新建常規長橋結構技術經濟指標比選研究

王華偉，趙志彥

（浙江數智交院科技股份有限公司，杭州 310000）

1 引言

新建常規長橋結構的技術和經濟指標比選在施工期間是項目單位關注的重點，要求在施工過程中，對不同結構的優勢與成本進行控制，并得出最優方案。

2 工程概述

某項目位于我國平原區，區域內水系發達，常規橋梁的橋型要從安全、耐久、適用、環保、經濟和美觀等方面予以確定。施工遵循標準化施工，并結合現代化手段與技術采取統一作業。為降低新建常規長橋結構的施工成本，節省工程造價，需要做好新建常規長橋結構的技術經濟指標比選，選擇合適的方案。

3 新建常規長橋結構技術經濟指標比選

3.1 上部結構形式比選

跨徑小于20 m 的橋型常使用1.24 m 寬幅大鉸縫空心板結構。近些年，在橋梁事業發展過程中出現了新的梁型，如矮T 梁。矮T 梁有傳統T 梁的特點，但梁高較低。在本項目中，空心板的跨徑確定為10～16 m，使施工更加簡單便捷，且吊裝重量較輕。但也發現連接鉸縫在空心板橫向較多，鉸縫連接難以向更大跨徑發展，結構受力薄弱等問題。近些年，空心板的使用開始受到限制，在凈空高度符合要求的基礎上，需采用T梁、小箱梁。而空心板的應用條件只局限于凈空高度受限、交通量較小等情況。因此，為強化空心板梁的鉸縫設計，應選擇大鉸縫形式[1]。

在新建常規長橋項目中，T 梁、小箱梁成為首選。選擇T梁、小箱梁時，可通過結構性能、跨徑適用性等各項性能的比較予以確定。

從使用結果看，T 形梁和小箱梁各有優缺點，但綜合評價而言，小箱梁在跨中增加橫隔板后，抗扭剛度明顯提升，同時建筑高度低，且造價較低，適用于平原水網區。T 形梁與小箱梁相比，結構受力明確，耐久性好，但整體造價較高，適用于在山區進行運輸和吊裝。考慮到本項目位于平原水網區，受建筑高度限制，采用小箱梁可以明顯縮短橋長，因此，推薦采用小箱梁。小箱梁在項目實施期間，工藝流程相對比較簡單，具體為：制造預制梁→安裝支座→安裝預制梁→布置橋板面→布置橫梁鋼筋→鋪設層現澆混凝土。

3.2 跨徑比選

20～40 m 是小箱梁的常用跨徑，對于20 m 跨徑不予考慮，主要是因為跨越能力小，墩柱較多，所以不進行比較。本文對4 種跨徑進行比較，分別為25 m、30 m、35 m 和40 m。不同的跨徑對成本的影響差異較大，在滿足質量與安全的基礎上，要重視成本控制，降低該項目的工程造價。

造價分析時，對25 m、30 m、35 m 和40 m 跨徑小箱梁的上下部整體造價進行對比。為確保精確的工程量，減小在計算過程中產生的誤差，橋梁總長可取4 種跨徑的最小公倍數4 200 m，25 m 小箱梁配跨、30 m 小箱梁配跨、35 m 小箱梁配跨、40 m 小箱梁配跨分別為168×25 m、140×30 m、120×35 m、105×40 m。在本次結構比選中，墩高都以8 m 進行計算。具體經濟指標見表1。

表1 不同跨徑小箱梁結構經濟指標

圖1是4 種跨徑的小箱梁的上、下部結構經濟指標，結合表2 不同跨徑小箱梁結構經濟指標可發現，在跨徑增加過程中，經濟性也會下降。相比25 m 跨徑，35 m 跨徑的成本增加了6.4%，40 m 跨徑的成本增加9.6%。25 m、30 m 兩種跨徑的經濟性相差不大，相比于25 m 跨徑小箱梁，30 m 跨徑小箱梁的梁板數量和下部墩柱數量更少，成本分別減少了20%，因此，綜合分析，梁部結構可選擇30 m 小箱梁。

圖1 不同跨徑小箱梁的上下部經濟指標

3.3 下部結構形式比選

常規橋梁的橋墩下部結構形式較多，可選擇的有柱式墩（雙柱、多柱）、Y 形墩、矩形墩、多邊形墩等。

其中，Y 形墩和花瓶墩的外觀美觀，地面占用面積較少，但在施工期間由于外形比較復雜，施工周期相對較長，且大體積承臺需求量較多，在開挖基坑期間會破壞生態環境。如果這兩種結構施工位于水中，施工難度會進一步增大，造價也會增加。對于新建常規長橋結構，對美觀性要求不高，所以，這種結構形式在本項目中不適合采用。

薄壁空心墩使用的條件是橋墩較高、橋墩剛度、穩定要求較高。薄壁空心墩具有較大的外形尺寸，截面為閉合箱形結構。在施工期間對大體積承臺的需求量較大，在開挖時會對環境產生較大的影響。

在橋梁下部結構中，柱式墩（雙柱、三柱等）是最為常見的形式，這種結構在長期發展中已形成成熟的工藝，在滑模施工過程中速度更快，墩柱與樁基礎具有良好的銜接效果，且無須開挖大體積承臺，其經濟性更好。本項目墩高不高（未超過30 m），按照橋墩形式的特征進行綜合比較分析，最終決定橋墩形式為三柱式橋墩。

3.3.1 三柱墩、雙柱墩的比較

在本項目中需要先確定橋梁標準寬度，然后對三柱式、雙柱式墩進行最終的選擇。鋼筋混凝土蓋梁屬于三柱式墩的蓋梁，柱徑不大，有3 根樁基，樁長需以地質情況為條件進行計算。大挑臂的預應力混凝土蓋梁為雙柱式墩，具有較大的柱徑，有2 根樁基，需根據當地的地質情況確定樁長。

本項目以30 m 小箱梁為代表，對三柱式橋墩和雙柱式橋墩進行技術指標比較，見表2。

表2 半幅單個三柱墩和雙柱墩的技術指標比較

3.3.2 三柱墩和雙柱墩的綜合性能比較

三柱墩：結構性能方面橫向3 個支點，挑臂小，正負彎矩較小，采用鋼筋混凝土蓋梁即可；基礎方面樁數多，單樁力小，樁長較短；施工方面墩柱和樁基個數略多，蓋梁施工簡單，施工技術成熟而簡單；景觀一般，造價低，綜合推薦。

雙柱墩：結構性能方面橫向兩個支點，挑臂大，正負彎矩大，需采用預應力混凝土蓋梁；基礎方面樁數少，單樁力大，樁長較長。地質不良時樁端可能穿透持力層，導致樁長很長；施工方面墩柱和樁基個數略少，但蓋梁需要張拉預應力（甚至分批張拉、梁板架設后才張拉），施工麻煩，技術要求高。景觀方面柱子略少，橋下通透性好；造價高。

在該項目中由于所處位置為平原水網，采取常規結構橋梁，對景觀的要求不高，但對于施工難度、工程造價有更高的要求，為控制成本，可使用傳統的矩形截面蓋梁于常規橋梁的橋墩上，按照景觀及受力需求對重要節點進行綜合分析。根據橋位處地質條件及橋頭填土高度對橋臺的結構形式予以確定，當橋頭填土的高度在4.5~10 m 時，可分別采取樁柱式橋臺、座板臺，單跨臨河橋臺則采用重力式臺。

4 結語

新建常規長橋結構技術經濟比選是項目實施前設計人員必須關注的要點，需要準確了解不同結構的特性與優、缺點，然后選出較優方案。新建常規長橋施工是一項技術性、專業性要求較高的基礎工作，前期方案設計不合理，就會對項目施工難易、造價、外觀等產生較大影響，所以，要求設計人員根據項目實際情況做好方案設計比選，為新建常規長橋的建設奠定基礎。