公路快速化改造主線高架橋選型分析

張 煒

(江蘇中設集團股份有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 背景

近年來，很多地區，特別是經濟較發達地區開始對干線公路，特別是通道型干線公路進行快速化改造。公路快速化改造一般有地平式、高架式、隧道式等改造形式。受到城市規模擴張的影響，原先處于城市外圍的干線公路也逐漸被城市建成區覆蓋，這就導致了公路快速化改造時不得不考慮采用占地規模小、對周邊地塊影響小，同時造價也相對適中的方案，相比較而言，一般來說高架式改造方案更適合處于城區范圍內的干線公路快速化改造項目。

高架式改造方案由高架主線系統和地面輔道系統構成，主線高架橋是該類項目的主體工程，其選型對于整個改造項目的重要性是不言而喻的，有必要進行充分的研究分析。

2 總體設計原則

干線公路和穿越城區，這兩個主要特性決定了設計方案必須在安全、適用的基礎上充分考慮結構的耐久性、環保性、經濟性和美觀性。

該類項目具有橋梁總體規模大、重要橋梁節點多及地面交通組織復雜等特點，實施方案的合理性與適用性是考慮的重點。應抓住項目的主要控制節點，對重要節點方案進行充分論證，本著標準化、工廠化的設計理念合理布置橋梁。結合近年來國內快速路建設經驗，充分比選橋型結構類型與施工工藝，切實做到橋梁結構選型的因地制宜。施工期間保通也是必須要考慮的，雖可通過周邊路網進行交通引導分流，但干線公路貫通的交通需求仍然會比較迫切，優先選擇快速化建造技術。

3 高架橋結構選型分析

3.1 標準段橋梁結構選型

3.1.1結構總體選型

梁式橋按施工工藝可分為裝配式結構與支架現澆結構兩種，國內目前在高架橋標準段結構中主要采用的有預應力混凝土空心板、預應力混凝土T梁、預應力混凝土組合箱梁、鋼混疊合梁、預制節段拼裝箱梁、現澆預應力混凝土箱梁。而造價較高的鋼箱梁很少運用在標準段，同時出于對橋梁景觀效果與結構整體性能的考量，近年來高架橋建設中已較少采用預應力混凝土空心板梁與預應力混凝土T梁。因此總體結構比選不再考慮此三種型式，而對預應力混凝土組合箱梁、鋼混疊合梁、預制節段拼裝箱梁和現澆預應力混凝土箱梁進一步進行方案比選。

組合箱梁為梁場標準化預制結構，具有截面剛度大，吊裝重量適宜，工程進度快，施工期間對交通干擾小，施工難度小且對環境影響較小等優點；在安全、適用的基礎上滿足結構的耐久性、環保性及經濟性要求；符合快速化建造需求。

鋼混疊合梁用鋼量比鋼箱梁少，工廠化和機械化程度高，吊裝重量輕，對交通的干擾和對環境的影響小。結構自重輕，有利于減少下部結構規模。鋼混疊合梁施工難度較大，景觀效果一般，后期維護量較大，總體經濟性較差。

預制節段大箱梁采用工廠預制、架橋機現場拼裝的施工方法，雖具有造型美觀，低碳環保，施工時對地面交通和周圍環境影響小等優點，但整體受力性能較現澆梁差；施工工藝復雜，難度大；各跨的總體重量大，對吊裝設備要求高，前期預制工廠投入較大(考慮預制場地建設、運輸設備、架梁設備的投入)；對高架橋變寬段適應性較差，造價相對較高。

現澆混凝土箱梁外形美觀，結構整體受力性能好、抗彎抗扭剛度大，跨越能力強。該種結構一般采用滿堂支架澆筑，施工便捷且難度低，但施工工期長，施工時對交通與環境影響大，造價比組合箱梁高。

以某國道快速化改造為例，該項目主線采用一級公路標準，高架橋標準橫斷面寬度為33 m，標準跨徑采用30 m，其結構選型經濟比較見表1。

表1 標準段結構經濟比選表(30 m跨徑)

綜上，公路快速化改造主線高架橋標準段采用快速化建造的預制拼裝施工工藝的組合箱梁較為合適，標準跨徑一般采用30 m。

3.1.2預制組合箱梁細分選型

預制組合箱梁除較常規的窄箱隱蓋梁方案外，近年來也出現了景觀效果較好的寬箱隱橫梁方案，針對兩種箱梁，仍然以橋梁總寬33 m，選取30 m跨徑進行比選，窄箱斷面共設10片箱梁，梁高1.6 m，箱梁中心距3.3 m，濕接縫寬度0.9 m。寬箱斷面共設8片箱梁，梁高1.8 m，箱梁中心距4.1 m，濕接縫寬度0.8 m。比選結果見表2。

表2 組合箱梁比選表

綜上，除對橋梁外觀有特別要求的項目外，一般推薦標準段采用窄體組合箱梁方案。

3.2 跨路口段橋梁結構選型

3.2.1結構總體選型

一般來說主要交叉口跨線橋跨徑在40 m～60 m之間，需采用大跨橋梁結構。在保證橋下視距的前提下，原則上采用橋梁正交布置方案，以減少結構類型，改善結構受力。結合項目類型特點，選擇預應力混凝土連續箱梁、鋼混疊合梁和鋼箱梁三種常用橋型方案進行比選。

預應力混凝土連續箱梁受力性能良好、跨越能力強，外形美觀簡潔。但需滿堂支架現澆施工，對現狀交通影響大，不太適合此項目類型。

鋼混疊合梁雖在標準段選型無優勢，但其通過充分發揮鋼和混凝土各自的材料特性，結構輕、橋面耐久性好的特點，對于工期緊張、不能中斷交通且要求以較大跨徑一孔跨越時，具有突出的優勢。

連續鋼箱梁抗扭性能好，施工速度快，對交通的影響小，景觀效果好，但造價較高，后期維護量也較大。

同樣以橋梁總寬33 m，選取50 m跨徑進行比選，其結構選型經濟比較見表3。

表3 跨路口段結構經濟比選表(50 m跨徑)

綜上，考慮對道路交通影響、結構跨越能力、景觀性等影響，公路快速化改造主線高架橋跨路口段當跨徑大于50 m時采用連續鋼箱梁方案；跨徑L在30 m

3.2.2連續鋼箱梁細分選型

連續鋼箱梁的常規橫斷面結構形式有：1)單箱單室箱斷面，用于寬度與跨徑之比較小的橋梁；2)雙箱單室箱斷面，是鋼箱梁中采用最多結構形式；3)具有3個以上腹板的單箱多室箱梁；4)多箱單室結構形式，主要用于橋寬較大的橋梁。

根據本次分析的項目類型的橫斷面寬度范圍，選取單箱多室和多箱單室進行細分選型比選，其結果見表4。

表4 連續鋼箱梁比選表

綜上，此類項目的連續鋼箱梁采用單箱多室斷面結構較為合適。

3.2.3鋼混疊合梁細分選型

鋼混疊合梁跨徑較大，采用多鋼主梁形式，方便運輸及吊裝，一般采用小箱槽形梁，外形與高架橋標準段預制組合箱梁基本一致，較為協調。但現澆混凝土橋面板施工時模板搭設困難，施工周期較長，且施工用耳板影響外觀。針對解決此問題的兩種方案，進行細分選型比選。

方案一，鋼箱梁頂板間焊接10 mm鋼板，作為混凝土橋面板現澆施工模板，設置加勁肋保證模板剛度。進一步提高了抗扭慣性矩，保證施工過程中結構穩定性。

方案二，橋面板采用分塊預制、現場澆筑濕接頭形成整體橋面板，進一步減少了現場施工作業量。但橋面板橫向受力模式為多跨連續梁結構，濕接縫橫向受拉，對裂縫控制和耐久性控制較為不利。

綜上，考慮到橋面板結構耐久性，鋼混疊合梁選用橋面板現澆施工的結構形式較為合適。

4 結語

隨著我國城市化進程的加快和經濟的高速發展，城市內部和城市間的交通需求日益增長，同時對于通行效率的要求也越來越高，干線公路的快速化改造是應對這種迫切需求最直接也是最有效的解決策略。對于干線公路快速化改造最普遍的高架式改造方案進行研究有著積極的意義和價值，該文基于我國工程建設實際對此類型項目中的主線高架橋選型進行了較為詳實分析和總結，為今后高架式干線公路快速化改造項目的設計提供了參考。