中小跨徑橋梁上部結構方案技術經濟性研究

韓曉東，孫義斐

（中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088）

當前，我國公路橋梁建設取得了舉世矚目的成就。推進中小跨徑橋梁裝配化建設，是促進橋梁轉型升級、提升工程品質的有效路徑。高速公路常規大中橋設計則采用標準化、系列化、通用化的常規預制拼裝結構，待橋位、橋孔確定后，結合橋址區的地質、水文、施工條件、景觀協調和造價經濟合理性等因素，進行綜合比選后確定上部結構主梁類型。

1 結構參數

本文根據預制裝配化設計原則，選定20m、30m、40m、50m、60m共5種常規跨徑，考慮技術經濟性，主要從混凝土梁、鋼－混組合梁和鋼結構梁三種結構型式中進行多維度比選，共計3大類7小類。

以某在建高速公路項目中單幅橋寬20m的中小跨徑橋梁為研究對象，根據表1所列跨徑及對應的上部結構類型，確定各方案的橫斷面參數，具體如表2所示。

表1 橋梁上部結構方案及適應跨徑一覽表

表2 上部結構設計參數一覽表

2 方案評價

2.1 權重評價法

本文采用多維度權重評價法進行方案研究，評價方法如下：項目A的子方案存在n個維度可進行評價，每個維度的權重為Wi(i=1～n)，滿足：

2.2 評價維度

對上述所提出的上部結構型式進行評價比選，現選取與橋梁方案密切相關的11個評價維度，詳見表3。

表3 上部結構方案評價維度表

2.3 經濟性評價

本文對一聯橋的工程造價進行估算，得到各個方案的綜合單價，見表4。

表4 橋梁上部方案造價對比表（元/m2）

由表4可得，同等跨徑條件下裝配式小箱梁造價指標明顯低于其他結構類型，而小箱梁和T梁的經濟性指標相當，二者是傳統結構類型中最具優勢的上部方案。同等跨徑鋼結構橋梁指標比混凝土結構平均偏高15.8%～52.1%。經濟性指標作為單項維度仍無法全面反映結構類型的合理性，僅在評價過程中考慮一定的權重。

2.4 評價實例

目前常用的30m、40m裝配式小箱梁和裝配式T梁，各有其適用范圍和優缺點，結合以往的工程實踐，現對這兩類結構型式的各項維度進行統計和比較。上部結構方案多維度比選結果，見表5。

表5 上部方案綜合對比表

由表5可知，在安全性和適用性上小箱梁和T梁兩者相當，無太大差異，在經濟性上30m和40m跨徑的預應力混凝土連續分體箱梁明顯好于T梁，30m和40m跨徑T梁每平方米造價比同等跨徑的分體式箱梁高出19.2%和11.9%。綜合比較，30m、40m標準跨徑裝配式小箱梁優于裝配式T梁。

2.5 評價結果

結合上述評價維度及評價實例，對20～60m跨徑上部結構類型，按照以下評價得分并結合實際來擇優選取合理的上部類型。不同跨徑所對應的各方案的評價結果，圖1～4所示。

圖1 30m跨徑上部方案評價結果

（1）由表7可得，對于20m跨徑，裝配式小箱梁及T梁顯然為最具優勢的傳統結構類型。而該跨徑對應的裝配式T梁梁高較矮，無須內模，可明顯減少施工及監理工作量，有利于保證施工質量，且吊裝重量小，組裝效率高，故20m跨徑宜首選裝配式T梁。

（2）由圖1可得，對于30m跨徑，傳統的裝配式小箱梁及T梁仍有顯著優勢，二者的評價得分相當，故選型時，還應結合項目所在地的設計和施工經驗。對于山區高速公路中大規模布設的該范圍跨徑的橋梁，宜首選裝配式小箱梁，其造價低廉且工藝成熟，便于快速裝配化施工。

對于平原地區或市政橋梁，或有較高的保通需求時，則建議嘗試選用整孔預制大箱梁，該結構類型采用梁場集中預制，預制梁就位后再現澆中橫梁，形成連續結構，完成體系轉換。但由于單片梁自重大，需要特殊的搬提運架設備，設備費用較高，故排序較后。

（3）由圖2可得，對于40m跨徑，傳統的裝配式小箱梁評價得分仍居首位，裝配式T梁次之。在評價指標方面，二者并無實際明顯的孰優孰劣，當面前面寬度較寬時，裝配式T梁主梁片數較多，現場濕接縫工程量較大，支座數量較多。對于作業難度較高的山區橋梁、橋梁寬度較大的市政橋梁，裝配式小箱梁宜作為首選結構型式。

圖2 40m跨徑上部方案評價結果

節段拼裝箱梁可適當結合項目條件進行推廣使用，該方案上部斷面采用大懸臂箱梁，外形美觀。箱梁節段可以工廠標準化施工，現場施工工作量小，施工質量好，效率高，同時，對曲線橋梁和變寬段橋梁適應能力強。該方案對施工的要求非常高，接縫處理會直接影響到結構耐久性。

（4）由圖3可得，對于50m跨徑，傳統裝配式混凝土結構已不具備優勢，上部結構首選鋼板組合梁。鋼板組合梁可有效減少構件截面尺寸，減輕結構自重，減少地震作用，降低基礎造價，方便施工安裝。橫斷面確定應根據標準寬度確定，采用4片主梁的少主梁方案，可避免較多的支座施工和養護工作量。目前，已推廣應用的裝配化工字組合梁鋼橋通用圖具有極高的參考價值。

圖3 50m跨徑上部方案評價結果

（5）由圖4可得，對于60m跨徑，鋼箱梁宜作為首選，其整體性和施工工期較優，其方案外形美觀，對曲線橋梁和變寬段橋梁適應能力較強。此外，箱形整體截面，抗扭強度，整體穩定性好，鋼梁強度高，質量病害少，結構安全度高。雖然鋼箱梁方案造價較高，現場焊接工作量大，但其跨越能力在60m跨徑橋梁方案中優勢顯著。

圖4 60m跨徑上部方案評價結果

槽鋼組合梁結構評價得分次之，中小跨徑的鋼槽組合梁一般多采用分離式箱體，整體景觀效果較差。同時，對于60m等較大跨徑，需要在安裝時搭設臨時支墩，以及現場搭設模板澆筑縱、橫向濕接縫橋面板連接混凝土，施工工序較為煩瑣。

3 結語

本文針對7種類型的上部結構方案進行了多維度的技術經濟性分析比選，得出了適用于20～60m中小跨徑橋梁的上部類型，具體結論如下：

（1）對于20m跨徑，上部結構宜首選裝配式T梁。該跨徑對應的梁高較矮，相較裝配式小箱梁，T梁無須內模，可明顯減少施工及監理工作量，有利于保證施工質量，且吊裝重量小，組裝效率高，能夠節省施工成本。

（2）對于30m、40m跨徑，山區高速公路宜首選裝配式小箱梁，平原地區或市政橋梁建議選用節段拼裝箱梁或整孔預制大箱梁。鋼板組合梁景觀性一般，存在一定的現場澆筑量，在該跨徑范圍不作為首先方案。

（3）對于50m跨徑，本文推薦采用裝配化工字組合梁鋼橋通用圖。對于60m跨徑，鋼箱梁宜作為首選，槽鋼組合梁次之。上述3類鋼結構型式均具備一定的跨越能力，故方案的選用應結合具體項目條件再做深入研究。目前，60m跨徑鋼結構橋梁尚缺乏統一的行業通用圖，仍需進一步研究。

（4）主梁結構方案比選尚應考慮橋面寬度及下部結構型式等敏感因素，故多維度權重評價法應當注重維度的全面性，在后續設計工作中有待探究，以形成標準化的評價系統和完備的上部結構首選方案。