淺談高等級(jí)道路小跨徑橋梁梁型方案

王 軍

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市 200041）

0 引言

空心板梁由于其經(jīng)濟(jì)性、施工快捷性、地理適應(yīng)性和工廠化生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝形成的產(chǎn)業(yè)鏈，是其他結(jié)構(gòu)無(wú)法比擬的。很長(zhǎng)一段時(shí)期以來(lái)，上海地區(qū)乃至全國(guó)的公路和市政道路在中小跨徑的橋梁上，已非常普遍地采用預(yù)制裝配式空心板梁結(jié)構(gòu)。

然而，經(jīng)過(guò)對(duì)采用空心板結(jié)構(gòu)的既有橋梁的檢查，暴露出空心板產(chǎn)生的諸多病害，比如：支座脫空、鉸縫薄弱甚至斷裂而造成單梁受力引起梁體開裂等，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)耐久性和使用安全。上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)印發(fā)滬建交[2009]1048號(hào)文《上海市城市道路和公路設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》（試行）中5.1.1條規(guī)定：“高速公路、一級(jí)公路、城市快速路、城市主干路和專用重車線路上的大、中、橋應(yīng)采用行車舒適、耐久性好、養(yǎng)護(hù)方便的結(jié)構(gòu)型式，優(yōu)先選用連續(xù)結(jié)構(gòu)體系，一般不得采用預(yù)制裝配式空心板結(jié)構(gòu)。”

在城市高等級(jí)道路的改、擴(kuò)建工程中，尤其在軟土地基、水網(wǎng)密集地區(qū)，采用小三孔橋梁是合理的，但原先小跨徑橋梁采用鉸接板梁，已無(wú)法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，如何解決是當(dāng)前迫在眉睫的問(wèn)題。文中將對(duì)幾種低高度、小跨徑的梁型方案進(jìn)行綜合比較，優(yōu)選出合理的方案來(lái)替代空心板。

1 空心板概述

裝配式空心板橋橫向通過(guò)現(xiàn)澆的混凝土鉸縫連接，使各塊板梁聯(lián)接成為整體。根據(jù)鉸縫類型可分為小鉸縫空心板（見圖1（a））和大鉸縫空心板（見圖1（b））。鉸縫與混凝土鋪裝同時(shí)澆筑，作用于行車道上的汽車荷載通過(guò)橋面鋪裝傳力到空心板梁，由經(jīng)鉸縫相連的各塊板梁共同受力。

圖1 常用鉸縫型式

由此可見，鉸縫是裝配式空心板的關(guān)鍵部位，橋面板的整體性主要取決于鉸縫質(zhì)量的好壞，同時(shí)也是其薄弱環(huán)節(jié)。在長(zhǎng)期的重載沖擊作用下，空心板鉸縫處混凝土?xí)扑椤⒚撀洹⒋竺娣e滲漏，從而橫向聯(lián)系減弱，形成單梁受力，最終導(dǎo)致空心板梁底出現(xiàn)裂縫，影響橋梁耐久性和安全使用。

對(duì)于裝配式空心板的常見病害，各方采取了有針對(duì)性、系統(tǒng)的維修加固措施，也取得了一定的成效。同時(shí)，由于對(duì)病害橋梁的加固維修處理，一方面給正常的交通造成很大影響，尤其是城市道路；另一方面也增加了橋梁的維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本。

2 合理的小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的特征

（2）采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，確保結(jié)構(gòu)耐久性。

（3）結(jié)合施工條件，具備現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制（后張法預(yù)應(yīng)力）和工廠預(yù)制（先張法預(yù)應(yīng)力）的要求。

（4）結(jié)構(gòu)高度與空心板梁接近，滿足軟土地區(qū)、水網(wǎng)密集區(qū)域道路工程需要。結(jié)構(gòu)斷面滿足：模板安裝、脫卸方便；混凝土澆筑便利、密實(shí)；適應(yīng)兩類預(yù)應(yīng)力筋（索）布置。

（5）橋面橫橋向剛接，增加橫隔板提高整體剛度，提高低高度梁使用性能。

3 梁型方案比較

由于橋面橫向連接必須采用剛接，橋梁結(jié)構(gòu)采用以下三種形式進(jìn)行比選：

（1）密肋式工字梁（見圖2）

圖2 密肋式工字梁

密肋式工字梁橫向剛接，且跨中、四分點(diǎn)設(shè)橫隔板，橫向受力性能好，整體性強(qiáng)。起重重量較輕，混凝土澆筑容易振搗、密實(shí)，施工方便，經(jīng)濟(jì)性好。

通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)證明，利用CORS技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)量相比常規(guī)的測(cè)量手段有很大的優(yōu)越性，不僅節(jié)省了人工成本，測(cè)點(diǎn)密度也能符合成圖的需求，有效地提高了測(cè)圖的效率[2]。

（2）剛接小箱梁（見圖3）

圖3 剛接小箱梁

剛接小箱梁采用橋面板橫向剛接，僅在支點(diǎn)處設(shè)橫隔板，跨中不設(shè)橫隔板，橫向受力性能一般，由于梁高較低（16 m梁高0.9 m，10 m梁高0.7 m），混凝土澆筑不易振搗，內(nèi)模膠囊抽拔困難。采用預(yù)制+現(xiàn)澆的方法施工，即先預(yù)制箱梁端部底板及腹板，待膠囊撤出后，再澆筑封頭板及箱梁頂板。新、老混凝土結(jié)合處需鑿毛、潤(rùn)濕；二次澆筑的混凝土需達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可放張預(yù)應(yīng)力筋。

（3）槽型組合梁（見圖4）

圖4 槽型組合梁

槽型組合梁在低梁高情況下可保證混凝土澆筑質(zhì)量，跨中、四分點(diǎn)設(shè)橫隔板，橫向受力性能好，整體性強(qiáng)，橫向剛度較大。中心軸較低，裸梁施加預(yù)應(yīng)力受力不利，需再加臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束，施工麻煩，且現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土量較大比較復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性較差。

三種梁型方案比較見表1。

表1 三種梁型方案比較

密肋式工字梁方案，其優(yōu)點(diǎn)在于：

采用預(yù)制+現(xiàn)澆濕接縫的施工方法，根據(jù)施工條件，可在現(xiàn)場(chǎng)或在工廠預(yù)制，可以確保施工質(zhì)量、工期以及控制工程造價(jià)；采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，可確保結(jié)構(gòu)耐久性；結(jié)構(gòu)高度低，可滿足軟土地區(qū)、水網(wǎng)密集區(qū)域道路工程需要；橋面橫橋向采用剛性連接，增加橫隔板提高整體剛度，可提高低高度梁使用性能。

綜上所述，工字梁方案結(jié)構(gòu)合理，在耐久性、經(jīng)濟(jì)性以及施工等方面均優(yōu)于其它兩種梁型，故推薦采用密肋式工字梁方案。

4 工字梁國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及應(yīng)用

工字梁的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)已有很長(zhǎng)的歷史階段。在上世紀(jì)60年代，工字梁加微彎板形成空心板的結(jié)構(gòu)已有采用，建于1967年的上海江寧路橋已經(jīng)拆除重建，其拆除的中跨36 m及邊跨16 m工字梁并無(wú)可見裂縫，實(shí)踐表明是相當(dāng)成功的。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁應(yīng)用廣泛，跨徑一般大于25 m；由于空心板結(jié)構(gòu)的大量應(yīng)用，對(duì)低高度、小跨徑的工梁的應(yīng)用較少。

在美國(guó)，先張法預(yù)制I型梁于上世紀(jì)50年代開始采用，已成為跨徑21～36 m橋梁最常用的梁型。1956年美國(guó)聯(lián)邦公路管理局組織編制了預(yù)制混凝土I型梁的通用設(shè)計(jì)圖（AASHTO梁系列見圖5），隨后又增加了不同的截面形式，各個(gè)州也根據(jù)實(shí)際情況推出了不同的截面形式。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，I型梁的設(shè)計(jì)逐漸定型。

圖5 AASHTO梁系列

上世紀(jì)90年代，美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)路橋系結(jié)合高強(qiáng)度混凝土及新型鋼絞線對(duì)I型梁進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和研究，推出了NU梁系列(見圖6)，梁高為0.75～2.4 m，適用跨徑范圍為10～65 m。

美國(guó)I型梁的預(yù)應(yīng)力體系有先張法、后張法，以及兩者結(jié)合；先張法中鋼絞線有直線形及折線形；結(jié)構(gòu)體系有簡(jiǎn)支，也有簡(jiǎn)支變連續(xù)。

圖6 NU梁系列

5 結(jié)語(yǔ)

空心板結(jié)構(gòu)在小跨徑橋梁中應(yīng)用多年，工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是，隨著全國(guó)高等級(jí)道路的建設(shè)，裝配式空心板已經(jīng)難以滿足其發(fā)展的需要。低高度、小跨徑橋梁在軟土地基、水網(wǎng)密集地區(qū)的道路工程上具有較好的經(jīng)濟(jì)性和適用性。新梁型既要克服已建空心板結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，又要繼承原有空心板梁結(jié)構(gòu)在制作、運(yùn)輸、安裝等環(huán)節(jié)上標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化的特點(diǎn)，還要全面提升結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。

工字梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)顯著，一方面能夠彌補(bǔ)空心板的固有缺陷，另一方面在耐久性、經(jīng)濟(jì)性以及施工等方面都優(yōu)于其它梁型，又有國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。下一階段通過(guò)對(duì)主梁斷面形式、預(yù)應(yīng)力類型、制作安裝工藝及成橋后結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)等多方面分析、論證，擬定出合理的結(jié)構(gòu)形式。在理論分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)梁和實(shí)橋荷載試驗(yàn)，達(dá)到應(yīng)用性研究的目的和要求。

[1]范立礎(chǔ).橋梁工程(上)[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]魏明光,李國(guó)平.預(yù)制裝配式空心板梁橋橫向連接方式的比較[J].結(jié)構(gòu)工程師,2012,28(5):29-34.

[3]殷曉歌,梁峰.裝配式空心板橋鉸縫病害成因分析及防治[J].科技致富向?qū)?2012(5):336，374.

[4]AASHTO.AASHTO LRFD bridge design specifications[M].4th Edition.American Association of State Highway and Transportation Officials,2007.