公路預制箱梁和T梁橋型比較

王宏民

（山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032）

1 概述

改革開放以來，隨著國民經濟水平的提高，我國高速公路建設實現了從無到有、由弱到強的跨越式發展，建成了四通八達的國省道交通大動脈，特別是近20年，進入了黃金發展期。山西省高速公路建設與時俱進，也進入了持續快速發展階段，橋梁作為公路的重要組成部分也得到了迅猛的發展，結構型式日新月異，但90%以上的橋梁都采用了裝配式預制安裝結構，其中使用較多的是裝配式預應力混凝土連續箱梁和 T 梁，跨徑有 20 m、25 m、30 m、35 m、40 m，每 5 m 一級，角度有 0°、15°、30°,基本滿足了一般公路橋梁的建設需要。

由于裝配式預制箱梁與T 梁具有結構簡單、受力明確、技術成熟、造價經濟和便于養護等諸多優點，在全省高速公路建設中得到了廣泛的應用，從20 多年的建設和運營情況看，使用效果非常好，當下和今后很長一段時間內依然將是常規橋梁建設中的主力橋型。

本文以25 m 和30 m 跨徑正交90°的預制小箱梁和T 梁為例，闡述了裝配式預制梁在實際工程中的應用情況，從技術、經濟等方面對兩種橋型進行綜合比較。

2 橋型比較

以高速公路使用最廣泛的25 m 和30 m 中小跨徑正交90°的裝配式預應力連續箱梁和T 梁為例，按雙向四車道橋梁寬度25.5 m，公路-I 級荷載，分別取5-25 m 和5-30 m 一聯大橋進行計算比較。

圖1 5-25 m 橋型布置圖（單位：cm）

圖2 25 m 箱梁標準橫斷面圖（單位：mm）

圖3 25 m T 梁標準橫斷面圖（單位：mm）

圖4 30 m 箱梁標準橫斷面圖（單位：mm）

圖5 30 m T 梁標準橫斷面圖（單位：mm）

圖6 25 m 箱梁橋墩構造圖（單位：mm）

圖7 25 m T 梁橋墩構造圖（單位：mm）

2.1 結構尺寸及受力分析比較

a）裝配式預應力先簡支后連續箱梁和T 梁存在一個體系轉換的環節，先預制主梁就位形成簡支體系，再現澆墩頂縱向濕接縫轉換為連續體系，形成超靜定結構，比之傳統簡支結構墩頂支點處產生負彎矩，對跨中正彎矩起到卸載作用，一方面減小了截面尺寸節約造價，另一方面改善了行車條件，提高了行車的舒適性，箱梁和T 梁結構都具備了上述優良特性。結構受力相比，兩者承受相同的汽車活載，但是T 梁總的自重恒載比箱梁大，需配置更多的預應力束和普通鋼筋，相比之下箱梁更具優勢。

表1 30 m 箱梁一片梁梁端支點最大反力 kN

表2 30 m T 梁一片梁梁端支點最大反力 kN

b）25 m 跨徑箱梁高度 1.4 m，T 梁高 1.7 m，30 m 跨徑箱梁高度 1.6 m，T 梁高 2.0 m，T 梁比箱梁分別高出30 cm 和40 cm，在平微區高速公路橋梁布設特別是上跨既有公鐵道路時箱梁更有優勢，適用范圍更大，較低的主梁高度一方面可有效降低橋梁建筑高度，另一方面還可以降低橋頭兩側路基填土高度，兩者都起到降低工程造價、減少占地的作用。

c）箱梁封閉截面的特點，使其具有較大的抗扭剛度，截面尺寸較大自身具有較好的穩定性，而T型梁斷面雖然設置下馬蹄較好地利用了截面特性，受力明確，但截面較小、頭重腳輕自身穩定性差，且對彎道斜橋以及超高橫坡大的橋梁設計在橫向穩定和抗扭上仍存在一定的缺陷，比如，彎道橋梁超高橫坡4%，箱梁和T 梁頂面預制橫坡均為標準2%，箱梁可通過梁底的楔形塊或者鋼板對剩余2%橫坡進行調整，但對于T 梁若同樣采用楔形塊調整則主梁整體會發生傾斜，存在傾覆風險，安全的做法只能是每片主梁的頂面橫坡均按4%預制，給設計出圖和施工控制都帶來不便。

2.2 施工工藝比較

a）箱梁整體剛度大于T 梁，正彎矩預應力鋼束張拉時梁體變形較小，僅有上撓變形，縱向軸線基本不變形。而T 梁由于單梁肋自身剛度小，不僅上撓變形大，還經常會發生側彎，相鄰梁體的對向側彎導致橫向濕接縫過小，反向側彎濕接縫又過大，接縫施工和質量不易保證。

圖8 對向側彎

圖9 反向側彎

b）箱梁為對稱的兩條腹板，預應力傳遞比較均勻，裂縫較少；而T 梁只有單片梁肋且厚度薄，預應力鋼束張拉后在距梁端2 m 范圍內梁肋下部經常出現斜向裂縫，錨具周圍出現壓裂或壓碎，原因之一是梁肋厚度薄，施工不規范時預應力孔道布置不對稱或偏離軸線，導致受力不均。

c）箱梁和T 梁的架設可采用吊車或者架橋機，單片預制梁最大吊裝重量25 m 箱梁786 kN，T 梁582 kN，30 m 箱梁 986 kN，T 梁 785 kN，T 梁比箱梁輕需要的吊裝設備較小這是優勢，但是T 梁片數多重復喂梁、移梁，就位的次數多，耗費的工時也長。

d）主梁架設完畢形成簡支狀態，在橫梁和接縫鋼筋未連接之前，箱梁自身的穩定性好無需輔助支撐，而T 梁馬蹄尺寸小、頭重腳輕穩定性差，在風載和施工作業影響下容易傾覆，需要進行臨時支撐，特別是對于采用楔形塊調整橫坡的情況更要及時支撐，施工便利性較差。

e）T 梁縱向濕接縫道數多，施工作業比箱梁繁瑣，單孔T 梁有5 道接縫，箱梁只有3 道，從支模板、焊鋼筋到澆筑混凝土，所有工序的重復次數都要多出2/3，需配備更多的工人，耗費更長的工期。同理，T 梁為提高剛度而設的橫隔板數量也比箱梁多，存在同樣的缺點。

2.3 工程量和造價分析比較

鑒于同等跨徑箱梁和T 梁所采用的橋面系、下部墩臺和樁基礎等結構尺寸和數量基本相同或相近，故以下計算僅對變化較大的主梁和橋墩蓋梁進行計算比較。

表3 5-25 m 大橋主要工程數量比較表

表4 5-30 m 大橋主要工程數量比較表

a）以標準橫斷面圖可以看出，同樣的半幅橋梁寬度箱梁布置4片，T梁布置6片，由表3、表4算出5 孔一聯大橋的預制梁片數T 梁比箱梁多20片，意味著同等規模、同等工期的條件下，T 梁要準備更多的預制張拉臺座，占用更多的預制和存放場地。

b）由表3、表4看出T 梁的工程數量均大于同跨徑的箱梁，特別是上部主梁的混凝土、鋼絞線和鋼筋用量，絕對值數量增加非常明顯，且隨著跨徑的增大相對差值占比也逐漸增大，直接導致造價的增加，5-25 m 大橋造價增加 102.3 萬元，5-30 m 大橋造價增加158.7 萬元。

c）由于T 梁自重的增加，對應的恒載重量也會增大，導致柱頂反力和樁頂反力值均比箱梁要大，樁基長度會更長，也會增加工程造價。

3 結語

a）通過以上結構尺寸及受力、施工工藝、工程量和造價3 個方面的綜合分析比較，箱梁的優勢明顯大于T 梁，詳見表5。

表5 綜合比較表

b）裝配式預應力混凝土箱梁和T 梁都是優秀的預制安裝橋型，都經歷了多年的發展完善和工程實踐的檢驗，都是比較成熟的橋梁結構，但是依然有繼續優化的空間。

（a）提高主梁之間縱橫向濕接縫的強度。主梁間的縱橫向濕接縫是結構的薄弱環節，不管是箱梁還是T 梁在接縫處都必然出現裂縫，建議采用超高性能混凝土材料，提高接縫的強度和黏結力，提高橋梁的耐久性。

圖10 橫向濕接縫

（b）加大腹板截面尺寸和配筋率。箱梁和T 梁的腹板是出現裂縫的重災區，究其原因，很大程度上是由于設計計算模型和參數取值與實際的受力狀態及野外環境差異過大，設計選用的截面尺寸偏小，建議對腹板的厚度予以加強，增大截面尺寸和配筋率。

（c）1995年山西省第一條高速公路——太舊高速公路橋梁主要采用空心板梁結構，從1998年開始全面推廣預應力混凝土先簡支后連續T 梁，比如京大高速、原太高速，經過幾年的發展和應用后T 梁的裂縫、上撓和側彎等問題相繼出現，于2001年左右開始全面改用相同結構體系的小箱梁，比如后續的得大高速、離軍高速和同源高速等，都將裝配式箱梁作為主導橋型使用，只在40-50 m 大跨徑橋梁上使用單梁自重較輕的T 梁。在2001—2017年山西省高速公路橋梁箱梁橋型占所有大中橋比例高達85%以上，但從2017年以后又因為箱梁的病害問題開始回歸到T 型梁，筆者認為每一種橋型都有其自身優勢和劣勢，受科技發展、材料和造價等因素制約，同一時期的橋梁結構水平基本上是不相上下的，箱梁應用規模越大，出現病害的幾率和比例就越高，但病害問題可以通過相應的措施加以防范和處理。