混凝土梁式橋橋墩選型方案研究

趙艷納

(廣西高速公路投資有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

在一般高速公路建設中，梁式橋由于設計簡單、施工方便和維護容易，在公路尤其是高速公路中應用廣泛[1]。橋墩形式有圓形雙柱式墩、方形雙柱式墩、實體墩、薄壁空心墩等[2]，但是具體選用的標準不夠統一。目前廣西高速公路的主要設計單位結合區內外多條高速公路橋梁設計中取得的經驗并參考國內外同類橋梁的成功設計實例，對橋墩的選用情況如表1所示。

表1 主要勘察設計單位橋墩選擇一覽表

各設計單位選擇標準不一，不利于標準化設計、標準化施工，不符合廣西高速公路大發展時期的標準化要求，因此對梁橋橋墩形式的標準化已成為目前亟待解決的問題。本文結合目前廣西區內外橋墩設計的實際情況，對混凝土梁式橋不同墩高的橋墩方案設計進行綜合經濟效益分析，得出相關的結論，達到在投資基本可控的前提下，統一墩臺形式從而實現標準化施工、加快高速公路施工進度的目的。

1 不同橋梁墩柱形式的特點

圓形雙柱式墩、方形雙柱式墩、實體墩、薄壁空心墩的特點詳見表2。

表2 梁式橋不同橋墩的特點一覽表

2 各墩高情況下墩柱形式經濟性分析基礎

2.1 橋墩受力分析

橋梁墩臺受力如表3所示[3]。

表3 橋墩受力分析表

2.2 橋墩配筋主要原則

橋墩選型和配筋主要遵循適用、經濟的原則。

(1)橋墩配筋要求為主。根據上構計算的力按照《公路橋涵設計通用規范》[3]進行組合。

橋墩計算根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》[4]第5.3條受壓構件章節對墩身界面進行驗算。

(2)墩柱配筋最小配筋率要滿足規范要求。墩柱縱向主筋配筋最小配筋率滿足橋涵設計規范[4]第9.1.12條規定；墩柱箍筋配筋形式和配筋率橋涵設計規范[4]第9.6條規定。

3 不同橋墩形式的經濟性分析研究

本文采用常見的梁式橋30 m或40 m跨T梁橋橋墩在各種高度下各墩型的適用性和經濟性進行比較。具體以設計速度為100 km/h，整體式路基為26 m寬，橋寬為2×12.75 m，橋梁上部構造為40 m的T梁為例，對墩高H=30 m、40 m和50 m及以上的各型橋墩進行經濟分析。

3.1 墩高H=30 m

墩高30 m時，圓形雙柱式墩、方形雙柱式墩、矩形實體墩、薄壁空心墩均適用，均滿足受力要求；矩形實體墩和薄壁空心墩外形尺寸基本一致，由于空心墩施工工藝復雜，在墩高30 m時并無優勢。因此，采用圓形雙柱式墩、方形雙柱式墩和實體墩進行比較(見表4)。

根據表4分析，墩柱高度H=30 m、樁基長度按30 m計時，采用圓形雙柱式墩、方形雙柱式墩和實體墩進行比較：基礎工程部分，由于方形雙柱式墩和實體墩需要設置承臺進行轉換，方形雙柱式墩和實體墩比雙圓柱墩混凝土分別增加31.3%和34.9%，鋼筋分別增加33%和44.8%，造價分別增加14.8和18%；下部構造部分，方形雙柱式墩和實體墩比圓形雙柱式墩混凝土分別增加20.7%和63.6%，鋼筋分別增加71.3%和97.0%，造價分別增加34%和69.1%。因此，圓形雙柱式墩經濟性更好，墩高在30 m以內的墩柱一般選用圓形雙柱式墩。

表4 墩高H=30 m時各墩型主要工程量比較表

3.2 墩高H=40 m

圓形雙柱式墩由于以承壓為主，抗折能力不足，因此墩高40 m時其穩定性已經難以通過設計要求，此時方形雙柱式墩、實體墩、薄壁空心墩均滿足受力要求。但由于薄壁空心墩鋼筋施工復雜，措施費較高，在墩高40 m時并無優勢，因此采用方形雙柱式墩和實體墩進行比較(見下頁表5)。

表5 墩高H=40 m時各墩型主要工程量比較表

根據表5工程量對比，墩柱高度H=40 m、樁基長度按30 m計時，采用方形雙柱式墩和實體墩進行比較：基礎工程部分，實體墩比雙柱墩混凝土增加3.1%，鋼筋增加3.3%，造價增加1.7%；下部構造部分，實體墩比雙柱墩混凝土增加2.6%，鋼筋增加7.3%，造價增加5.1%。同時，方形雙柱式墩比實體墩施工進度快，因此在墩高40 m左右時選用方形雙柱式墩較為經濟。

3.3 墩高H=50 m

墩高50 m時，方形雙柱式墩剛度已經接近受力極限，但實體墩、薄壁空心墩均能滿足要求，因此采用矩形實體墩、薄壁空心墩進行比較。主要對比分析如表6所示。

根據表6工程量對比，墩柱高度H=50 m、樁基長度按30 m計時，采用實體墩和空心薄壁墩進行比較：基礎工程部分，兩種墩型基礎基本一致；下部構造部分，空心薄壁墩比實體墩混凝土減少24.3%，鋼筋增加3.6%，造價基本一致。如果橋墩基礎采用摩擦樁，由于實體墩墩柱混凝土比薄壁墩多24.3%，相應要求樁基承載力更高，樁長更長，經濟性更差，但是空心墩施工措施、施工工期費比實體墩多。因此，墩高50 m左右時，等截面的實心墩和薄壁空心墩經濟性差不多，但由于空心墩施工較為復雜，受工程進度影響，同等條件下優先選用實心墩；而根據3.3測算，同等高度下方形雙柱墩比實體墩更有優勢，因此在受力滿足的情況下優先選用方形雙柱式墩。

表6 墩高H=50 m時各墩型主要工程量比較表

3.4 墩高50 m以上空心墩與實心墩綜合經濟分析

50 m以上的墩柱可采用實心墩或薄壁空心墩，由于實心墩混凝土體積較大，對地基承載力要求高，為減少自重和投資，實心高墩時一般采用變截面設計。以整體式路基24.5 m寬，橋寬2×12 m，橋梁上部構造為40 m T梁為例，對墩高50

3.4.1 結構尺寸對比

(1)空心薄壁墩結構尺寸如圖1所示。

圖1 薄壁空心墩尺寸結構圖(cm)

(2)實體墩結構尺寸如圖2所示。

圖2 實體墩尺寸結構圖(cm)

3.4.2 工程材料及費用對比

按照不同高度，以上述尺寸的一個墩為單位進行對比分析，具體如下：

3.4.2.1 空心薄壁墩材料

空心墩墩身每方混凝土的鋼筋具體用量為：HRB400 234.2 kg/m3；勁性骨架30.7 kg/m3；鋼板3.5 kg/m3。根據鋼筋含量估算不同墩高的材料用量，具體結果如表7所示：

表7 不同墩高條件下薄壁空心墩材料用量對比表

3.4.2.2 實體墩材料

為滿足抗裂性和剛度要求，墩高越高實體墩需要的鋼筋越多，按實體墩墩身每m2混凝土鋼筋HRB400、178.5 kg/m3估算。不同墩高的材料用量估算見表8。

表8 不同墩高實體墩材料用量對比表

3.4.2.3 費用對比

50 m以上高墩按照實體薄壁墩1 128元/m3，勁性骨架7 754元/t，鋼筋6 113元/t計算；空心墩高≤70 m的混凝土單價為1 143元/m3，鋼筋為6 113元/t，模板提升架按照28 690元/墩計算。空心墩配施工電梯和塔吊考慮，如每處按4個月施工周期計算，651 536元/墩(上述單價參考桂林至柳州高速公路改擴建)。具體費用測算結果見下頁表9。

表9 不同墩高空心薄壁墩與實體墩費用對比表

綜合以上分析，不涉及樁基承臺變化時，55 m的實心墩施工費用比空心墩高38%左右；隨著高度的增加投資將持續攀升，高度70 m的高墩采用實心墩比空心薄壁墩增加投資約56%，加之薄壁墩對于基礎要求不高，故對于>50 m的高墩一般選用空心薄壁墩。

4 結語

根據上述論證，同時結合區內外橋墩設計情況、投資影響及綜合效益各項分析，對于一般地質情況下的橋梁，梁式橋橋墩形式建議要求如下：

橋墩高度<30 m時，建議采用圓形雙柱式墩。

墩高為30～50 m時，建議采用方形雙柱式墩。

墩高≥50 m時，建議采用薄壁空心墩。