探索道路橋梁發展趨勢

王曉敏,楊景權

(1.黑龍江省收費公路管理局;2.黑龍江省公路工程監理咨詢公司)

1 板式橋

板式橋是公路橋梁中量大、面廣的常用橋型,它構造簡單、受力明確,可以采用鋼筋混凝土和預應力混凝土結構;可做成實心和空心,就地現澆為適應各種形狀的彎、坡、斜橋,因此,一般公路、高等級公路和城市道路橋梁中,廣泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原區高速公路上的中、小跨徑橋梁,特別受到歡迎,從而可以減低路堤填土高度,少占耕地和節省土方工程量。

實心板一般用于跨徑 13 m以下的板橋。因為板高較矮,挖空量很小,空心折模不便,可做成鋼筋混凝土實心板,立模現澆或預制拼裝均可。

空心板用于等于或大于 13m跨徑,一般采用先張或后張預應力混凝土結構。先張法用鋼絞線和冷拔鋼絲;后張法可用單根鋼絞線、多根鋼絞線群錨或扁錨,立模現澆或預制拼裝。成孔采用膠囊、折裝式模板或一次性成孔材料如預制薄壁混凝土管或其他材料。

鋼筋混凝土和預應力混凝土板橋,其發展趨勢為:采用高標號混凝土,為了保證使用性能盡可能采用預應力混凝土結構;預應力方式和錨具多樣化;預應力鋼材一般采用鋼絞線。板橋跨徑可做到 25m,目前有建成 35～40m跨徑的橋梁。在我看來跨徑太大,用材料不省,板高矮、剛度小,預應力度偏大,上拱高,預應力度偏小,可能出現下撓;若采用預制安裝,橫向連接不強,使用時容易出現橋面縱向開裂等問題。由于吊裝能力增大,預制空心板幅寬有加大趨勢,1.5m左右板寬是合適的。

2 梁式橋

2.1 簡支 T型梁橋

T型梁橋在我國公路上修建最多,早在 20世紀 50、60年代,我國就建造了許多T型梁橋,這種橋型對改善我國公路交通起到了重要作用。

T形梁采用鋼筋混凝土結構的已經很少了,從 16m到50m跨徑,都是采用預制拼裝后張法預應力混凝土 T形梁。預應力體系采用鋼絞線群錨,在工地預制,吊裝架設。其發展趨勢為:采用高強、低松弛鋼絞線群錨:混凝土標號 40～60號;T形梁的翼緣板加寬,25m是合適的;吊裝重量增加;為了減少接縫,改善行車,采用工型梁,現澆梁端橫梁濕接頭和橋面,在橋面現澆混凝土中布置負彎矩鋼束,形成比橋面連續更進一步的“準連續”結構。

預應力混凝土T形梁有結構簡單,受力明確、節省材料、架設安裝方便,跨越能力較大等優點。其最大跨徑以不超過50m為宜,再加大跨徑不論從受力、構造、經濟上都不合理了。大于 50m跨徑以選擇箱形截面為宜。

目前的預應力混凝土T形梁采用全預應力結構,預應力張拉后上拱偏大,影響橋面線形,帶來橋面鋪裝加厚。為了改善這些缺點,建議預制時在臺座上設反拱,反拱值可采用預施應力后裸梁上拱值的 1/2～2/3。

2.2 連續箱形梁橋

箱形截面能適應各種使用條件,特別適合于預應力混凝土連續梁橋、變寬度橋。因為嵌固在箱梁上的懸臂板,其長度可以較大幅度變化,并且腹板間距也能放大;箱梁有較大的抗扭剛度,因此,箱梁能在獨柱支墩上建成彎斜橋;箱梁容許有最大細長度;應力值 σg+p較低,重心軸不偏一邊,同 T形梁相比徐變變形較小。

箱梁截面有單箱單室、單箱雙室(或多室),早期為矩形箱,逐漸發展成斜腰板的梯形箱。

箱梁橋可以是變高度,也可以是等高度。從美觀上看,有較大主孔和邊孔的三跨箱梁橋,用變高度箱梁是較美觀的;多跨橋(三跨以上)用等高箱梁具有較好的外觀效果。

隨著交通量的快速增長,車速提高,人們出行希望有快速、舒適的交通條件,預應力混凝土連續箱梁橋能適應這一需要。它具有橋面接縫少、梁高小、剛度大、整體性強,外形美觀,便于養護等。

3 鋼筋混凝土拱橋

我國公路上修建拱橋數量最多。石拱橋由于自重大,原料加工費時費工,大跨石拱橋修建少了。山區道路上的中、小橋涵,因地制宜,采用石拱橋(涵)還是合適的。大跨徑拱橋多采用鋼筋混凝土箱拱、勁性骨架拱和鋼管混凝土拱。

鋼筋混凝土拱橋的跨徑,一直落后于國外,主要原因是受施工方法的限制。我國橋梁工作者都一直在探索,尋求安全、經濟、適用的方法。根據近年的實踐,常用的拱橋施工方法有:(1)主支架現澆;(2)預制梁段纜索吊裝;(3)預制塊件懸臂安裝;(4)半拱轉體法;(5)剛性或半剛性骨架法。

鋼筋混凝土拱橋自重較大,跨越能力比不上鋼拱橋,但是,因為鋼筋混凝土拱橋造價低,養護工作量小,抗風性能好等優點,仍被廣泛采用,特別是崇山峻嶺的我國西南地區。

鋼筋混凝土拱橋形式較多,除山區外,也適合平原地區,如下承式系桿拱橋。結合環境、地形,加之拱橋的雄偉、美麗的外形,可以創造出天人合一的景觀。

4 斜拉橋

斜拉橋是我國大跨徑橋梁最流行的橋型之一。目前為止建成或正在施工的斜拉橋共有 30余座,僅次于德國、日本,而居世界第三位。而大跨徑混凝土斜拉橋的數量已居世界第一。

我國斜拉橋的主梁形式:混凝土以箱式、板式、邊箱中板式;鋼梁以正交異性極鋼箱為主,也有邊箱中板式。

現在已建成的斜拉橋有獨塔、雙塔和三塔式。以鋼筋混凝土塔為主。塔型有 H形、倒Y形、A形、鉆石形等。

斜拉索仍以傳統的平行鍍鋅鋼絲、冷鑄錨頭為主。鋼絞線斜拉索目前在汕頭石大橋采用。鋼絞線用于斜拉索,無疑使施工操作簡單化,但外包 PE的工藝還有待研究。

斜拉橋的施工方法:混凝土斜拉橋主要采用懸臂澆筑和預制拼裝;鋼箱和混合梁斜位橋的鋼箱采用正交異性板,工廠焊接成段,現場吊裝架設。鋼箱與鋼箱的連接,一是螺栓,二是全焊,三是栓焊結合。

一般說,斜拉橋跨徑 300～1 000m是合適的,在這一跨徑范圍,斜拉橋與懸索橋相比,斜拉橋有較明顯優勢。德國著名橋梁專家 F.leonhardt認為,即使跨徑 1 400m的斜拉橋也比同等跨徑懸索橋的高強鋼絲節省 1/2,其造價低 30%左右。

斜拉橋發展趨勢:跨徑會超過 1 000 m;結構類型多樣化、輕型化;加強斜拉索防腐保護的研究;注意索力調整、施工觀測與控制及斜拉橋動力問題的研究。

5 懸索橋

懸索橋是特大跨徑橋梁的主要形式之一,可以說是跨千米以上橋梁的唯一橋型(從目前已建成橋梁來看說是唯一橋型)。但從發展趨勢上看,斜拉橋具有明顯優勢。但根據地形、地質條件,若能采用隧道式錨碇,懸索橋在千米以內,也可以同斜拉橋競爭。根據理論分析,就目前的建材水平,懸索橋的最大跨徑可達到 3 500m左右。已建成的日本明石海峽大橋,主跨已達 1 990m。正在計劃中的意大利墨西拿海峽大橋,設計方案之一是懸索橋,其主跨 3 500m。當然還有規劃中更大跨徑的懸索橋。

懸索橋跨徑增大,如上所述當跨徑達 3 500 m時,動力問題將是一個突出的矛盾,所以,對特大跨橋梁,已提出用懸索橋和斜拉橋相結合的“吊拉式”橋型。

塔的材料,國外以鋼為主,我國以混凝土為主,近年來國外也有向混凝土發展的趨勢,基礎多為鉆孔樁或沉井。

錨碇一般以重力式和地錨為主,少數地質條件好的采用了隧道錨。深水錨碇往往采用沉井或地下連續墻。如江陰長江大橋北錨,位于沖積層上,采用 69m×51m帶有 36個隔倉的沉井,下沉深度達 58m;日本明石海峽大橋神戶側錨碇采用環形地下連續墻基礎,直徑 85 m,高 73.5 m,槽寬2.2m。

懸索橋結合地形、地質、水文可采用單跨懸吊、雙跨不對稱懸吊和三跨懸吊(簡支和連續體系)。據查,世界上懸索橋多為單跨懸吊,其次是不對稱雙跨和三跨簡支懸吊。三跨懸吊連續體系最少。

主纜的施工方法:空中紡線法(AS);索股法(PWS)。我國幾座懸索橋均采用PWS法。索股采用Φ5mm鍍鋅鋼絲,由 91或 127根 Φ5組成一根索股,根據受力鋼纜由不同數量索股組成。

6 結束語

隨著我國經濟發展,材料、機械、設備工業相應發展,這為我國修建大跨徑斜拉橋和懸索橋提供了有力保障。再加上廣大橋梁建設者的精心設計和施工,使我國建橋水平已躍身于世界先進行列。我國幅員遼闊,經濟發展水平參差不齊,經濟上總體水平不高,公路橋梁發展還是要著眼于量大、面廣的一般大、中橋,這類橋梁仍以預應力混凝土結構為主。首先,要著重抓多樣化、標準化,編制適用經濟的標準圖,提高施工水平和質量,然后再抓住跨越大江(河)、海灣的特大型橋梁建設,不斷總結經驗,既體現公路人的建橋水平,又要保證高標準、高質量建橋。

改革開放,黨的富民政策,改變了人們的認識,“要致富、先修路”已成共識,加快交通基礎設施建設已變成了人們的自覺行動。國家投資重點傾斜以及集資渠道的多元化,為我國公路橋梁發展提供了資金保證。展望公路橋梁發展趨勢,珍惜時機,創造性勞動,為改變我國公路建設落后狀況,努力工作。

[1] 唐杰軍 .2008道路貨運規范化管理工作實務全書[M].人民交通出版社,2008.

[2] 王麗群 .中華人民共和國道路交通安全法貫徹實施與道路交通安全管理、事故預防、處理及疑難案例分析實用手冊[M].人民交通出版社,2006.

[3] 王中偉.橋涵設計[M].人民交通出版社,2002.