高速公路現澆箱梁與預制T梁的方案對比研究

姜河　侯紅麗　張雁平

摘要 在高速公路建設過程中，現澆箱梁施工與預制簡支T梁施工是一項重要內容，直接決定著高速公路建設質量。為節約造價成本、降低項目施工安全風險，文章以某大橋右幅現澆箱梁及預制簡支T梁的優化設計為案例，圍繞現澆箱梁施工與預制簡支T梁施工的對比及適用情況展開分析。通過實踐論證表明，優化設計后的預制簡支T梁滿足節約造價成本、降低項目施工安全風險的要求。

關鍵詞 高速公路;預制T梁;現澆箱梁;方案對比

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）11-0166-03

引言

據統計，2021年全年新改擴建高速公路超過9 000 km，而在高速公路的橋梁架設過程中，橋梁結構的合理選擇，關系著公路建設造價、進度、管理、橋梁美觀、橋梁養護維修等綜合內容[1]。對相同的地形地貌，有多種跨徑、多種結構可供選擇[2]，其中預制T梁與現澆箱梁是最為常見的兩種橋型，凸顯了橋梁在跨越水道、峽谷等地形的重要性。該文通過實際工程案例對現澆箱梁與預制簡支T梁的方案對比應用展開分析，對現澆箱梁方案及難點進行分析，以及優化后預制T梁設計情況介紹。

1 T梁和箱梁橋型選用對比分析

橋型選擇遵循“安全適用、經濟美觀、環保”的原則。橋孔布設應結合橋位處的地形、地質、施工條件、施工工期及水文計算結果等因素綜合確定，橋孔設計以中、小跨徑為主，做到技術合理可行、經濟節約。對于山區高速公路上的常規橋梁，可對同一跨徑不同板（梁）形式進行比較，擇優選擇該跨徑的合理板（梁）結構形式，簡化該跨徑的不同上部結構，可節約工作量[1]。

1.1 安全方面

在施工過程中，應考慮前后不同工序對已修建構件的充分保護以及施工技術帶來的不必要安全隱患。跨越河谷、沖溝的橋梁，要結合水文和溝谷變遷分析，進一步優化墩臺布設和基礎形式，核查局部沖刷深度，合理確定基礎埋置深度，保證行洪和橋梁結構安全，確保橋梁樁基礎設置安全可靠。箱梁支架系統搭設施工對地基的承載力要求較高、風險難度極大，對于山區縱橫坡較大的原地面，須沿縱橫坡方向大量開挖（石方需爆破）及回填土石方創造支架基礎平面，開挖會導致相鄰樁基裸露，石方爆破對橋梁下部結構擾動較大。

1.2 適用方面

對于橋下縱、橫坡坡度較大的山區，應滿足通行與行洪抗沖刷的要求。T梁在后期的養護比箱梁更加方便。連續梁上部結構特點為連續墩墩頂負彎矩區彎矩較大，預應力結構體系可有效克服該不足。普通混凝土箱梁在板頂易產生裂縫，縮短橋梁使用正常壽命，同時也應考慮橋梁施工過程征地拆遷及施工便道的占地范圍。

1.3 經濟方面

橋梁的設計經濟性通常優先考慮施工技術、施工環境和橋跨結構類型，同時也應綜合考慮橋梁周圍地形地貌以及經濟發展遠景。同一座橋梁的初步設計一般采用同一種橋跨類型，可提高工作效率且質量易控制。遇特殊情況時，邊跨跨路必須采用大跨時，可根據標段劃分，盡可能采用該標段已有的跨徑，如該標段沒有橋梁跨徑種類，可考慮采用現澆結構。

1.4 美觀方面

橋型的選擇應當追求橋梁上部結構、下部結構與周邊自然生態的立體美感，體現出高速建設與自然景觀的高度契合。

2 工程概況

該文以在建某橋為例，該橋起訖樁號K41+006～K41+

606，全長600 m，地處山區，為克服地形高差和上跨地方路而設，是該標段的控制性節點工程。原設計施工圖紙全橋左幅共4聯：3×40 m+4×40 m+4×40 m+4×40 m;右幅共5聯：3×40 m+3×40 m+4×20 m+4×40 m+3×40 m;上部結構左幅第1～11孔、右幅第11～17孔采用預應力混凝土先簡支后結構連續，左幅第11～15孔、右幅第1～6孔采用橋面連續結構簡支，右幅第7～10孔采用現澆箱梁。橋墩樁基礎采用鉆孔灌注樁，右幅第7～10孔圓曲線半徑為2 300 m，設計上部結構為現澆普通鋼筋混凝土等高變寬單箱五室箱梁，梁體寬度由22.989 m漸變至26.517 m，梁高1.4 m，跨徑為4×20 m，結構體系采用連續體系，梁體采用C40混凝土。下部結構為樁柱式橋墩，墩柱/樁基直徑分別為1.9 m/2.2 m。最低墩（右幅6#-3）身高14.00 m，最高墩（右幅10#-3）身高35.87 m。

橋下及兩側主要為當地的橘林山地，柑橘樹較多，植被茂盛，為柑橘經濟帶保護區。地層主要以中風化泥灰巖為主，中間層為碎石土，碎石主要成分為中風化泥灰巖，表層覆蓋種植土。右幅第7～10孔位于山間斜坡體上，此處溝谷切割深，地勢高差懸殊大，坡體最高海拔與最低海拔最大高差為107.1 m，橋軸線海拔相對最大高差78.6 m，原地面橫、縱坡度較大。

對施工單位進行技術交底時，施工單位結合進場后的現場施工調查，提出將該大橋右幅第三聯的現澆箱梁優化為預制簡支T梁。鑒于此，該文針對現場施工技術及其難易程度、工期及施工成本、項目安全風險等方面進行對比分析，旨在選出更優的橋型。

3 橋型選用構思

橋梁下部結構形式對橋梁造價和橋梁美觀起著重要作用。但現在的設計中，往往存在橋梁下部構造形式單一的情況[1]。對于墩高≤40 m時采用雙柱矩形墩，應注意地質、地形條件的影響并進行高墩穩定性分析。由于該項目原地形起伏較大，地質條件較復雜，且抗震設防等級高，故一般采用樁基礎，避免采用體積較大、對自然破壞嚴重、抗震性能較差的擴大基礎。

一般橋臺實際填土高度控制在8 m以內，結合地形、地質情況合理選用輕型橋臺，采用較高填土橋臺可大幅縮短橋長，橋臺填土高度可控制在12 m左右，但橋臺需做特殊設計和驗算。

采取抗震構造措施：簡支蓋梁寬度不小于100+2Lcm（L為跨徑，單位：m）;分聯長度一般不超過5孔一聯，最大不應超過6孔一聯，聯長控制在150 m以內。

墩高H（含蓋梁高度）6 m，不設置系梁，6≤墩高H（含蓋梁高度）<15 m時，僅在樁頂設置一道橫系梁，15≤H（含蓋梁高度）<20 m時，除樁頂設置一道橫系梁外，柱間設置一道橫系梁。橋墩高度超過6 m時，樁頂均設橫系梁，墩高超過10 m時，每隔12 m設墩間橫系梁一道。

4 現澆箱梁方案及難點分析

該大橋右幅7～10跨（第三聯）位于曲線加寬段，原設計按連續現澆箱梁設計，為鋼筋混凝土結構，未配置預應力鋼筋。

箱梁橋面寬從22.99 m變至26.53 m，無法進行移動模架施工，一般施工工藝為滿堂支架現澆施工或鋼管支墩式支撐架現澆施工，支架法要求對地基平整、壓實，支架頂鋪設工字鋼主龍骨和方木次龍骨，安裝底模板預壓后進行鋼筋和混凝土施工;鋼管柱支撐架施工，要求對立柱下地面平整、壓實，承載力達到設計要求，制做混凝土條形基礎預埋螺栓，采用鋼板封口鋼管柱，橫向采用槽鋼進行連接，搭設較高時，橋墩處要進行臨時固結，頂部橫向鋪設貝雷架橫梁，橫梁上設貝雷架作為縱梁，其上鋪設木方和底模板后使用沙袋預壓，預壓重量為箱梁自重的120%，預壓完成后進行鋼筋和混凝土施工。

兩種施工均對地基的承載力要求較高，現澆梁支架系統搭設難度極大，需沿縱橫坡方向大量開挖（石方需爆破）及回填土石方創造支架基礎平面，坡面最大橫坡為59%，最大縱坡為40%，所以每孔下需設2～3臺階，臺階立面需設置擋土墻，支擋防護工程量大，對原地貌、生態環境擾動大，不利于環境恢復，且開挖會導致相鄰樁基裸露，石方爆破對樁基擾動較大，對樁基礎及下部結構受力有極大影響;支架搭設高度約40 m，支架搭設寬度在25～29 m之間，支架搭設過高，容易傾覆，處理后的基礎會有較大的不均勻沉降，存在極大的安全隱患。

由于橋位處為柑橘經濟帶，除路線紅線征地外，無法征用臨時用地，兩側沒有材料臨時堆放場地和機械設備的作業平臺。在進行支架法和支墩法施工時，機械作業和材料堆放需較大場地，要對橋位相鄰段柑橘農耕地進行征用，對山體進行較大平整，土石方填挖較大，現澆施工難度極大。

5 優化后預制T梁設計情況介紹

該大橋右幅第7孔～第10孔優化后，取消現澆箱梁施工，從4×20 m現澆箱梁變更為2×40 m簡支T梁，同時取消原設計右幅7號墩和9號墩的下部工程施工。

T梁的架設需要大型起吊設備，架設包括場地運輸和橋墩上安裝兩個主要工序。T梁先在底座上預制成型并在施加預應力后，再起吊出坑并運往存梁場進行斷絲、封錨、壓漿、封端等作業[2]。預制梁架設前，對運梁通道的雜物和影響設備通行的凈空障礙物進行清理、移除，確保運梁車的運輸安全。落梁后，及時完成縱向濕接縫鋼筋的焊接工作，確保T梁的穩定。檢查架橋機、運梁車運行狀態并確保其安全性能良好，其他設備、工具要配備齊全。預制梁架設中，相鄰兩跨梁片差值不得多于2片，運梁車由專人負責駕駛，使用中不可隨意操作，防止發生意外情況。發現異常情況時，要緊急停車并及時處理，將障礙排除后方可繼續前行。運梁車行駛速度：空車行駛速度不大于20 km/h，運送T梁行駛速度不大于10 km/h，運送T梁轉彎行駛速度不大于5 km/h。坡道坡度<6%，行駛時盡量保持車速平穩。T梁吊放于運梁車上之后，應及時將T梁固定好并應加強橫向臨時支撐，采用墩梁固結時，需及時將梁底鋼板和支承梁頂預埋鋼板焊接（連續梁橋應將梁肋支撐在臨時支座上），及時連接橫隔板、翼緣板接縫鋼筋。

優化后設計上部采用橋面連續結構簡支，連續處墩頂縱向設單支座，第7跨～第8跨圓曲線半徑為2 300 m，曲線要素、荷載等級、橋面凈寬均和原設計相同。

第7孔布設10片T型梁，第8孔布設11片T型梁，整體通過調整主梁的間距及邊梁翼緣板的懸臂長度對橋梁整體的線性和寬度進行調整，調整后橋面寬度由22.99 m漸變至26.53 m，保證和原設計的橋面寬度相同。

下部結構調整右幅6#橋墩大里程側墊石位置，標高、結構尺寸不變;7#橋墩（原設計8#墩）增加蓋梁，承臺及樁基標高、尺寸不變;8#橋墩（原設計10#墩）調整承臺尺寸，調整蓋梁高度和墊石位置，樁基長度不變。

墩柱或樁基主筋直線伸入蓋梁，樁基伸入承臺15 cm后再形成喇叭;加密墩柱兩端及樁頂區箍筋，加密段長度不小于墩柱或樁基直徑，箍筋一律采用焊接接頭。橋墩蓋梁、臺帽、肋板、箱梁腹板、橫梁等構件的箍筋必須全封閉焊接，并且端頭彎折135°指向構件核心，彎鉤端部平直段長度不應小于10倍鋼筋直徑。空心板底板下緣至擋塊頂部的高度不小于25 cm;箱梁底板下緣至擋塊頂部的高度不小于40 cm;梯形擋塊背坡坡率盡量與梁腹板坡率一致，擋塊內側底部應設置一定高度的垂直段，擋塊與梁體之間的水平距離按5 cm控制;擋塊主筋直徑統一要求為25 mm，T梁端橫梁處設置縱向抗震擋塊。該項目地處于寒冷的大氣環境中，無鹽、無酸，地下水無腐蝕性，環境類別為Ⅰ類，無須對結構做特殊防腐設計。

支座作為橋梁上部結構的永久和最終支承構件，安裝須嚴格操作，從而保證安裝質量。同時在支座墊石與支座底板做好中心線標記，并將永久支座與支座墊石和T梁底部預埋鋼板進行焊接安裝。

6 預制T梁方案及優點分析

橋梁設計應選擇多個方案進行綜合比對分析，對經濟相當的方案應進行深度技術比較，最終選出最佳方案[3]。該橋梁施工原計劃就設置了T梁預制場，無須重新建設，梁型均為40 m預制T梁，因此，預制施工在梁場可以統一進行流水作業施工。施工技術成熟，風險較低，工作效率提高，質量易控制。

6.1 有效縮短工期

支架現澆施工周期約118 d，屬于節點工程，現澆施工周期長，對整個工期影響較大。下部結構施工與預制T梁制作可同時銜接進行，下部結構完成施工并滿足架梁條件時就可以進行預制T梁架設，梁場預制本段T梁施工約需20 d，架橋機架梁及現澆段需要18 d，較支架法施工而言，可有效地縮短工期。

6.2 降低施工成本

橋梁其他孔跨均采用架橋機架梁，變更后，40 m T型梁可在梁場集中進行預制，使用架橋機進行架設，機械化效率高，可減少鋪架設備的拆、組次數，有效利用資源，降低施工成本。

6.3 降低項目安全風險

現澆箱梁施工需支架支撐，此處橋墩高度較高，支架整體穩定性較低，采用預制架設施工可避免搭設支架或支墩，大大降低項目安全風險。

6.4 保證使用壽命

連續上部結構特點為連續墩墩頂負彎矩區彎矩較大，預應力結構體系可有效解決該問題。普通混凝土箱梁在板頂易產生裂縫，縮短橋梁的使用壽命。變更施工設計后，梁體結構發生改變，橋梁的使用年限、技術指標及參數參考原設計，不發生改變，使用性能無影響。

7 結語

該工程大橋右幅綜合考慮安全、環保、經濟、施工難度等多方面因素，優化后的設計方案不僅結構簡單，施工技術更加成熟，后期養護更加方便，加快了施工進度，降低了項目施工安全風險，保證了橋梁使用壽命，節約了施工成本，減少了建設投資，有利于周圍生態環境的保護。高速公路現澆箱梁與預制T梁的設計方案對比直接關系到施工過程以及竣工后經濟效益和安全性，而當下橋梁建設過程中，建設投資大，勘察設計周期短，控制性節點工程的施工進度要求高，所以需要設計者從長遠社會效益考慮。結合地形地貌勘察、施工條件、施工工期及水文計算結果等因素，經過比對分析，選取成本低、質量好、性能優以及技術合理可行的橋型。

參考文獻

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[2]唐再芳. 預制T梁與現澆箱梁方案比選[J]. 中國科技信息， 2011（13）： 63-64.

[3]蘇少嬋. 大型公路橋梁橋型方案設計比選問題的探討[J]. 北方交通， 2018（4）： 29-31.

收稿日期：2022-04-20

作者簡介：姜河（1980—），男，本科，高級工程師，研究方向：公路工程項目監理管理機制及模式。