，設(shè)備費(fèi)用較高，故排序較后。

（3）由圖2可得，對于40m跨徑，傳統(tǒng)的裝配式小箱梁評價得分仍居首位，裝配式T梁次之。在評價指標(biāo)方面，二者并無實(shí)際明顯的孰優(yōu)孰劣，當(dāng)面前面寬度較寬時，裝配式T梁主梁片數(shù)較多，現(xiàn)場濕接縫工程量較大，支座數(shù)量較多。對于作業(yè)難度較高的山區(qū)橋梁、橋梁寬度較大的市政橋梁，裝配式小箱梁宜作為首選結(jié)構(gòu)型式。

圖2 40m跨徑上部方案評價結(jié)果

節(jié)段拼裝箱梁可適當(dāng)結(jié)合項(xiàng)目條件進(jìn)行推廣使用，該方案上部斷面采用大懸臂箱梁，外形美觀。箱梁節(jié)段可以工廠標(biāo)準(zhǔn)化施工，現(xiàn)場施工工作量小，施工質(zhì)量好，效率高，同時，對曲線橋梁和變寬段橋梁適應(yīng)能力強(qiáng)。該方案對施工的要求非常高，接縫處理會直接影響到結(jié)構(gòu)耐久性。

（4）由圖3可得，對于50m跨徑，傳統(tǒng)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)已不具備優(yōu)勢，上部結(jié)構(gòu)首選鋼板組合梁。鋼板組合梁可有效減少構(gòu)件截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，減少地震作用，降低基礎(chǔ)造價，方便施工安裝。橫斷面確定應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)寬度確定，采用4片主梁的少主梁方案，可避免較多的支座施工和養(yǎng)護(hù)工作量。目前，已推廣應(yīng)用的裝配化工字組合梁鋼橋通用圖具有極高的參考價值。

圖3 50m跨徑上部方案評價結(jié)果

（5）由圖4可得，對于60m跨徑，鋼箱梁宜作為首選，其整體性和施工工期較優(yōu)，其方案外形美觀，對曲線橋梁和變寬段橋梁適應(yīng)能力較強(qiáng)。此外，箱形整體截面，抗扭強(qiáng)度，整體穩(wěn)定性好，鋼梁強(qiáng)度高，質(zhì)量病害少，結(jié)構(gòu)安全度高。雖然鋼箱梁方案造價較高，現(xiàn)場焊接工作量大，但其跨越能力在60m跨徑橋梁方案中優(yōu)勢顯著。

圖4 60m跨徑上部方案評價結(jié)果

槽鋼組合梁結(jié)構(gòu)評價得分次之，中小跨徑的鋼槽組合梁一般多采用分離式箱體，整體景觀效果較差。同時，對于60m等較大跨徑，需要在安裝時搭設(shè)臨時支墩，以及現(xiàn)場搭設(shè)模板澆筑縱、橫向濕接縫橋面板連接混凝土，施工工序較為煩瑣。

3 結(jié)語

本文針對7種類型的上部結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了多維度的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析比選，得出了適用于20～60m中小跨徑橋梁的上部類型，具體結(jié)論如下：

（1）對于20m跨徑，上部結(jié)構(gòu)宜首選裝配式T梁。該跨徑對應(yīng)的梁高較矮，相較裝配式小箱梁，T梁無須內(nèi)模，可明顯減少施工及監(jiān)理工作量，有利于保證施工質(zhì)量，且吊裝重量小，組裝效率高，能夠節(jié)省施工成本。

（2）對于30m、40m跨徑，山區(qū)高速公路宜首選裝配式小箱梁，平原地區(qū)或市政橋梁建議選用節(jié)段拼裝箱梁或整孔預(yù)制大箱梁。鋼板組合梁景觀性一般，存在一定的現(xiàn)場澆筑量，在該跨徑范圍不作為首先方案。

（3）對于50m跨徑，本文推薦采用裝配化工字組合梁鋼橋通用圖。對于60m跨徑，鋼箱梁宜作為首選，槽鋼組合梁次之。上述3類鋼結(jié)構(gòu)型式均具備一定的跨越能力，故方案的選用應(yīng)結(jié)合具體項(xiàng)目條件再做深入研究。目前，60m跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁尚缺乏統(tǒng)一的行業(yè)通用圖，仍需進(jìn)一步研究。

（4）主梁結(jié)構(gòu)方案比選尚應(yīng)考慮橋面寬度及下部結(jié)構(gòu)型式等敏感因素，故多維度權(quán)重評價法應(yīng)當(dāng)注重維度的全面性，在后續(xù)設(shè)計工作中有待探究，以形成標(biāo)準(zhǔn)化的評價系統(tǒng)和完備的上部結(jié)構(gòu)首選方案。