鋼板組合梁與普通混凝土箱梁橋對比分析

何小文

摘要：濟祁高速淮河特大橋引橋規模較大，引橋造價占到整個大橋總造價的80%以上，本文主要通過材料使用性能、綜合成本（即施工進度、工序成本等綜合效率成本）、結構耐久性、環境保護、橋梁景觀等因素，對鋼板組合梁橋和預應力混凝土小箱梁橋進行了論證和分析。

Abstract： The approach bridge of Huaihe River Bridge of Jiqi Expressway is large， and the cost of approach bridges accounts for more than 80% of the total cost of the whole bridge. Based on the material use performance， comprehensive cost （ie， construction efficiency， process cost and other comprehensive efficiency costs）， structural durability， environmental protection， bridge landscape and other factors this paper demonstrated and analyzed the steel plate composite girder bridges and prestressed concrete small box girder bridges.

關鍵詞：裝配化組合梁橋;普通混凝土箱梁橋;對比

Key words： assembled composite beam bridge;ordinary concrete box girder bridge;comparison

中圖分類號：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）16-0102-05

0? 引言

濟祁高速淮河特大橋引橋為全國首次大量采用工業化制件、裝配化施工的高速公路橋梁。基礎及下部為現澆承臺、C80PHC管樁、C70預制空心墩、現澆墩帽，上部為鋼板梁與砼橋面板組合結構。經過工程實踐證明，裝配化組合梁橋與傳統的預應力混凝土小箱梁橋比具有優質、經濟、環保、耐久等諸多方面有優勢。

1? 工程概況

縱三淮南至合肥段在鳳臺縣淝北村西跨越西淝河后，進入董峰湖行洪區，與合淮阜高速形成樞紐互通后，繼續往南延伸，相繼跨越淮河及壽西湖行洪區。

壽縣淮河特大橋橋位距離焦崗湖入淮口2.5km，距離上游方家坎人渡2.64km，下游毛集港區碼頭2.5km，其間無其他碼頭、橋梁。淮河主橋長440m，淮河特大橋全長11.84公里，斜拉橋選用（120+200+120）m預應力混凝土，分別采用80m和60m跨徑為其兩側跨堤橋，堤內引橋采用40m跨徑，其余堤外引橋采用30m跨徑。

2? 縱三淮河橋引橋鋼板梁設計方案介紹

2.1 初步設計方案

在初步設計階段，引橋全長11.53km，其中堤外引橋長10.96km，采用30m預應力混凝土小箱梁，下部結構為鉆孔灌注樁基礎;堤內引橋長560m，采用40m預應力混凝土T梁，鉆孔灌注樁基礎。初步設計總概算為8.65億元。

2.2 施工圖方案

引橋全長11.256公里，其中堤外引橋總長10.616公里，上部結構采用35m鋼板組合梁橋，下部結構采用雙柱墩和PHC管樁基礎;堤內引橋總長0.64公里，上部結構采用40m鋼板組合梁，下部結構為雙主墩配鉆孔灌注樁基礎。施工圖總預算為8.18億元。

2.3 小箱梁橋特點及適應范圍

2.3.1 結構體系

小箱梁設計一般有兩種結構體系，一是簡支，另一種是先簡支后連續結構。與小箱梁橋相比，先簡支后連續小箱梁更具優勢，后者除了兼具前者的通用優點外，還具有抗震能力強、行車舒適、伸縮縫少、結構受力性能好等優點。

2.3.2 結構優缺點

小箱梁屬于裝配式結構，常用跨徑為20～35m，便于實現工廠化和機械化施工。由于其僅設端橫隔梁，具有梁高較矮、橋下視覺簡潔的特點，十分適用于對景觀存在一定要求且梁高受限的地方。結構應用領域廣，適應變寬能力強。在相同跨徑結構中，寬梁設計經濟優勢明顯。箱內設有負彎矩束錨頭，結構暴露面少，結構具有良好耐久性。活載橫向分配均勻，主梁抗扭剛度大，不僅行車較舒適，且在車輛荷載作用下主梁幾乎不會出現變形。便于維護，具有良好施工穩定性。

然而需要注意的是，小箱梁相比其它梁橋也存在一定弊端，比如其施工工藝要求較高，若在具體施工中管理和實際控制存在不到位問題，極易造成各類施工事故，影響其最終的施工質量;相比空心板、T梁來說，同等跨徑小箱梁吊裝重量更大;箱內空間較小，不便于檢驗箱內質量，且砼一次澆注內模拆除較復雜。

3? 技術經濟對比

施工圖階段引橋采用鋼板梁橋方案，基于以下技術和經濟比較。

3.1 技術與效果對比（見表1、表2）

3.2 材料價格變異的分析

分析當前我國經濟發展趨勢，再加上國家能源和環境政策的客觀影響，相比于2013年初，不難發現當前市場上砂、石等材料大幅度增加了，甚至增加幅度超過了100%。然而近年來鋼材價格一直呈下降趨勢，并且由于鋼材的原材料多來自進口的鐵礦石，且產能極為過剩，由此可知其價格在未來很長時間內必將趨于穩定，甚至出現一定程度的下降。基于此，采用鋼結構是合理且有利的。

由于混凝土材料價格的大幅上漲，如果施工圖設計仍然采用原30m預應力混凝土小箱梁橋，則整個引橋造價大幅增加，考慮施工成本，增幅大約為10%，如表3所示。

4? 與PC砼箱梁橋對比造價優勢

5? 優勢

根據我國經濟發展現階段能源及環境政策的相關性影響，市場上的砂、石類材料近年來增幅較大，并呈逐年上升趨勢，而鋼材質量提高較快的同時價格卻有較大幅度的下降。從發展趨勢看，環境保護的要求越來越高，砂石材料的成本逐年增加，而鋼材的原材料價格已經趨于穩定，且其加工規模化、集約化水平越來越“高精”，成本也越來越低。因此從材料選用的角度，采用鋼結構日趨合理。鋼板組合梁承載能力高、剛度大、延性好，可輕型大跨、預制裝配、安全快捷、節能環保。

5.1 經濟

C80高標號PHC管樁基礎和C70預制空心墩的采用，起因于橋面板和鋼板梁結構自重輕的優勢使下部結構的創新空間加大，樁、柱超越傳統其自身重量又大幅度減輕，用量精省承載能力卻大幅提高。所有結構件的恒載大幅減小也降低了整體結構的吊裝費用，總體計算橋梁基礎、下部結構造價可降低20%以上。其中還有鋼結構及預制樁、墩的工廠化制作也減少了現場臨時用地的費用，施工單位也同時受益。

5.2 高效

PHC管樁施工過程中，每臺樁機每天能完成沉樁300米。若采用鉆孔樁，每臺旋挖鉆機每天能完成100米鉆孔施工。相比之下，PHC管樁施工速度快、工效高。

預制墩柱與樁基可平行作業是新的優勢，空芯墩柱制作全工廠化，一條流水線每天能生產80米，離心成型，蒸汽養護，養護周期短，質量均衡、進度均衡。橋梁施工季節性強，冬期施工優勢對比優勢更明顯;傳統現澆墩柱施工3天澆筑、7天養護，一個周期至少需要10天時間，受環境制約質量和工期并不能完全保證。

5.3 質量

專業化工廠流水線生產，工藝定型、管控穩定，質量保證率提高。工廠化制成的大型安裝單元，標準化程度高，減少工地現場連接數量環節，整體質量提高較多。

5.4 耐久

鋼板梁橋兼具混凝土抗壓、鋼結構抗拉的優良性能，應充分發揮兩種材料的使用性能，使其價值最大化。在設計、施工及維修等整個周期內加強監督和管理，提高混凝土的抗裂性能。鋼構件作為主受力構件，采用了重度防腐體系鋼材、多涂層防護體系、硫化型橡膠密封防水材料等措施，運營期養護方便，可以有效提高橋梁的耐久性和使用壽命。

養護周期可控并相對延長。混凝土材料因自身的局限性，有著碳化、開裂、鹽害、堿骨料反應和凍融等不可回避的劣化問題，加上混凝土施工工藝的離散性，養護困難，目前國內的很多混凝土橋梁因為這些病害已提前進入了維修加固期。

5.5 環保

減少沙石材料的用量，即多用精細料少用粗礦料，就是節能環保。樁、墩、鋼結構等工廠化制作大大減少現場臨時用地，也降低了環境擾動破壞及粉塵噪音等影響。

6? 結論

淮河引橋規模較大，引橋造價占到整個大橋總造價的80%以上，通過材料使用性能、綜合成本（即施工進度、工序成本等綜合效率成本）、結構耐久性、環境保護、橋梁景觀等因素，對鋼板組合梁橋和預應力混凝土小箱梁橋進行了論證和分析，裝配式橋梁與傳統橋梁相比，有以下優勢：

6.1 投資成本節省

鋼板組合梁與傳統30m預制小箱梁相比，橋梁自重大幅度減輕，其中管樁成本最低，可節約造價30%，預制墩可節約造價約8%，經測算，鋼板組合梁工程每公里造價6529萬元，相鄰標段30米普通混凝土小箱梁每公里造價8485萬元，總體建設成本減少。各部構件在開工后可以齊頭并進，根據總體進度更好地協調對應的進場時間，簡化工序，大大提高效率，節約工期約20%，造價節約23%。并仍有潛力可挖。

6.2 質量管控可靠

管樁、預制墩、鋼板組合梁、橋面板全部采用工廠化生產，以機械作業為主，人工操作為輔，從程序上、技術上保障了預制構件的整體質量。

6.3 標準化程度提升

預制構件機械化程度高，采用工廠化生產，現場裝配化安裝，預制精度和安裝質量均得以保證。

6.4 安全環保顯著

管樁施工無泥漿排放，安全隱患少，改變了灌注樁的臟亂差，現場裝配化安裝，安全系數提高;工廠化生產，工序更穩定可控。

6.5 耐久易養護

從設計就統籌橋梁全壽命，尤其是鋼板梁和橋面板，在后期養護上，可看見、可維護、易更換，全壽命周期養護成本低，保證了橋梁全壽命周期使用性能。

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