高速公路高架桥桥型结构初步比较与分析

摘要:大部分高速公路的桥梁多为预制架设的常规桥梁,针对此类高架桥的梁部及下部结构等进行综合比较、分析得出安全、经济、合理的桥型结构形式,对推进项目建设、控制建设成本具有重要意义。文章结合广州市新洲至化龙快速路工程实例,对高速公路高架桥的梁部及下部结构等进行综合比较、分析,得出安全、经济、合理的桥型结构形式,提出了类似高速公路桥型结构选取的初步建议。

关键词:高速公路;桥型结构;高架桥;建设成本

中图分类号:U448文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0184-02

近年来,新建的高速公路受发展规划、农田保护及地方要求,桥梁所占的比列越来越高,在沿海经济发达地区桥梁比例往往都超过了二分之一,在内地这个比例也达到了三分之一,而且还有逐步增高的趋势。大部分高速公路的桥梁多为预制架设的常规桥梁,针对此类高架桥的梁部及下部结构等进行综合比较、分析得出安全、经济、合理的桥型结构形式,对推进项目建设、控制建设成本具有重要意义。

本文结合广州市新洲至化龙快速路工程实例,对高速公路的高架桥桥型结构选取作了初步的比较与分析。新洲至化龙快速路路线全长约12km,双向六车道,设计速度80 km/h。项目位于广州市东南部,起点与新港东路对接,并与广州环城高速公路东环线连接,跨越珠江后航道之官洲河和沥蛩道,穿越大学城、长洲岛,终点于番禺金山大道与广珠高速公路东线连接。其中桥梁长度占路线长度的60%,高架桥占桥梁总长的80%左右。

一、桥型结构

高速公路高架桥常用跨径为20m、25m、30m,常用简支梁型有斜腹箱梁、空心板梁和简支T梁(互通内匝道桥以及主线平曲线半径较小或预制梁处理困难时,桥型以现浇混凝土连续梁为主)。根据项目特点,桥型结构方案选取25m及30m跨径的简支箱梁、先简支后结构连续箱梁和简支T梁进行比较。

简支箱梁和先简支后结构连续箱梁(半幅桥由5片梁构成,13.79m宽):主梁间距为2.785m,其预制宽度分别为2.20m(中梁、外边梁)、2.35m(内边梁),箱梁腹板厚0.16～0.25m,箱梁底板厚0.16～0.27m。

简支T梁(半幅桥由6片梁构成,13.79m宽):主梁间距为2.30m,其预制宽度分别为1.80m(中梁)、1.97m(内边梁)、1.82m(外边梁),腹板厚0.18～0.4m。

25m跨径在墩高15m以内时采用Φ130cm~Φ150cm的柱桩尺寸,墩高大于15m且小于等于20m时,采用Φ150cm~Φ180cm的柱桩尺寸;30m跨径在墩高15m以内时采用Φ140cm~Φ160cm的柱桩尺寸,墩高大于15m且小于等于20m时,采用Φ160cm~Φ180cm的柱桩尺寸。如上述构造尺寸用于墩高大于20m时,桥墩位移会超过10cm,或者桥墩配筋过多设计不经济,须另行计算确定柱径与桩径。

上部结构按A类预应力结构计算,横向按刚接梁计算,行车道板按弹性嵌固梁法计算。下部结构桥墩及盖梁按钢筋砼结构进行设计,墩柱按墩底固接、墩顶铰接并考虑墩顶有一定水平位移的偏心受压杆件进行计算,桩身内力按“m法”进行计算。

二、 比较与分析

根据设计、施工、管理、营运情况,进行了分类、归纳等综合分析研究,半幅桥由5片梁构成的25m、30m跨简支箱梁及先简支后结构连续箱梁,半幅桥由6片梁构成的25m、30m跨简支T梁均具有技术成熟,制作标准化、工厂化,施工装配化,可缩短工期,易控制施工质量、造价经济等优点,均适合本项目。

(一)工程数量

从上表比较可知相同跨径,上部工程数量简支T梁最省,简支箱梁次之,先简支后结构连续箱梁较多。

再比较分析下部结构,相同跨径T梁的盖梁圬工量较多,其数量高出箱梁20%左右;同类梁型桩柱工程数量25m跨径多于30 m跨径,其每平方指标高出30m跨径4%左右。

(二)概算指标

以上述梁型为基础作2×13.79m桥宽、600m桥长(陆地旱桥),统一设墩高15m、12m、8m,桩长从20m至40m(根据已有钻探资料,平均桩长一般在25～35m左右)的全桥概算。

通过表2分析可知,在跨径相同的简支箱梁、先简支后结构连续箱梁以及简支T梁三种梁型中,在相同墩高、桩长条件下简支T梁的造价最低,简支箱梁其次,先简支后结构连续箱梁造价较高。

采用不同跨径对比,当桥墩高度不大于15m时,25m跨径在各种桩长范围内均比30m跨径经济。当桥墩高15m时,30m跨径在各种桩长情况下均比25m跨径的造价低。

分析原因,当墩身较低时,采用的柱桩径较小,因跨径较小而增加的下部结构数量,其所发生费用低于较大跨径上部梁体数量增加而发生的费用;而当墩身较高时,柱桩径均扩大,此时较小跨径所增加的下部结构数量较多,高于上部梁体数量增加的费用。因此在两种墩高情况下比较结果相反。

(三) 桥面连续与结构连续

为提高桥梁整体性及行车舒适性,25m、30m跨斜腹箱梁一般在桥墩处采用桥面连续或先简支后结构连续形式。先简支后结构连续是预制梁在设置的临时支座上安装就位后,在桥墩处通过现浇接头段将简支结构转换为连续梁结构,并在桥墩处梁顶设预应力体系抵抗体系转换后引起的负弯矩,该类结构在温差较大地区能有效提高桥梁整体性和行车舒适度。桥面连续则是在简支梁安装完成后,于支座处桥面板布设现浇钢筋网,以加强梁端缝处的连续性,桥面连续不改变简支结构、不进行体系转换,施工简便,行车舒适度也能保证,桥梁整体性较好,但需在桥面连续处作加强处理措施、适应温差范围也稍小。

(四)下部结构

下部结构一般常规采用圆形截面双柱式桥墩,考虑景观等因素,增加了悬臂独柱桥墩做比较。同样以600m桥长,柱高15m、桩长30m统计数量,进行概算分析,可知在相同条件下,双柱式桥墩较悬臂独柱式桥墩便宜10%左右。增加的费用主要是盖梁预应力、墩身混凝土方量、承台三部分组成。

三、桥型结构方案建议

(一)梁型方案

简支T梁造价最省,但存在张拉预应力不对称引致腹板裂纹及侧弯、运输、吊装过程中易倾覆等缺点,同时T梁高比箱梁高,净空受限制处导致桥梁段增长,美观性较差等缺点,建议在景观要求不高的地段使用。

对比简支箱梁和先简支后结构连续箱梁,考虑简支结构比连续结构方案节省造价,同时简支箱梁比先简支后结构连续箱梁施工简便、工期较短,建议在温差较小的地段使用,否则采用先简支后结构连续箱梁。

(二)跨径方案

桥梁以墩高15m为界,桥墩高度不大于15m时,建议采用25m跨径;桥墩15m及以上时,建议采用30m跨径。

(三)墩型方案

双柱式桥墩较悬臂独柱式桥墩便宜,而且双柱式桥墩较悬臂独柱式桥墩施工方便、快捷,一般地段推荐采用双柱式桥墩。对景观要求较高地段,因悬臂独柱式桥墩更为美观,建议采用悬臂独柱式桥墩。

参考文献

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[5]姚玲森.桥梁工程[M].人民交通出版社,2003.

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作者简介:胡进,男,湖南湘潭人,中国中铁二院工程集团有限公司交通院二处桥梁工程师,研究方向:公路、市政桥梁。