門架墩方案在實際工程中的應用

汪 洋

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089）

1 工程概況

同仁至賽爾龍（青甘界）公路作為國家張掖至汶川高速公路（G0611）的重要組成路段，是青海高速公路網 “三縱、四橫、十聯線”（簡稱“3410網”） “縱一”的重要路段。項目的建設對溝通絲綢之路經濟帶與長江經濟帶、連接四省藏區、完善蘭州-西寧、成渝城市群交通聯系，促進資源有效配置，帶動沿線經濟高質量發展，加快國家西部大開發戰略的實施，增強國防戰備能力具有十分重要的戰略意義。

張汶高速同仁段地形條件較為復雜，限制因素較多。起點順接牙同高速，與G213 國道、隆務河在同一走廊帶。G213 國道為目前區域內唯一出行及交通運輸方式，主要河流為隆務河，冬季極易發生冰凍現象。橋梁布設區屬隆務河河谷臺地，河谷最窄處僅100 m，該段河谷中包含隆務河、水電站、國道213、地方自來水管線、通信電纜、電力線路、滑坡體等制約因素。線路實施較為困難，行業遷改難度大。國道邊坡陡崖林立，雨水長時間沖刷造成“V”型沖溝較多，橋梁布設困難，部分橋墩位于陡崖，施工范圍有限，施工較為困難。

2 選型影響因素

橋梁工程下部結構的選型，除考慮結構安全因素以外，還應結合當地地形條件、地質情況、施工工藝、經濟性等方面綜合考慮。

路段與G213 國道交叉3 次，多次跨越隆務河道，國道土路肩外緣架設有地方自來水管線。在橋墩下部結構的選擇方面需要考慮的限制因素較多。

（1）避開“V”型沖溝，完成跨越。橋墩避免布設于沖溝半坡或沖溝邊緣。（2）避免墩柱開挖影響G213 國道。因橋梁緊鄰國道，墩柱位于半坡，在保證邊坡穩定的情況下，大范圍開挖會影響國道的邊坡穩定及國道的通行，見圖1。（3）墩柱的架設避免對自來水管的遷改，墩柱架設在很多位置與自來水管多次交叉。（4）民族地區存在很多地方風俗及信仰，走廊帶狹窄不可避免發生地方宗教結構物與高速橋梁存在干擾的情況。（5）部分橋梁順河布設，橋墩位于河道內，河道狹窄處阻水較為嚴重。

在橋梁進行跨越時，需要在特殊點位處結合現場實際情況對橋梁下部結構布設進行比選，盡量避免不利因素的干擾。

圖1 現場國道與高速位置關系

3 下部結構選型

根據地質特點，地形約束條件，橋梁采用柱式墩、門架墩、柱式臺或肋板臺，灌注樁基礎；橋墩高度較高的橋梁采用實體/薄壁墩。項目生態環境脆弱、自然災害頻發，如果采用淺基礎則存在基坑開挖量大、山體防護工程量大、基底巖性差異大、抗震性能差等風險，故橋梁基礎優先選用樁基礎。

4 下部方案比選

下部結構的選擇在考慮地形條件的情況下，造價、施工工期與工藝成為方案選擇的關鍵因素。

4.1 上跨G213 國道形式

（1） 橋型方案一：上部結構采用30 m 跨徑預應力混凝土（后張）小箱梁，先簡支后連續；橋寬25.5 m。下部結構采用直徑1.6 m 單幅雙柱式橋墩，混凝土采用C30，接直徑1.8 m 樁基，單樁單柱形式，該方案需改移國道。見圖2。（2）橋型方案二：上部結構同樣采用30 m 跨徑預應力混凝土（后張）小箱梁，先簡支后連續；橋寬25.5 m。下部結構采用直徑2 m 整幅三柱式大蓋梁門架墩，左幅柱間距為8.5 m，右幅柱間距為18 m，蓋梁采用預應力蓋梁，混凝土采用C30，樁基直徑2.2 m，單樁單柱形式，該方案直接跨越國道。見圖3。

橋梁實體工程經濟指標比較見表1。可以看出，柱式墩方案在橋梁實體工程中造價較低，但是采用柱式墩方案，需改移國道以及拆遷預制廠，費用較高。門架墩方案可實現對國道的跨越且避免預制廠的拆遷。綜合比較，柱式墩方案造價是門架墩方案的1.6倍。

圖2 方案一

圖3 方案二

表1 橋梁實體工程經濟指標比較

施工工期比較見表2。可以看出，門架墩方案在橋梁主體工程的工期上存在劣勢。因為門架墩方案在施工時，大蓋梁需要增加預應力張拉時間且施工工藝更加復雜，導致時間成本增加。但是，在總體工期上，門架墩方案存在明顯的優勢，因為柱式墩方案產生的國道改移、拆遷等引起的工期增加比較多。

表2 施工工期比較

4.2 河道內橋梁布設形式

（1）橋型方案一：上部結構采用30 m 跨徑預應力混凝土（后張）小箱梁，先簡支后連續；橋寬25.5 m。下部結構采用直徑1.6 m 單幅雙柱式橋墩，接直徑1.8 m 樁基，單樁單柱形式，該方案4 個墩柱均位于河道內，河道最窄處僅20 m，橋墩阻水較為嚴重，且河道沒有改移條件。見圖4。（2）橋型方案二：上部結構同樣采用30 m 跨徑預應力混凝土（后張）小箱梁，先簡支后連續；橋寬25.5 m。下部結構采用直徑2 m 整幅雙柱式大蓋梁門架墩，接直徑2.2 m樁基，單樁單柱形式，該方案2 個墩柱位于河道內，且墩柱位于河道邊緣，能有效減少阻水。見圖5。

圖4 雙柱墩方案

圖5 門架墩方案

橋梁實體工程經濟指標比較見表3。可以看出，采用整幅雙柱式大蓋梁門架墩在造價上存在明顯優勢。常規橋梁下部結構雙柱墩造價約為75 萬元，門架墩造價約為64.5 萬元，一處墩柱位置就能節省造價10.5 萬元左右，另外在施工成本以及施工工藝上，門架墩方案因為在河道內樁基較少，可減少施工圍堰的設置，也能在一定程度上降低施工成本，以及施工難度。而在施工工期上，門架墩方案也存在較大的優勢，門架墩方案比雙柱墩方案減少2 根樁基、墩柱和一個蓋梁。

表3 橋梁實體工程經濟指標比較

門架墩方案解決了墩柱阻水的問題，由4 根柱子變為雙柱，且雙柱間柱間距較大，解決了河道內漂浮物的淤積問題。既能滿足高速公路橋梁的結構安全性要求，又很好地解決了河道內阻水問題，順應地形變化，與周邊自然環境相協調。

門架墩在本項目的使用，既能很好地解決橋梁對結構物以及河道的跨越，又避免了很多拆遷問題以及橋墩阻水問題，在本項目發揮了很大的作用。

4.3 門架墩方案的限制性

（1）在地形條件復雜，橋梁位于直立陡坡處，盡量避免使用門架墩方案，因其柱間距較大，極易造成應力集中，受力不平衡。（2）門架墩結構，通常采用大跨度對結構物進行跨越，導致蓋梁長度較長，需要增設預應力以滿足其受力要求。而大蓋梁的施工，對于施工單位要求較高，在施工方案上需進一步細化，需要有豐富施工經驗的施工單位，才能更好地達到門架墩的施工要求。（3）橋梁跨越河道或者地方道路的過程中，尤其是在山區，因走廊帶狹窄，通常河道和地方道路與高速公路橋梁存在多次交叉。而交叉角度并不一定都能滿足門架墩的布設要求，橫向跨度的增大，會導致蓋梁的彎矩急劇增大。所以在采用大跨度門架墩的時候，需要考慮彎矩對結構地安全影響，采取必要的構造措施以確保結構的安全。例如增加墩柱的直徑，增設橫梁，增大蓋梁預應力的布設等措施。（4）美觀要求，通常高速公路橋梁布設，要求線形優美，與整體環境相協調，美觀也是高速公路布設的重要原則之一。而門架墩的布設，因其橫向跨度較大，與前后常規雙柱墩的形式存在較大的視覺反差，影響橋梁整體視覺效果。

5 結語

結合實際工程對門架墩的使用進行了簡單的比較：門架墩的選用存在很多制約因素，需結合橋梁的跨徑、墩高以及地形條件等因素綜合考慮。僅從造價、工期等方面進行定量比較，在實際工程應用中需根據實際情況進行綜合考量。

目前大跨度門架墩在高速公路實際工程中的應用并不廣泛，多應用于市政工程立交橋梁中。市政道路橋墩布設，因地形較為平坦單一，線形以直線居多。在橋梁跨越時，可全橋布設門架墩，形成統一下部結構，既不影響美觀，又能完成其使用功能。門架墩在高速公路的應用需根據實際工程結合結構安全、美觀、地形、地質、造價等因素，綜合考慮下部結構的選用。