城市內橋梁下部結構比選分析

文/孫明明

1 項目概況

重慶市區的有軌電車工程線路起點位于高鐵站站前廣場，終點位于地鐵終點站，線路正線全長15.4km，車站15 座，且均為高架車站，同時設綜合車場1 座。線路主要沿虎峰大道南側綠化帶、黛山大道東側綠化帶、六旗大道南側綠化帶架設。在線路跨越道路位置，地下管線較為密集且分布不規則，全線下部結構均布置在城市綠化帶中，地方政府要求保障結構安全與經濟性前提下，應與沿線綠化、慢行系統相結合，提升城市整體形象。

2 下部結構比選原則

高架橋梁結構應按照適用、安全、經濟、美觀的原則進行設計，同時作為城市建筑物，其建筑形式應充分考慮城市景觀的要求。

高架橋梁的墩位布置應符合城市規劃要求，并考慮水文、地形、地質、周圍景觀等條件以及對沿線道路交通、鄰近建筑、地下管線及構筑物等影響。跨越鐵路、道路時，橋下凈空應滿足鐵路、道路限界要求，并預留結構沉降量；跨越排洪河流時，應根據跨越河床的梁橋長度按《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64-2015）確定設計洪水頻率；跨越通航河流時，其橋下凈空應根據航道等級，滿足《內河通航標準》（GB50139-2014）的要求。

受建筑物或地形控制地段的橋梁（如大跨、高墩段）應考慮施工方法及周圍環境等因素進行綜合技術經濟方案比較，選擇適宜的橋梁結構方案。

墩、梁的設計要充分考慮各種影響因素，確保梁體線形高精度吻合線路平縱斷面的線形，在曲線地段梁頂面設置超高，保證列車安全、平穩、快速運行。

結構設計滿足抗震設計要求，并采取必要的構造措施滿足防水、防銹、防火處理和檢查養護設計等要求，同時鋼結構防腐年限不應小于20年[1]。

橋墩外形設計應標準化，盡量減少截面尺寸的類型。

涉水橋墩宜采用鋼筋混凝土結構。

3 下部結構-橋墩比選方案技術分析

墩臺基礎除應有足夠的強度和穩定性、避免在荷載作用下的過大位移外，其造型還應能使上下部結構協調一致，輕巧美觀，與城市環境和諧、勻稱。在墩柱選型上，一般采用梁部型式；此外，其受地形、地貌、交通等條件限制，又與城市建筑及環境密切相關。因此，確定墩型應遵循安全耐久的原則，并滿足交通需要、造價低、維修養護少、施工方便、工期短、與城市環境和諧的功能要求。橋墩位置和形狀要盡量多透空、少占地。對全線高架橋，宜減少橋墩類型。橋墩類型通常有T 型墩、Y 型墩、花瓶墩等基本型式；墩柱斷面主要有矩形、圓形。由于本工程線路多次跨越道路、河道，對橋墩的外形要求較高。因此，本階段對滿足結構受力及剛度要求的幾種橋墩造型進行了比較，以下主要介紹幾種橋墩造型方案及其特點[2]。

圖1 標準T 型墩（左）、標準T 型鋼管墩（中）和標準Y型墩（右）

3.1 方案一：T 型墩(混凝土結構)

T 型墩方案墩柱采用圓形截面，蓋梁下緣和墩柱成85°夾角。由于有蓋梁，一般在滿足梁部支承需要的前提下，可以減少墩柱的尺寸，節約圬工，減輕墩身重量。另外，由于本工程主要采用島式車站，車站前后喇叭口線間距8.1m；線間距變化頻繁，采用T 型墩，適應性強。本線主要沿路側敷設，具備搭設支架的條件，采用鋼筋混凝土結構，施工簡單，造價低，維護簡單，選取本方案對造價、環境、景觀的適應性較好。

3.2 方案二：T 型墩(鋼結構)

墩柱外形和方案一一致，采用鋼管混凝土墩柱，鋼蓋梁。在工廠預制，現場吊裝施工，現場圬工量較小，施工周期短；但本方案柱腳若采用埋入式，開挖量較大；若采用端承式，則對施工精度要求高施工難度較大。因此，選取本方案對環境、景觀的適應性較好，但造價高，現場施工難度大。

3.3 方案三：Y 型墩(鋼結構)

Y 型墩方案，墩柱采用雙圓墩，頂部分叉和蓋梁連接。Y 型墩側面整體效果圓潤通透、正面整體較寬，且施工較復雜。由于本工程線路大部分為路側走向，且墩高較低，對于線間距較大的情況，墩柱類型過多，影響工期[3]。

標準梁類型制作工藝安裝方法材料組成優點缺點T 型墩（鋼筋混凝土結構）現場澆筑現場支模，澆筑混凝土，并張拉蓋梁預應力鋼束鋼筋、混凝土1.墩柱橫向尺寸小，預應力蓋梁更適應線間距頻繁變化。2.鋼筋混凝土結構造價低。3.混凝土結構耐久性好，運營期間維護工作量小。4.路側施工對道路無影響。1.工期較長2.現場澆筑混凝土對環境有較大影響T 型鋼管墩（鋼結構）梁場預制汽車吊架設鋼管，現場澆筑基礎連接處混凝土以及鋼管鋼管、鋼筋、管內混凝土1.墩柱橫向尺寸小，蓋梁更適應線間距頻繁變化。2.梁場預制墩柱鋼結構可和現場基礎施工同時進行，縮短工期。3.施工期間對環境影響小。1.鋼結構造價高2.運營維護復雜Y 型鋼管墩（鋼結構）梁場預制汽車吊架設鋼管，現場澆筑基礎連接處混凝土以及鋼管鋼管、鋼筋管內混凝土1.橋墩側向尺寸較小。2.梁場預制墩柱鋼結構可與現場基礎施工同時進行，縮短工期。3.施工期間對環境影響小。1.鋼結構造價高。2.橋墩橫向尺寸大，且墩頂擴大可達到3.5m，適用于墩高大于10m的線路，而本線墩高多數小于10m，因此景觀較差。

4 下部結構-基礎比選方案技術分析

根據對勘察資料的分析與整理，該場地平場后地層由上而下依次為：第四系全新統人工填土層；殘坡積層(Q el+dl)；沖洪積層(Q al+pl)；基巖為侏羅系中統上沙溪廟組(J2s)沉積巖層(砂巖、粉砂質泥巖)。擬建重慶市璧山區膠輪有軌電車工程巖土工程地基持力層，建議選擇中等風化砂巖或粉砂質泥巖，基礎型式建議采用樁基礎。

目前用于橋梁的基礎形式主要有鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、預應力混凝土管樁、鋼筋混凝土預制樁等，其中鋼筋混凝土預制樁的承載力低、沉降大，而H 型鋼樁（工字樁）價格高，因此這兩種基礎用在本項目內并不適用。因此，下文僅就鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、預應力混凝土管樁從價格、承載力、工程進度、工作面積等方面進行詳細的比較。

4.1 方案一：鉆孔灌注樁

軌道交通常用直徑在1m～1.5m 之間，可隨巖層深度變化而調整其長度。由于其樁側摩阻力和樁端阻力共同承擔荷載，故該類型樁承載力較大。另外，豎向變形量較小，比較符合軌道交通工程設計的要求；機械施工技術成熟，施工較安全。此外，對于鉆孔灌注樁，一般的施工單位均可提供足夠的機械及成熟的技術進行施工，因此造價較便宜。

4.2 方案二：混凝土管樁

直徑在0.5m～0.8m 之間，可行深度為50m，樁身承載力主要依靠樁側摩阻力承擔，承載力較鉆孔灌注樁和人工挖孔樁低，一般約為前述兩種樁承載力的1/5。若遇到巖層面較淺的地段，由于樁身長度受到限制，單樁承載力將更小。另外，由于高架橋荷載較大，為滿足承載力要求，勢必增加每個橋墩下混凝土管樁的數量，同時增大承臺的面積，從而導致造價增加。此外，地基條件好的墩柱，可采用擴大基礎。

5 結語

綜上所述，結合本線特點，T 型墩（鋼筋混凝土結構）方案在景觀、對線路的適應性具有明顯優勢，混凝土結構造價低、耐久性好、維護簡單。墩高在工業區范圍內應保障梁底凈空不小于5.5m，非工業區范圍內保障梁底凈空不小于4.5m，該高度能夠很好地將線路隱藏于綠化帶中，形成若隱若現視覺，與城市景觀融為一體，符合地方政府對于景觀要求。經過多方比較和論證推薦采用鋼筋混凝土T 型墩作為本線標準墩，另外基礎比選從施工進度、工作面積等方面比較兩種樁型差別不大，從造價方面考慮鉆孔灌注樁的單位承載力造價較混凝土預制樁便宜。因此，高架橋基礎類型建議采用鉆孔灌注樁，基巖較淺且地基條件好的墩柱可采用擴大基礎。