城市高架橋梁結構選型研究和分析

曾祥春

（贛州城市投資控股集團有限責任公司，江西 贛州341000）

0 引言

近年來，社會經濟發展迅速，城市用地和人口規模持續擴大，城市交通需求不斷增長。地面道路交通無法滿足交通發展的需求，城市高架的建設大幅增長[1]。

橋梁設計遵循安全、耐久、適用、環保、經濟、美觀的原則，而城市高架橋限制因素較多，高架橋的地面道路往往是城市路網中的重要交通干線，所選結構及施工方法應充分考慮施工期間地面道路的交通組織，必須保障必要地面道路的交通通行，減少對交通的影響。因此，綜合比選不同梁體結構的特點及下部結構施工方案，對城市高架橋梁建設具有重要意義。

1 不同梁體結構特點

1.1 預制預應力空心板梁結構

預制先張法空心板梁（下稱空心板梁）是公路和城市橋梁采用較多的一種結構形式。

優點：結構高度低，工廠化程度高，運輸、吊裝方便，對地面交通影響較小，造價低，施工快速方便。

缺點：縱向設鉸縫，拱度控制不好，易造成板間參差不齊；剛度小、整體性差；跨越能力小，跨徑一般不超過22 m，景觀效果稍遜。

1.2 預制“T”形梁

預制“T”形梁結構（下稱T 梁）也是較為常用的結構形式，其設計和施工經驗成熟，跨徑25～50 m左右，主梁為預制構件，可在工廠和施工現場預制，待主梁安裝完畢后，澆筑現澆段把橋面連成整體。

優點：造價適中，施工方便，對施工設備沒有特殊要求。T 梁對變寬度橋面的適應性較強，施工快速方便。

缺點：建筑高度較大，從橋下仰視梁底，縱、橫梁密布，比較凌亂，景觀較差。

圖1 為T 梁之圖示。

圖1 T 梁之圖示

1.3 預應力混凝土連續大箱梁結構

預應力混凝土連續大箱梁結構（下稱大箱梁）可采用單箱單室或單箱多室斷面，可較好地滿足一般城市高架和立交橋梁的使用要求。截面可采用直腹板、斜腹板或曲線腹板形式，同下部橋墩線形相統一，整體造型美觀、協調。大箱梁可采用滿堂支架澆筑，施工便捷，對施工設備要求低。

優點：連續大箱梁整體性能好，結構剛度大，受力合理，行車條件很好；跨越能力大，能適應各種平面線型和橋寬的變化；斷面外形豐富，造型簡潔、輕盈，線條流暢，橋下視覺較通透開闊，美觀舒適。

缺點：造價較高，滿堂支架現澆施工時對環境及交通影響較大，施工工藝較為復雜，施工速度較慢。

圖2 為大箱梁之圖示，圖3 為滿堂支架施工之實景。

圖2 大箱梁之圖示

圖3 滿堂支架施工之實景

1.4 預制小箱梁結構

預制小箱梁（下稱小箱梁）結構簡單，其設計和施工經驗成熟，近年來在全國各地的城市橋梁及立交結構中被廣泛應用。小箱梁可以采用簡支結構，也可以采用先簡支后結構連續結構。可在工廠或施工現場預制，待主梁安裝完畢后，澆筑現澆段把橋面連成整體。從工廠預制、運輸、安裝設備等考慮，預制梁重量控制在150 t 以內。預制梁吊裝可采用履帶吊機、龍門吊機和大型架橋機[2]。

優點：結構剛度較大，抗扭性能較好，行車條件較好；跨越能力強，跨徑較大（通常25～40 m），梁高適中，對于變寬段適應性強；截面可采用直腹板、斜腹板形式；便于機械化施工，施工速度快，上、下部平行作業能有效控制工期，對地面交通影響較小，連續高架使用大型架橋機施工時可充分顯示經濟性優勢，對周圍環境和地面交通影響小，符合環保要求；經濟指標較低，經濟合理。

缺點：橋寬較寬處需要設置大懸臂預應力混凝土蓋梁，結構尺寸稍高，橋下景觀效果減弱。

圖4 為小箱梁之圖示，圖5 為小箱梁施工之實景。

圖4 小箱梁之圖示

圖5 小箱梁施工之實景

1.5 鋼混組合簡支小箱梁

鋼混組合簡支小箱梁（下稱組合梁），其外形與預應力混凝土簡支小箱梁相似，充分發揮了鋼材與混凝土兩種材料各自的受力優勢，在日本、法國等國家，已作為標準結構在高架系統中推廣，取得了良好的經濟效應。目前在國內，鋼混組合簡支小箱梁普遍用于跨路口節點、跨江河等較大跨徑橋梁中。

圖6 為組合梁效果圖。

圖6 組合梁效果圖

近年來，伴隨著建筑行業預制化、標準化的趨勢，國內對鋼混組合簡支小箱梁設計與施工進行了深入研究。作為高架標準結構，具有以下特點：

優點：單片組合小箱梁自重輕（按35 m 跨徑計，單片梁重約80 t），運輸、吊裝條件好；跨越能力強，跨徑較大（通常25～60 m），梁高適中，對于曲線變寬均有較強的適應性。

缺點：工程造價相對較高，且后期運營養護成本相對高昂。

1.6 綜合比選

表1 橋梁結構形式綜合比較表

T 梁由于其外形上的欠缺，一般不作為城市高架的推薦梁型，但因吊裝重量輕，對跨徑大于40 m跨鐵路特殊節點可選擇采用。空心板梁使用跨徑較小，橋墩密集，整體景觀較差，且在重載交通條件下，病害較多，一般也不作為主線高架的推薦梁型，僅在跨徑較小的地面橋采用。

大箱梁施工工藝成熟，結構整體剛度大，行車舒適，外形景觀好，但相比上述其他橋型施工工藝較為復雜，現澆施工方法對現行交通影響較大，須通過嚴格合理的交通組織以保證地面交通的正常通行。

小箱梁集成了空心板及T 梁的結構經濟性好、施工速度快、標準化程度高等優點，同時又合理地規避了空心板行車條件較差，以及T 梁景觀效果弱等缺點。相比大箱梁方案，小箱梁采用預制拼裝施工工藝，施工對周圍環境和地面交通影響小，符合環保和國家預制拼裝標準化的要求。而鋼混組合小箱梁雖在快速施工及預制化條件上優于預應力混凝土小箱梁，但由于建設成本及運營養護成本較高，不適宜大規模采用。

通過綜合比選，在城市交通繁忙區域，考慮交通、環保、經濟性等多方面因素，建議城市高架橋梁梁體結構優先采用預應力混凝土小箱梁。部分跨路口節點可根據場地條件，采用組合梁或變高現澆大箱梁等梁型。

2 小箱梁標準跨徑比選

標準段跨徑的合理選擇是橋梁設計的一個重要因素。合理的跨徑布置應使橋梁梁高能同時兼顧橫向寬度與縱向跨度。對此，在結合美觀、經濟，并且滿足建設進度的原則前提下，在確定了小箱梁梁結構為推薦方案后，以25.0 m 標準橋寬雙向6 車道為例，對25 m、30 m、35 m 跨徑的單跨高架結構工程量進行比較，結果如表2 所列。

表2 簡支小箱梁不同跨徑方案綜合比選表

從跨高比和跨徑與橋寬的比例方面，35 m 跨徑橋下視覺效果較優，但3 種跨徑方案在行車視線范圍內橋墩個數相差不大，行車視角效果無明顯差別。從工程造價方面看，雖30 m 跨徑與35 m跨徑經濟性基本相當，而25 m 跨徑因跨越能力稍差，跨徑布置適應能力差，一般較少作為標準跨徑大規模使用。

根據以往城市高架橋梁已建工程的設計經驗，預制小箱梁跨徑從30～35 m 都 是合理可行的。其中30 m 跨徑梁高、吊裝、運輸體量要求相對較低。特別的是，當下部結構采用預制拼裝的施工方法時，相比35 m 跨徑的高架結構，30 m 跨徑的立柱、蓋梁重量適中，更便于運輸和吊裝。

竹韻在宿舍區外的一家米粉店打了兩份米粉，還在龍斌碗里加了只熟雞蛋。回來到屋里時，龍斌已經醒來了。竹韻把米粉放到客廳的餐桌上，侍候龍斌洗漱完開始吃早餐。

綜上所述，如工程全線采用上下部全預制拼裝工藝，跨徑以30 m 作為標準跨徑為宜；如下部結構采用現澆工藝，30 m 和35 m 可根據現場條件選取。

3 小箱梁結構體系比選

預制小箱梁結構方案可采用先簡支后連續結構或結構簡支橋面連續結構。

3.1 先簡支后連續結構

目前簡支變連續結構在由簡支轉變為連續時，按照連接方式的不同可以分為兩類。第一類是使用張拉預應力短束來進行連接，該方案采用預應力，能使結構具有更好的耐久性。第二類是使用普通鋼筋來進行連接，該方法施工方便，施工時間也比較短。兩種方法均滿足規范需求，也各有優缺點，在實際工程中也均有成功先例。

在負彎矩區主要采用預應力連接方式時，簡支變連續還有以下兩種做法：橋墩設蓋梁方式及橋墩無蓋梁方式。

3.1.1 橋墩設蓋梁方式

即先施工各個墩位立柱頂的蓋梁，架設完小箱梁后，現澆蓋梁上預制小箱梁間的負彎矩段混凝土，形成連續結構。

3.1.2 橋墩無蓋梁方式

無蓋梁架設小箱梁方式是通過相關施工措施先臨時支撐簡支狀態下的小箱梁，待相鄰兩孔預制混凝土小箱梁之間和伸縮縫處簡支端處現澆整體中橫梁和端橫梁混凝土，達到設計強度后，張拉縱向負彎矩的預應力短束。落架后，使中橫梁、端橫梁支撐在各自對應的立柱頂支座上。

目前國內以采用蓋梁形式居多，施工更加便捷快速。

3.2 結構簡支、橋面連續結構

結構簡支、橋面連續結構，在將工廠預制的小箱梁運達現場后，直接架設在橋墩蓋梁上，3～4 孔作為一聯設伸縮縫，其余位置通過混凝土找平層做橋面連續構造。對橋面變寬段可通過濕接縫調整及調整梁數，適應性較好，在預制拼裝工程中給施工帶來的方便性深受國內外施工專家的推崇。

3.3 小箱梁兩種結構方案的比較

結構簡支、橋面連續結構：造價較低、施工較為簡便，橋寬變寬適應型號，可選擇倒T 蓋梁，進一步減小蓋梁外露高度，提高景觀效果。但在橋面連續處采用連續縫構造，施工不當易出現病害。

先簡支、后連續結構：耐久性較好，但造價較高、施工較為復雜，對變寬適用性差。必須采用平頭蓋梁，對于主線高架導致橋梁結構高度過高，對景觀效果及道路線形有一定影響。

通過上述比較，兩種結構方案各有優缺點，都有其適用的條件。結合城市高架建設特點，由于限制條件多，地面交通繁忙，工期較緊，推薦采用結構簡支、橋面連續結構。

4 下部結構施工方案比選

在下部結構施工中，樁基的施工方式由樁基的形式決定，承臺采用模板現澆施工。

橋墩和蓋梁的施工方法主要分為現場澆筑施工和預制拼裝施工，其比選如表3 所列。

墩柱預制拼裝技術是我國裝配式混凝土構件產業化發展的新型施工方向，具有成品質量高、施工速度快，施工對周邊環境影響小等優點；且同時，也有施工精細化、機械化程度高、施工專業性強等特點[3]。為提高快速路的建設質量，最大程度地減小工程建設對城市交通及居民生活的影響，針對在環保要求高、施工工期緊的項目可以優先考慮采用下部結構預制拼裝。對于運輸、吊裝條件受限，施工對周邊交通影響小的區段，從經濟性等角度考慮，可選擇采用下部結構現澆施工。

表3 下部結構施工綜合比較表

5 結 語

遵循安全、耐久、適用、環保、經濟、美觀的設計原則，綜合考慮城市中的施工限制和交通組織等因素，比選了城市高架橋梁梁體、跨徑、結構體系及施工方案，可歸結以下幾點：

（1）上部標準結構可優先考慮預制小箱梁，跨路口節點橋梁可根據場地條件選擇組合梁或現澆連續梁。

（2）標準跨徑如采用上下部全預制拼裝，擬取30 m 為宜；下部結構采用現澆施工時，可根據場地運輸條件綜合確定，選擇30 m 或35 m。

（3）城市高架快速路曲線及變寬比例相對較高，宜采用簡支體系，且施工工藝簡單、速度快；采用倒T 蓋梁可進一步提高景觀效果。

（4）市區重要道路改擴建，交通壓力大，環保要求高，可優先采用上下部全預制拼裝施工工藝。對于運輸條件、吊裝條件受限的情況，應酌情綜合考慮。