高速公路軟土路基地段雙幅高架與雙層高架的比選

劉文

（湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

由于高速公路屬于國家修建的民生工程，所以項目建設的方案需要具有高度的合理性。只有符合建設地區實際情況的設計規劃，才能保障項目的有序進行，確保高速公路的質量得到有效控制，進而保障人民群眾的生命財產安全。高速公路的建設，不僅能夠便于不同區域內的運輸，還能夠逐漸建立起密集的交通運輸網絡，便于運輸周邊地區的物產，促進周邊地區的經濟發展，具有十分重要的基礎作用。而對于高速公路軟土路基地段建設雙幅高架與雙層高架的比選來說，需要經過嚴密的勘查，從而做出決策，確保工程符合實際的地形條件分布狀況，具備經濟適用性。本文將從水文條件、地質條件、地形結構、地層巖性等方面對雙幅高架與雙層高架進行全方位的比選，給出專業性的處理方案。

1 工程概況

某項目位于洞庭湖平原，工程建設需要貫穿較大區域的軟土層以及城市周邊的農田種植區。這一地域內的地理特點主要體現為軟土層較多，且土層的水分含量過多，密度不高，存在著很大的孔隙，容易因受到壓縮而產生變形，要在這一路段進行工程建設，首先需要解決的就是這一區域的軟土路基問題。根據現階段的施工經驗來分析，很多項目工程對于軟土路基的處理都不能夠達到預期，同時還需要投入大量的資金。而對于該項目來說，如果通過土方填筑的方式來進行施工，這一區域大概需要開挖1000 萬m3的土方，給實際的工程建設帶來了較大的困難。就算通過長距離的運輸，能夠實現土方的填埋，所花經費也過高，方案不具備經濟適用性。而針對這一情況，就需要對方案的設計進行研究，提出一個更具價值的設計方案。例如可以提出橋梁方案來進行比選。在高速公路的建設中，應該盡量避免破壞農民耕地、減少對良田的占用，盡量減少對環境的不良影響、減少對軟土地區生態結構的破壞，據此，可以在高速公路的建設方案中提出雙幅橋和雙層橋的方案設計，通過專業性的技術比對，找到更能滿足該工程的建設方案。

2 雙幅高架與雙層高架的比選

2.1 結構形式的選擇

經過對項目建設區域的實地勘查，了解到洞庭湖平原腹地區域分布了較大范圍的軟土。想要構建出符合施工要求的設計方案，就需要對幾種不同的高架橋梁構造進行研究與分析。高架橋梁主要有四種結構形式：雙層高架單樁、雙幅高架單樁、雙層高架雙樁、雙幅高架雙樁，具體如圖1所示。

圖1 高架橋梁的四種結構形式

2.2 橋梁結構體系的選擇

對于橋梁結構體系的選擇，需要充分地考慮到高速公路工程項目的整體性，還需要保障項目竣工后的實際運輸效果，最重要的一點，就是需要保障高速公路工程的安全性和使用壽命。在橋梁結構的設計上，要參考建設區域周邊的地形條件和地貌特點，結合周邊地區的自然氣候等因素，來多方面地進行思考。經過技術專家的衡量，最終確定了該工程的橋梁結構體系為簡支梁橋面連續結構。綜合了多種因素后做出的這一決定，更具有實際應用價值，也能夠更好地發揮出設計效果，讓高速公路通車后的耐久度得到保障[1]。

2.3 橋梁跨徑的選擇

設計符合實際建設需要的橋梁建設方案，要求在橋梁跨徑方面重視設計的合理性和規范性。高架橋梁的跨徑設計以20～30m 為標準。而本文針對這一問題進行研究，也是為了最大化地提升橋梁跨徑的科學合理性，讓高速公路的建設施工質量得到提升[2]。

2.4 上部結構類型的選擇

在設計方案的選擇上，需要結合橋梁的實際建設條件，充分評估周邊區域的地形狀況和項目經費的投入問題，才能做出最終的決策。該工程對于橋梁建筑材料的選擇，以空心板和T 梁為主。可以通過表1 的對比，來進行深入的分析。

表1 上部構造尺寸比較

2.5 下部結構類型的選擇

目前，高速公路橋梁的橋墩形式主要有柱式墩、薄壁墩、空心墩等。通常，在高度小于40m、需要對強度進行把控的方案中，柱式墩更加適用。而在高度大于40m、需要對穩定進行控制的方案中，薄壁墩、空心墩更加適用。該高速公路建設工程受到多種因素的影響，在方案的對比分析時，需要針對實際情況進行選擇，例如雙幅高架橋墩采用雙柱式墩，雙層高架橋墩采用雙層框架式橋墩。根據情況分析，不同種類的設計具有以下特點。其一，雙柱式墩是公路橋梁廣泛采用的橋墩形式，其自重輕，結構穩定性好，施工方便快捷，外觀輕盈美觀，橋墩布設靈活性大。其二，雙層框架式橋墩在城市立交雙層高架橋梁中普遍應用，上層橋梁通過將上部梁板的端橫梁做強做大，既做端橫梁又做上層蓋梁，簡支在框架式橋墩的兩墩柱上，下層橋梁直接支承在下層蓋梁上。這種體系受力明確，結構的超靜定次數較低，上下層橋梁受力相互影響小，但整體穩定性較差。通過分析借鑒，該項目將橋墩兩側墩柱通過上下蓋梁固結起來，做成框架式橋墩，上下層橋梁分別支承在上下蓋梁上，具體見表2。

表2 下部構造尺寸比較

雙層高架橋墩驗算。

第一，按5 跨一聯計算，假定各墩墩柱尺寸、高度均在8～20m 之間。

第二，基本假定。一是外荷載除結構重力、汽車荷載外，還計入制動力、溫度作用，忽略風荷載及混凝土收縮徐變等。二是計算制動力作用時，各墩柱受力按墩頂抗推剛度分配。為簡化計算，計算上層橋處墩頂抗推剛度時不考慮下層橋處支座的影響；計算下層橋處墩頂抗推剛度時不考慮上層橋的影響。三是當溫度力或摩阻力大于制動力時，按摩阻力考慮。

第三，墩柱驗算。驗算下層橋墩墩底截面：因上下層制動力方向相反，按最不利考慮，僅上層有制動力時，下層橋墩墩底截面最不利。

樁基內力按m 法計算。

3 工程規模比較

雙幅高架與雙層高架下部構造具體數量、造價比較詳見表3。

表3 雙幅橋方案（24.5m）與雙層橋方案(12.0m)主要工程數量比較表

4 雙幅高架與雙層高架的優缺點

4.1 用地規模

從用地規模這一角度進行分析，雙層高架相比于其他的實際方案具有一定的技術優勢，例如，雙層高架具有更節約用地的特點，在實際的建設過程中，它的用地規模較雙幅高架節省一半，產生了明顯的差異性。由于土地屬不可再生資源，最新出臺的《中華人民共和國土地管理法》中明確提出了耕地占補平衡政策，且該項目位于湖區，耕地尤為稀缺。對于項目建設的發展前景來說，其更加符合國家的相關政策。

4.2 順應河道、路網變化

根據高速公路工程項目的實際特點進行分析，這一工程區域內湖區網布、路網發達，雙層高架方案在適應湖區河道彎曲變化、減小橋墩阻水面積等方面具有較大優勢。能夠更好地在這一區域發揮出重要作用，體現出雙層高架的優點。

4.3 應對不良天氣及極端災害

不良天氣條件對項目建設也會產生一定程度的影響，當出現大雨或者冰雪天氣時，下層的行車條件就會優于上層的行車條件。雙層橋的抗災能力占優的另一表現在于，由于該項目通過重點垸和確保垸，在歷次洪災中潰垸時有發生，一旦潰垸，災民可以第一時間通過救生通道爬到雙層橋上避難，凸顯雙層橋作為臨時生命救災通道的積極作用。

4.4 施工及施工組織難易程度

從實際的建設施工角度來分析，這兩種設計方案都存在著各自的施工難點。雙層高架較雙幅高架施工工藝要求更高，工序更為復雜，施工技術難度更大。例如框架墩大截面樁基礎成孔難、預應力蓋梁施工復雜、雙層板和梁架設干擾大、施工組織協調難等，這些都是高速公路項目建設的困難因素。

4.5 行車舒適性

將兩種設計方案在行車舒適性方面展開對比，由于預制結構決定了橋梁跨徑一般在20～30m 之間，在跨徑不大的情況下，雙層高架立柱數量偏多，給下層駕乘人員帶來不適，容易產生心理壓迫、視線阻隔等感覺，不利于竣工后的實際應用。

4.6 互通及服務區橋梁設置

在實際的項目施工建設過程中，在主線進入互通及服務區階段，受主線縱坡影響，互通及服務區匝道的長度會加長，特殊結構橋梁增多，造價增加，需要投入更高的建設成本，其中雙層高架尤為明顯。

4.7 施工及運營過程中出現各種緊急情況的應對比較

當橋梁遇到火災、車禍等緊急情況時，會導致橋上交通擁堵，人車不能及時上下高速；當車輛撞擊橋墩有可能導致橋梁垮塌，使高速公路喪失通行能力。所以在橋梁上必須設置港灣式緊急停車帶，以及緊急疏散通道，同時要提高結構的防火能力；對橋墩要加強防護，設置鋼筋混凝土防撞套筒，以吸收撞擊能量，同時要采用加強型混凝土防撞護欄，確保失控車輛不會沖斷、越出護欄。

4.8 雙層高架標志標牌的設置

高架標志標牌在行車中具有重要作用。如設置在雙層高架外側，下層橋梁外側一線的橋墩會阻擋行車人員看清標志標牌的視線；如設置在雙層高架內側，下層橋梁需要在現有凈空基礎上增加凈空以滿足標志標牌的設置，立柱高增加，橋梁的造價也會增加。

4.9 其他影響因素

除此之外，還有其他的影響因素。針對該項目的實際施工情況分析，這一工程位于湖區，水系發達，路網交織。為了設計及施工方便，雙幅高架及雙層高架右交角均為正交，因此橋下改河溝、改路的情況會很頻繁，需要結合多種其他形式的工程項目共同完成。

5 比對結論

5.1 單樁與雙樁的選擇

對于橋梁的建設來說，建造的合理性與經濟性是重要的考量因素，要根據建造情況，選擇質量更優、成本更低的建設材料。其中，空心板作為重要的施工建材，被廣泛應用于雙層高架的建設施工。經過實際的對比匯總可以發現，在單樁情況下，雙幅高架要比雙層高架的經濟性更好，而在雙樁情況下，則剛好相反。

5.2 雙層與雙幅的選擇

相比較而言，兩種高架所需的建設成本差異并不大。兩種形式的費用節約方式不同，例如雙層高架在實際的施工建設過程中，所需的占地面積更小，更能適應地形條件的變化，可以充分發揮自身的阻水特征，展現出雙層高架的亮點特色。而從另一個角度來說，這種高架的建設方案，所需的技術難度高，而且涉及的工序非常繁雜，給施工環節帶來了很多技術困難，增加了人工方面的投入。通常情況下，在實際施工時會采用兩種高架相結合的方式，這樣能夠更好地解決不同施工區域建設時遇到的困難，能夠綜合設計出更具適用性的建設方案。尤其是在農田的占用方面，可以更好地發揮出雙層高架的優勢，減少對自然生態環境的破壞，最大化維持原來的生態系統。在河道眾多且道路運行艱難的地區，選擇雙幅高架，能提升駕駛的舒適度，取得橋梁建設的最佳視覺效果。

6 結語

隨著我國經濟水平的不斷提升，對于道路交通運輸的要求也逐步加大，在高速公路工程施工建設過程中，在雙幅高架和雙層高架的選擇上，需要結合實際情況進行深入分析，包括在橋梁建設的經費方面、施工的工藝方面、建設的技術難度等方面，綜合考慮多種因素，才能選擇更為合適的設計方案。