湘府路高架橋與紅旗路高架橋標準段上部結構形式選擇優劣分析

劉鵬

【摘要】本文以長沙市湘府路高架和紅旗路高架上部結構標準段的結構形式進行對比分析，得出湘府路高架鋼-混凝土組合板梁的優缺點以及適用性，同時以紅旗路現澆大箱梁進行類比論證。

【關鍵詞】橋梁上部;鋼-混凝土組合板梁;現澆大箱梁;對比分析

1、項目概況

紅旗路高架北起戰備路，南至時代陽光大道，橋長3094m;湘府路高架西起現狀五凌路，東至瀏陽河西岸，橋長9042m。橋梁主線均為一層高架，標準段雙向六車道，橋寬25m，跨徑為30～31m，匝道標準橋寬8m，標準段跨徑為30～31.5m，紅旗路采用預應力砼連續箱梁，湘府路采用鋼板組合梁。

2、國內外橋梁上部結構研究現狀

根據調查目前城市高架的建設經驗，高架橋梁常用的結構形式主要有現澆大箱梁、預制小箱梁、預制鋼板組合梁、預制T梁、節段拼裝大箱梁等方案。其中現澆大箱梁采用支架現澆的方案，其余的方案均可采用預制拼裝的建造方式。

現澆大箱梁為城市高架最為廣泛采用的結構形式。結構線形簡捷、美觀，受力合理;跨徑一般在25～40m之間，綜合考慮橋梁景觀及經濟性，一般采用30m跨徑，3跨或者4跨一聯。上部結構一般采用滿堂支架、現澆施工。其優點在于結構整體性較強、抗扭能力較大、行車舒適性好、適用跨徑范圍廣、結構耐久性較好、造型豐富。缺點在于需搭設滿堂支架，占用地面道路面積較大，施工周期較長，施工期間伴隨交通擁堵、噪音、粉塵污染等，對地面交通、周邊環境、居民生活、城市景觀等的造成長時間的影響。

預制小箱梁跨越能力較大，適用跨徑25m～40m。采用吊機架設或者架橋機施工，結構簡單，設計經驗成熟，經濟指標較低，結構剛度較大，抗扭性能較好，梁高與T梁相當，施工對交通影響小。預制梁重量控制在150t以內。吊裝可采用履帶吊機或龍門吊機以及大型架橋機，施工速度快，對地面交通影響較小，采用斜腹板形式，線形較美觀、協調，但由于存在蓋梁與橫隔板，影響美觀。

鋼-混凝土組合板梁，簡稱組合板梁橋，指的是鋼梁采用軋制型鋼或者焊接工字型鋼與混凝土橋面板結合而成的鋼梁。早期鋼板組合梁，由于設置過多的橫向及平面聯結系，導致結構構造復雜，焊接制造工作量大，結構經濟性指標較差，近20年來，隨著大量工程實踐以及理論研究的深入，組合板梁橋的構造已得到很大的簡化，使得組合橋在施工性能和經濟性上比預應力或者普通鋼筋混凝土橋更具有競爭力。對于中小跨徑25～40m組合梁板梁橋，可不設置橫向聯結系，只依靠混凝土橋面板來橫向分布荷載，國外已有建成實例。其優點是結構構造簡單、鋼梁制造焊接工作量少、綜合費用低，施工簡單靈活、后期檢查維修養護方便。

預制T梁結構也是較為常用的結構形式，跨徑在20m～40m之間，采用3～5跨一聯的布置。主梁可在工廠和施工現場預制。其與預制小箱梁相當，缺點是單片預制梁吊裝時穩定性較差，且一般需設置多道橫隔梁，梁底為網格狀，構造較繁復，景觀效果稍差，不宜大規模使用;在預應力作用下豎向線型難以控制，相鄰兩片梁易出現臺階差，景觀效果較差。

節段拼裝大箱梁是指將梁體分為若干節段，在工廠預制后運至橋位進行組裝，通過施加預應力將節段整體拼裝成橋的橋梁上部結構形式。一般為等高度預應力混凝土連續箱梁，采用縱、橫向預應力體系，標準跨徑30m～35m。施工現場采用架橋機、節段拼裝的方式。缺點是需逐跨作業，連續施工，進度受控因素較多，另外，材料指標高，架橋設備要求也高，總體造價偏高，在城市高架中運用范圍為橋梁位于交通、環境敏感區，同時高架道路平面線形相對簡單的情況，一般不適合城市高架大規模使用。

3、本項目上部結構方案及比選分析

湘府路現狀為城市主干道，目前承擔了大量交通量，整個工程建設周期應盡量縮短，并盡量減少施工期間對現狀交通、居民出行和生活的影響;紅旗路主線高架橋位處于市郊，既有建筑物稀少，場地開闊，施工對周邊基本無影響，另考慮到使紅旗路南北段上部結構統一，均為大箱梁結構，故考慮現澆施工工藝。

由于橋梁結構的造價占工程總造價比例較大，因此，主線標準段結構的合理選型是本次設計的一個重要因素。分析比較如下：

根據以上分析，節段拼裝大箱梁主要缺點在于造價高，對施工條件要求高，不適應湘府路總體快速施工、靈活施工的要求，預制T梁和預制小箱梁主要缺點在于景觀效果較差。

鋼-混組合板梁具有鋼梁制造難度低、經濟指標佳、施工難度低、速度快、檢查維修難度低、景觀效果較好等優點，是預制結構的典型代表，重量輕，用鋼量少，施工周期短，對地面交通影響很小，在城市高架建設中頗具優勢。因此，對于湘府路高架施工條件限制的橋梁，優先選用鋼-混組合板梁橋。

相對紅旗路處于市郊，連續大箱梁雖施工較復雜、造價較貴，但其外形美觀、和諧，跨越能力強，整體輕盈、柔和，行車條件好，符合現代城市的發展需要，同時現澆施工技術成熟，施工便捷，可滿足工程進度。

4、施工維護和造價影響分析

4.1施工影響分析

湘府路主線高架采用預制構件在遠離市區的區域設置預制場，橋位現澆工作量少，能有效降低水環境、大氣環境、固體廢棄物、振動噪聲等污染，預制構件安排夜間吊裝，白天不施工，構件吊裝無需搭設大量的支架，可大幅降低交通壓力，對城市市容影響極少。30m跨鋼-混凝土組合板梁上部結構預制構件30t，重量輕，所需運輸設備噸位小，對既有道路基本無損傷，可保證地面車輛的行駛速度。組合梁整孔吊裝后底層橋面板做模板澆筑頂層混凝土，無橋面下的現場工作，施工工序簡潔、方便。

紅旗路處于為開發郊區，現澆支架施工對交通等無影響，且南北段均為大箱室結構。

4.2維修養護分析

鋼梁位于橋面板下方，受雨水和日光爆曬的幾率低，結構為工字型截面，構造簡單，利于涂裝;重新涂裝時只需在梁底掛設可移動的平臺，對路面交通基本無影響，維修養護較為便利。鋼板梁的焊接與涂裝均在工廠進行，現場無焊接工作，涂裝質量可靠，無薄弱點，難以出現銹蝕情況，鋼梁維修養護工作量可大量減少。防腐采用熱噴鍍鋅（鋁）的涂層配套體系具有較長久的耐腐蝕壽命，其防腐壽命可達到20年以上，一般可達30年，同時該防腐涂層在30年使用期內無須其它任何防腐維護;30年以后的維護，僅須在電弧噴涂層上刷封閉涂料，無須重新噴涂，實現一次防腐，涂層經久有效。

現澆混凝土箱梁只需施工時候對混凝土進行養護，在正常使用下后期基本不需要額外的維修養護。

4.3造價

鋼-混凝土組合板梁與預應力混凝土小箱梁均是一種比較經濟的橋梁，由于以往鋼材價格較高，預應力混凝土結構以其投資節省，在國內中小跨度的橋梁得以廣泛應用，但隨著近幾年鋼材價格的大幅回落，且隨著經濟水平的提高，人工費成本不斷攀升，鋼-混凝土組合板梁的鋼梁在工廠加工，機械化程度高，人工成本低，加上板梁構造簡單加工費用遠低于常規的鋼桁梁和鋼箱梁，同時鋼-混凝土組合板梁結構輕，恒載反力小，抗震性能好，橋墩與基礎的尺寸相應減少，下部結構工程量得以節省，因此鋼-混凝土組合板梁的經濟指標也隨著降低，根據本次兩個項目主線標準段的材料價格，在標準寬度25.0m的一聯的情況下，鋼-混凝土組合板梁投資估算5000元/平方米，預應力混凝土小箱梁4760元/平方米，兩者相差在約5%。相比現澆預應力混凝土大箱梁為4583元/平方米。

結論：

（1）鋼-混凝土組合梁充分發揮了鋼材和混凝土這兩種材料的材料性能，既克服了純鋼橋造價高、鋼橋面鋪裝性能差，剛度較小的缺點，也克服了混凝土橋梁自重大、易產生開裂病害、混凝土材料本身退化的缺點。總體來說，具有耐久性能好、結構預制、運輸、安裝對場地及設備的要求低、現場作業量更小，對環境影響小，速度更快、造價經濟的優點。

（2）經過大量的工程實例調研，跨度在30m左右組合橋梁，鋼材指標維持在140～350kg/m2之間。若組合橋梁每平米用鋼量控制在250kg以內，將獲得與混凝土橋梁可比的經濟性，甚至造價比混凝土橋梁更加便宜。

（3）鋼-混凝土組合梁其不足也可通過減少現場焊縫、現場涂裝，采用長效防腐體系來克服。

（4）鋼-混凝土組合板梁在汽車活載作用下豎向剛度為1/1840，預應力混凝土小箱梁在汽車活載作用下豎向剛度1/2343，兩者均遠遠超過規范允許的1/500，行車舒適性均有保證的。

（5）鋼-混凝土組合板梁重量輕，僅需簡單地基處理即可施工，且鋼筋綁扎工作量較少，混凝土在同一水平面澆筑，施工速度較快，所需梁場規模較小、費用低。運輸、吊裝所需機械設備容易選擇，多點開工容易實現，可縮短橋位施工時間，功效比混凝土小箱梁提高30%左右，綜合經濟效益和社會效益較好。

參考文獻：

[1]《長沙市紅旗路（戰備路～繞城高速）道路工程設計》中國華西工程設計建設有限公司2016.08

[2]《湘府路（湘江大道～瀏陽河西岸）快速化改造工程初步設計》中鐵大橋勘測設計院集團有限公司、上海城市建設設計研究總院、長沙市規劃設計院有限責任公司2016.05

作者簡介：

朱門君（1984-5），男，漢，湖南長沙，碩士，主要從事橋梁設計。