高速公路是我國重要的交通基礎設施。山區(qū)高速公路受復雜地形的限制, 需修建大量的橋隧結構物, 據(jù)不完全統(tǒng)計, 地形地質復雜的山區(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, 結合橋址區(qū)的地質、 水文、 施工條件、 景觀協(xié)調和造價等因素, 進行綜合比選后確定。選擇橋型方案的原則如下。
( 1) 符合總體設計要求, 綜合考慮水文、地質、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)選擇技術成熟、 施工方便、 經(jīng)濟實用的常規(guī)結構型式。多跨長橋盡量采用標準化設計, 便于工廠化生產(chǎn)。
( 3) 施工方案應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, 使上下部結構施工難度小、工期短, 以爭取早建成、早發(fā)揮效益。
( 5) 風景區(qū)橋梁, 橋型方案應考慮景觀效果。
1.2橋型結構比選
為提高施工速度, 降低工程造價, 橋梁上部構造應盡量采用標準化、裝配化的橋型。
1.2.1相同標準跨徑不同上部結構型式的比較
目前裝配式結構主要有 16～40 m 預應力混凝土t 梁、小箱梁、空心板、i 形組合梁等。工程中因技 術經(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) 進行不同上部結構型式比較。
( 1) 20 m 跨徑。 20 m 跨徑板梁上部結構比較, 見圖 1 和表 1。
在工程實踐中, 圖 1 中各種上部結構均有采用, 其中板寬 1. 0 m 和 1. 24 m 空心板早期應用較多, 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, 應用較多的是寬幅式空心板和組合小箱梁, 其經(jīng)濟技術指標較其他結構優(yōu)勢較為明顯, 因此一般情況下, 20 m 跨徑上部結構推薦采用寬幅式空心板或組合小箱梁。
( 2) 25 m 跨徑。25 m 跨徑橋型上部結構比較見表 2。
25 m 標準跨徑上部結構應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整板梁寬( 異型板梁) 或現(xiàn)澆橋面板寬度以適應互通內線形加寬漸變段的變化, 它給設計施工帶來方便而受到歡迎, 其中寬幅式空心板預制梁高較矮, 對一些有凈空要求的橋梁采用較多。因此一般情況下, 互通跨線橋上部結構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 跨徑橋型上部結構比較見表 3。
從表3 分析, 跨徑30 m 的上部結構采用的組合 小箱梁或預應力混凝土 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, 設計中應根據(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、 地形地質條件、設計施工經(jīng)驗、地區(qū)的習慣做法以及橋梁美學方面的要求, 通過對大量橋型上下部結構綜合篩選分析, 選擇出好的橋型方案, 從而避免在設計文件中同類橋型反復比選、 簡單重復, 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造經(jīng)濟指標的比較。 跨徑 20～40 m 梁( 板) 上部構造, 一般采用先 簡支后橋面連續(xù)或結構連續(xù), 也可進行體系轉換為剛構、連續(xù)—剛構形式, 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, 必須結合下部構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構形式的選取。 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 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, 同時應盡可能伸進山體, 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, 樁基礎或擴大基礎。通過數(shù)理統(tǒng)計分析, 橋梁墩臺基礎大部分采用擴大基礎( 持力層在 5 m 以內) 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構形式比選的關鍵因素主要取決于橋墩形式的選擇, 根據(jù)山區(qū)橋 梁設計經(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, 與樁基礎銜接性好; y 形墩外 觀美觀, 但施工相對復雜, 施工支架較多, 施工工期 長, 需要設大體積承臺過渡樁基礎, 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 預應力混凝土寬幅空心板與 30 m預應力混凝土 t 形組合梁, 進行全橋上下部結構綜合比選。2 種橋型方案經(jīng)濟指標比較結果見表6。由表 6可以得出以下結論: 同一橋位, 在相同施 工條件下, 墩高 h ≤20 m 的橋梁, 20 m 預應力混凝 土寬幅空心板比 30 m 預應力混凝土 t 梁經(jīng)濟。
20 m< 墩高≤ 35 m 橋型方案比選。選用跨徑30 m 預應力混凝土t 形組合梁與40 m 預應力混凝土 t 形組合梁, 進行全橋上下部結構綜合比選。2 種橋型方案經(jīng)濟指標比較結果見表 7。由表 7 可以得出以下結論: 同一橋位, 在相同施工條件下, 墩高在 20～35 m 的橋梁, 30 m 預應力 混凝土t 梁橋型方案較 40 m 預應力混凝土 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, 可選用的下部結構方案較多, 結合地形、 地質條件、 施工條件、 前后橋梁的結構形式、 交叉工程等因素綜合考慮, 可原則上采用 30 m 預應力混凝土組合 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 預應力混凝土 t 梁, 或組合 小箱梁, 或 40 m 預應力混凝土 t 梁均可。35 m< 墩高≤ 50 m 橋型方案比選。選用跨徑為 30 m 的預應力混凝土 t 形組合梁 與40 m預應力混凝土 t 形組合梁, 進行全橋上下部結構綜合比選。
2 種橋型方案經(jīng)濟指標比較結果見表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
( 1) 橋梁處于山嶺重丘區(qū), 上部構造推薦采用 30 m 或40 m 裝配式預應力混凝土 t 梁或小箱梁、20 m 預應力混凝土寬幅空心板或小箱梁, 結構連續(xù)、剛構或連續(xù)- 剛構體系; 下部構造根據(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, 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, 設計中一般采用 30 m 跨徑橋型方案。當墩高30 m≤h ≤35 m時, 結合具體橋梁長度、位置、下穿工程及地形起伏情況, 選用30 m。