湘府路高架橋與紅旗路高架橋標(biāo)準(zhǔn)段上部結(jié)構(gòu)形式選擇優(yōu)劣分析

劉鵬

【摘要】本文以長沙市湘府路高架和紅旗路高架上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行對比分析，得出湘府路高架鋼-混凝土組合板梁的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用性，同時(shí)以紅旗路現(xiàn)澆大箱梁進(jìn)行類比論證。

【關(guān)鍵詞】橋梁上部;鋼-混凝土組合板梁;現(xiàn)澆大箱梁;對比分析

1、項(xiàng)目概況

紅旗路高架北起戰(zhàn)備路，南至?xí)r代陽光大道，橋長3094m;湘府路高架西起現(xiàn)狀五凌路，東至瀏陽河西岸，橋長9042m。橋梁主線均為一層高架，標(biāo)準(zhǔn)段雙向六車道，橋?qū)?5m，跨徑為30～31m，匝道標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?m，標(biāo)準(zhǔn)段跨徑為30～31.5m，紅旗路采用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，湘府路采用鋼板組合梁。

2、國內(nèi)外橋梁上部結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

根據(jù)調(diào)查目前城市高架的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，高架橋梁常用的結(jié)構(gòu)形式主要有現(xiàn)澆大箱梁、預(yù)制小箱梁、預(yù)制鋼板組合梁、預(yù)制T梁、節(jié)段拼裝大箱梁等方案。其中現(xiàn)澆大箱梁采用支架現(xiàn)澆的方案，其余的方案均可采用預(yù)制拼裝的建造方式。

現(xiàn)澆大箱梁為城市高架最為廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)線形簡捷、美觀，受力合理;跨徑一般在25～40m之間，綜合考慮橋梁景觀及經(jīng)濟(jì)性，一般采用30m跨徑，3跨或者4跨一聯(lián)。上部結(jié)構(gòu)一般采用滿堂支架、現(xiàn)澆施工。其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)整體性較強(qiáng)、抗扭能力較大、行車舒適性好、適用跨徑范圍廣、結(jié)構(gòu)耐久性較好、造型豐富。缺點(diǎn)在于需搭設(shè)滿堂支架，占用地面道路面積較大，施工周期較長，施工期間伴隨交通擁堵、噪音、粉塵污染等，對地面交通、周邊環(huán)境、居民生活、城市景觀等的造成長時(shí)間的影響。

預(yù)制小箱梁跨越能力較大，適用跨徑25m～40m。采用吊機(jī)架設(shè)或者架橋機(jī)施工，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)成熟，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低，結(jié)構(gòu)剛度較大，抗扭性能較好，梁高與T梁相當(dāng)，施工對交通影響小。預(yù)制梁重量控制在150t以內(nèi)。吊裝可采用履帶吊機(jī)或龍門吊機(jī)以及大型架橋機(jī)，施工速度快，對地面交通影響較小，采用斜腹板形式，線形較美觀、協(xié)調(diào)，但由于存在蓋梁與橫隔板，影響美觀。

鋼-混凝土組合板梁，簡稱組合板梁橋，指的是鋼梁采用軋制型鋼或者焊接工字型鋼與混凝土橋面板結(jié)合而成的鋼梁。早期鋼板組合梁，由于設(shè)置過多的橫向及平面聯(lián)結(jié)系，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，焊接制造工作量大，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較差，近20年來，隨著大量工程實(shí)踐以及理論研究的深入，組合板梁橋的構(gòu)造已得到很大的簡化，使得組合橋在施工性能和經(jīng)濟(jì)性上比預(yù)應(yīng)力或者普通鋼筋混凝土橋更具有競爭力。對于中小跨徑25～40m組合梁板梁橋，可不設(shè)置橫向聯(lián)結(jié)系，只依靠混凝土橋面板來橫向分布荷載，國外已有建成實(shí)例。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單、鋼梁制造焊接工作量少、綜合費(fèi)用低，施工簡單靈活、后期檢查維修養(yǎng)護(hù)方便。

預(yù)制T梁結(jié)構(gòu)也是較為常用的結(jié)構(gòu)形式，跨徑在20m～40m之間，采用3～5跨一聯(lián)的布置。主梁可在工廠和施工現(xiàn)場預(yù)制。其與預(yù)制小箱梁相當(dāng)，缺點(diǎn)是單片預(yù)制梁吊裝時(shí)穩(wěn)定性較差，且一般需設(shè)置多道橫隔梁，梁底為網(wǎng)格狀，構(gòu)造較繁復(fù)，景觀效果稍差，不宜大規(guī)模使用;在預(yù)應(yīng)力作用下豎向線型難以控制，相鄰兩片梁易出現(xiàn)臺階差，景觀效果較差。

節(jié)段拼裝大箱梁是指將梁體分為若干節(jié)段，在工廠預(yù)制后運(yùn)至橋位進(jìn)行組裝，通過施加預(yù)應(yīng)力將節(jié)段整體拼裝成橋的橋梁上部結(jié)構(gòu)形式。一般為等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力體系，標(biāo)準(zhǔn)跨徑30m～35m。施工現(xiàn)場采用架橋機(jī)、節(jié)段拼裝的方式。缺點(diǎn)是需逐跨作業(yè)，連續(xù)施工，進(jìn)度受控因素較多，另外，材料指標(biāo)高，架橋設(shè)備要求也高，總體造價(jià)偏高，在城市高架中運(yùn)用范圍為橋梁位于交通、環(huán)境敏感區(qū)，同時(shí)高架道路平面線形相對簡單的情況，一般不適合城市高架大規(guī)模使用。

3、本項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)方案及比選分析

湘府路現(xiàn)狀為城市主干道，目前承擔(dān)了大量交通量，整個(gè)工程建設(shè)周期應(yīng)盡量縮短，并盡量減少施工期間對現(xiàn)狀交通、居民出行和生活的影響;紅旗路主線高架橋位處于市郊，既有建筑物稀少，場地開闊，施工對周邊基本無影響，另考慮到使紅旗路南北段上部結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，均為大箱梁結(jié)構(gòu)，故考慮現(xiàn)澆施工工藝。

由于橋梁結(jié)構(gòu)的造價(jià)占工程總造價(jià)比例較大，因此，主線標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)的合理選型是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素。分析比較如下：

根據(jù)以上分析，節(jié)段拼裝大箱梁主要缺點(diǎn)在于造價(jià)高，對施工條件要求高，不適應(yīng)湘府路總體快速施工、靈活施工的要求，預(yù)制T梁和預(yù)制小箱梁主要缺點(diǎn)在于景觀效果較差。

鋼-混組合板梁具有鋼梁制造難度低、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)佳、施工難度低、速度快、檢查維修難度低、景觀效果較好等優(yōu)點(diǎn)，是預(yù)制結(jié)構(gòu)的典型代表，重量輕，用鋼量少，施工周期短，對地面交通影響很小，在城市高架建設(shè)中頗具優(yōu)勢。因此，對于湘府路高架施工條件限制的橋梁，優(yōu)先選用鋼-混組合板梁橋。

相對紅旗路處于市郊，連續(xù)大箱梁雖施工較復(fù)雜、造價(jià)較貴，但其外形美觀、和諧，跨越能力強(qiáng)，整體輕盈、柔和，行車條件好，符合現(xiàn)代城市的發(fā)展需要，同時(shí)現(xiàn)澆施工技術(shù)成熟，施工便捷，可滿足工程進(jìn)度。

4、施工維護(hù)和造價(jià)影響分析

4.1施工影響分析

湘府路主線高架采用預(yù)制構(gòu)件在遠(yuǎn)離市區(qū)的區(qū)域設(shè)置預(yù)制場，橋位現(xiàn)澆工作量少，能有效降低水環(huán)境、大氣環(huán)境、固體廢棄物、振動噪聲等污染，預(yù)制構(gòu)件安排夜間吊裝，白天不施工，構(gòu)件吊裝無需搭設(shè)大量的支架，可大幅降低交通壓力，對城市市容影響極少。30m跨鋼-混凝土組合板梁上部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件30t，重量輕，所需運(yùn)輸設(shè)備噸位小，對既有道路基本無損傷，可保證地面車輛的行駛速度。組合梁整孔吊裝后底層橋面板做模板澆筑頂層混凝土，無橋面下的現(xiàn)場工作，施工工序簡潔、方便。

紅旗路處于為開發(fā)郊區(qū)，現(xiàn)澆支架施工對交通等無影響，且南北段均為大箱室結(jié)構(gòu)。

4.2維修養(yǎng)護(hù)分析

鋼梁位于橋面板下方，受雨水和日光爆曬的幾率低，結(jié)構(gòu)為工字型截面，構(gòu)造簡單，利于涂裝;重新涂裝時(shí)只需在梁底掛設(shè)可移動的平臺，對路面交通基本無影響，維修養(yǎng)護(hù)較為便利。鋼板梁的焊接與涂裝均在工廠進(jìn)行，現(xiàn)場無焊接工作，涂裝質(zhì)量可靠，無薄弱點(diǎn)，難以出現(xiàn)銹蝕情況，鋼梁維修養(yǎng)護(hù)工作量可大量減少。防腐采用熱噴鍍鋅（鋁）的涂層配套體系具有較長久的耐腐蝕壽命，其防腐壽命可達(dá)到20年以上，一般可達(dá)30年，同時(shí)該防腐涂層在30年使用期內(nèi)無須其它任何防腐維護(hù);30年以后的維護(hù)，僅須在電弧噴涂層上刷封閉涂料，無須重新噴涂，實(shí)現(xiàn)一次防腐，涂層經(jīng)久有效。

現(xiàn)澆混凝土箱梁只需施工時(shí)候?qū)炷吝M(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在正常使用下后期基本不需要額外的維修養(yǎng)護(hù)。

4.3造價(jià)

鋼-混凝土組合板梁與預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁均是一種比較經(jīng)濟(jì)的橋梁，由于以往鋼材價(jià)格較高，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以其投資節(jié)省，在國內(nèi)中小跨度的橋梁得以廣泛應(yīng)用，但隨著近幾年鋼材價(jià)格的大幅回落，且隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人工費(fèi)成本不斷攀升，鋼-混凝土組合板梁的鋼梁在工廠加工，機(jī)械化程度高，人工成本低，加上板梁構(gòu)造簡單加工費(fèi)用遠(yuǎn)低于常規(guī)的鋼桁梁和鋼箱梁，同時(shí)鋼-混凝土組合板梁結(jié)構(gòu)輕，恒載反力小，抗震性能好，橋墩與基礎(chǔ)的尺寸相應(yīng)減少，下部結(jié)構(gòu)工程量得以節(jié)省，因此鋼-混凝土組合板梁的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也隨著降低，根據(jù)本次兩個(gè)項(xiàng)目主線標(biāo)準(zhǔn)段的材料價(jià)格，在標(biāo)準(zhǔn)寬度25.0m的一聯(lián)的情況下，鋼-混凝土組合板梁投資估算5000元/平方米，預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁4760元/平方米，兩者相差在約5%。相比現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土大箱梁為4583元/平方米。

結(jié)論：

（1）鋼-混凝土組合梁充分發(fā)揮了鋼材和混凝土這兩種材料的材料性能，既克服了純鋼橋造價(jià)高、鋼橋面鋪裝性能差，剛度較小的缺點(diǎn)，也克服了混凝土橋梁自重大、易產(chǎn)生開裂病害、混凝土材料本身退化的缺點(diǎn)。總體來說，具有耐久性能好、結(jié)構(gòu)預(yù)制、運(yùn)輸、安裝對場地及設(shè)備的要求低、現(xiàn)場作業(yè)量更小，對環(huán)境影響小，速度更快、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

（2）經(jīng)過大量的工程實(shí)例調(diào)研，跨度在30m左右組合橋梁，鋼材指標(biāo)維持在140～350kg/m2之間。若組合橋梁每平米用鋼量控制在250kg以內(nèi)，將獲得與混凝土橋梁可比的經(jīng)濟(jì)性，甚至造價(jià)比混凝土橋梁更加便宜。

（3）鋼-混凝土組合梁其不足也可通過減少現(xiàn)場焊縫、現(xiàn)場涂裝，采用長效防腐體系來克服。

（4）鋼-混凝土組合板梁在汽車活載作用下豎向剛度為1/1840，預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁在汽車活載作用下豎向剛度1/2343，兩者均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范允許的1/500，行車舒適性均有保證的。

（5）鋼-混凝土組合板梁重量輕，僅需簡單地基處理即可施工，且鋼筋綁扎工作量較少，混凝土在同一水平面澆筑，施工速度較快，所需梁場規(guī)模較小、費(fèi)用低。運(yùn)輸、吊裝所需機(jī)械設(shè)備容易選擇，多點(diǎn)開工容易實(shí)現(xiàn)，可縮短橋位施工時(shí)間，功效比混凝土小箱梁提高30%左右，綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益較好。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

朱門君（1984-5），男，漢，湖南長沙，碩士，主要從事橋梁設(shè)計(jì)。