王華偉,趙志彥
(浙江數(shù)智交院科技股份有限公司,杭州 310000)
新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選在施工期間是項(xiàng)目單位關(guān)注的重點(diǎn),要求在施工過(guò)程中,對(duì)不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與成本進(jìn)行控制,并得出最優(yōu)方案。
某項(xiàng)目位于我國(guó)平原區(qū),區(qū)域內(nèi)水系發(fā)達(dá),常規(guī)橋梁的橋型要從安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀等方面予以確定。施工遵循標(biāo)準(zhǔn)化施工,并結(jié)合現(xiàn)代化手段與技術(shù)采取統(tǒng)一作業(yè)。為降低新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)的施工成本,節(jié)省工程造價(jià),需要做好新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選,選擇合適的方案。
跨徑小于20 m 的橋型常使用1.24 m 寬幅大鉸縫空心板結(jié)構(gòu)。近些年,在橋梁事業(yè)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了新的梁型,如矮T 梁。矮T 梁有傳統(tǒng)T 梁的特點(diǎn),但梁高較低。在本項(xiàng)目中,空心板的跨徑確定為10~16 m,使施工更加簡(jiǎn)單便捷,且吊裝重量較輕。但也發(fā)現(xiàn)連接鉸縫在空心板橫向較多,鉸縫連接難以向更大跨徑發(fā)展,結(jié)構(gòu)受力薄弱等問(wèn)題。近些年,空心板的使用開始受到限制,在凈空高度符合要求的基礎(chǔ)上,需采用T梁、小箱梁。而空心板的應(yīng)用條件只局限于凈空高度受限、交通量較小等情況。因此,為強(qiáng)化空心板梁的鉸縫設(shè)計(jì),應(yīng)選擇大鉸縫形式[1]。
在新建常規(guī)長(zhǎng)橋項(xiàng)目中,T 梁、小箱梁成為首選。選擇T梁、小箱梁時(shí),可通過(guò)結(jié)構(gòu)性能、跨徑適用性等各項(xiàng)性能的比較予以確定。
從使用結(jié)果看,T 形梁和小箱梁各有優(yōu)缺點(diǎn),但綜合評(píng)價(jià)而言,小箱梁在跨中增加橫隔板后,抗扭剛度明顯提升,同時(shí)建筑高度低,且造價(jià)較低,適用于平原水網(wǎng)區(qū)。T 形梁與小箱梁相比,結(jié)構(gòu)受力明確,耐久性好,但整體造價(jià)較高,適用于在山區(qū)進(jìn)行運(yùn)輸和吊裝??紤]到本項(xiàng)目位于平原水網(wǎng)區(qū),受建筑高度限制,采用小箱梁可以明顯縮短橋長(zhǎng),因此,推薦采用小箱梁。小箱梁在項(xiàng)目實(shí)施期間,工藝流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單,具體為:制造預(yù)制梁→安裝支座→安裝預(yù)制梁→布置橋板面→布置橫梁鋼筋→鋪設(shè)層現(xiàn)澆混凝土。
20~40 m 是小箱梁的常用跨徑,對(duì)于20 m 跨徑不予考慮,主要是因?yàn)榭缭侥芰π?,墩柱較多,所以不進(jìn)行比較。本文對(duì)4 種跨徑進(jìn)行比較,分別為25 m、30 m、35 m 和40 m。不同的跨徑對(duì)成本的影響差異較大,在滿足質(zhì)量與安全的基礎(chǔ)上,要重視成本控制,降低該項(xiàng)目的工程造價(jià)。
造價(jià)分析時(shí),對(duì)25 m、30 m、35 m 和40 m 跨徑小箱梁的上下部整體造價(jià)進(jìn)行對(duì)比。為確保精確的工程量,減小在計(jì)算過(guò)程中產(chǎn)生的誤差,橋梁總長(zhǎng)可取4 種跨徑的最小公倍數(shù)4 200 m,25 m 小箱梁配跨、30 m 小箱梁配跨、35 m 小箱梁配跨、40 m 小箱梁配跨分別為168×25 m、140×30 m、120×35 m、105×40 m。在本次結(jié)構(gòu)比選中,墩高都以8 m 進(jìn)行計(jì)算。具體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。
表1 不同跨徑小箱梁結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
圖1是4 種跨徑的小箱梁的上、下部結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),結(jié)合表2 不同跨徑小箱梁結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可發(fā)現(xiàn),在跨徑增加過(guò)程中,經(jīng)濟(jì)性也會(huì)下降。相比25 m 跨徑,35 m 跨徑的成本增加了6.4%,40 m 跨徑的成本增加9.6%。25 m、30 m 兩種跨徑的經(jīng)濟(jì)性相差不大,相比于25 m 跨徑小箱梁,30 m 跨徑小箱梁的梁板數(shù)量和下部墩柱數(shù)量更少,成本分別減少了20%,因此,綜合分析,梁部結(jié)構(gòu)可選擇30 m 小箱梁。
圖1 不同跨徑小箱梁的上下部經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
常規(guī)橋梁的橋墩下部結(jié)構(gòu)形式較多,可選擇的有柱式墩(雙柱、多柱)、Y 形墩、矩形墩、多邊形墩等。
其中,Y 形墩和花瓶墩的外觀美觀,地面占用面積較少,但在施工期間由于外形比較復(fù)雜,施工周期相對(duì)較長(zhǎng),且大體積承臺(tái)需求量較多,在開挖基坑期間會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。如果這兩種結(jié)構(gòu)施工位于水中,施工難度會(huì)進(jìn)一步增大,造價(jià)也會(huì)增加。對(duì)于新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu),對(duì)美觀性要求不高,所以,這種結(jié)構(gòu)形式在本項(xiàng)目中不適合采用。
薄壁空心墩使用的條件是橋墩較高、橋墩剛度、穩(wěn)定要求較高。薄壁空心墩具有較大的外形尺寸,截面為閉合箱形結(jié)構(gòu)。在施工期間對(duì)大體積承臺(tái)的需求量較大,在開挖時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。
在橋梁下部結(jié)構(gòu)中,柱式墩(雙柱、三柱等)是最為常見的形式,這種結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期發(fā)展中已形成成熟的工藝,在滑模施工過(guò)程中速度更快,墩柱與樁基礎(chǔ)具有良好的銜接效果,且無(wú)須開挖大體積承臺(tái),其經(jīng)濟(jì)性更好。本項(xiàng)目墩高不高(未超過(guò)30 m),按照橋墩形式的特征進(jìn)行綜合比較分析,最終決定橋墩形式為三柱式橋墩。
3.3.1 三柱墩、雙柱墩的比較
在本項(xiàng)目中需要先確定橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度,然后對(duì)三柱式、雙柱式墩進(jìn)行最終的選擇。鋼筋混凝土蓋梁屬于三柱式墩的蓋梁,柱徑不大,有3 根樁基,樁長(zhǎng)需以地質(zhì)情況為條件進(jìn)行計(jì)算。大挑臂的預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁為雙柱式墩,具有較大的柱徑,有2 根樁基,需根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況確定樁長(zhǎng)。
本項(xiàng)目以30 m 小箱梁為代表,對(duì)三柱式橋墩和雙柱式橋墩進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)比較,見表2。
表2 半幅單個(gè)三柱墩和雙柱墩的技術(shù)指標(biāo)比較
3.3.2 三柱墩和雙柱墩的綜合性能比較
三柱墩:結(jié)構(gòu)性能方面橫向3 個(gè)支點(diǎn),挑臂小,正負(fù)彎矩較小,采用鋼筋混凝土蓋梁即可;基礎(chǔ)方面樁數(shù)多,單樁力小,樁長(zhǎng)較短;施工方面墩柱和樁基個(gè)數(shù)略多,蓋梁施工簡(jiǎn)單,施工技術(shù)成熟而簡(jiǎn)單;景觀一般,造價(jià)低,綜合推薦。
雙柱墩:結(jié)構(gòu)性能方面橫向兩個(gè)支點(diǎn),挑臂大,正負(fù)彎矩大,需采用預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁;基礎(chǔ)方面樁數(shù)少,單樁力大,樁長(zhǎng)較長(zhǎng)。地質(zhì)不良時(shí)樁端可能穿透持力層,導(dǎo)致樁長(zhǎng)很長(zhǎng);施工方面墩柱和樁基個(gè)數(shù)略少,但蓋梁需要張拉預(yù)應(yīng)力(甚至分批張拉、梁板架設(shè)后才張拉),施工麻煩,技術(shù)要求高。景觀方面柱子略少,橋下通透性好;造價(jià)高。
在該項(xiàng)目中由于所處位置為平原水網(wǎng),采取常規(guī)結(jié)構(gòu)橋梁,對(duì)景觀的要求不高,但對(duì)于施工難度、工程造價(jià)有更高的要求,為控制成本,可使用傳統(tǒng)的矩形截面蓋梁于常規(guī)橋梁的橋墩上,按照景觀及受力需求對(duì)重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綜合分析。根據(jù)橋位處地質(zhì)條件及橋頭填土高度對(duì)橋臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式予以確定,當(dāng)橋頭填土的高度在4.5~10 m 時(shí),可分別采取樁柱式橋臺(tái)、座板臺(tái),單跨臨河橋臺(tái)則采用重力式臺(tái)。
新建常規(guī)長(zhǎng)橋結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選是項(xiàng)目實(shí)施前設(shè)計(jì)人員必須關(guān)注的要點(diǎn),需要準(zhǔn)確了解不同結(jié)構(gòu)的特性與優(yōu)、缺點(diǎn),然后選出較優(yōu)方案。新建常規(guī)長(zhǎng)橋施工是一項(xiàng)技術(shù)性、專業(yè)性要求較高的基礎(chǔ)工作,前期方案設(shè)計(jì)不合理,就會(huì)對(duì)項(xiàng)目施工難易、造價(jià)、外觀等產(chǎn)生較大影響,所以,要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況做好方案設(shè)計(jì)比選,為新建常規(guī)長(zhǎng)橋的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。