裝配式預制板橋與現澆板橋方案比選研究

邢婷婷

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司,山西 太原 030032)

目前,大部分的公路橋梁均采用標準跨徑的常規橋型,如跨徑13 m以下,常采用的橋型為實心板橋,隨著公路標準化的實施推進,越來越多的結構部件采用預制形式,預制梁板、預制墩柱、預制管樁被廣泛的運用在橋梁設計方案中,而橋型方案的選擇對工程造價影響較大,針對張澗中橋裝配式預制板橋和普通現澆實心板橋兩個比選方案,從技術和經濟方面綜合分析比較,為橋梁方案的選擇提供借鑒和參考。

1 工程背景

國道108公路采用一級公路技術標準,設計速度80 km/h,路基寬度24.5 m。跨越張澗河采用橋梁方案,橋梁全長70 m,全寬24.5 m,凈寬2～11 m。橋梁設計荷載等級采用公路-I級,洪水頻率采用1/100。項目區宏觀地貌為沖洪積平原區,地形開闊、平坦,海拔744～746 m。微地貌為Ⅰ、Ⅱ級階地。基巖埋深一般為200～400 m,沿兩側斷裂局部下陷深達600～800 m,陷隆寬度5～15 km。項目地層巖性主要為第四系全新統沖積(Q4al)粉土、砂土、粉質黏土,平均厚度10～25 m;第四系上更新統沖洪積(Q3al+pl)粉砂土、粉土、粉質黏土,平均厚度30～50 m。項目區基本地震動加速度為0.20 g,地震動加速度反應譜特征周期0.40 s,地震基本烈度8度。跨越河流為季節性河流,無固定河道。

2 橋型方案

結合項目實際情況,研究選取了裝配式預制板橋和普通現澆實心板橋兩種橋型方案,并對其進行了同深度比選。橋梁平面位于R=5 000 m的右偏圓曲線上,橋面橫坡為雙向2%,縱斷面縱坡-0.33%,墩臺徑向布置。橋面鋪裝采用5 cm AC-16中粒式改性瀝青混凝土+7 cm AC-20中粒式瀝青混凝土(摻抗車轍劑)+8 cm C50現澆防水混凝土。

2.1 橋型方案A:5-13 m裝配式預制板橋

橋梁上部結構采用預制預應力混凝土(后張)橋面板,梁高75 cm,下部結構采用先張法預應力混凝土高強管樁,管樁采用PRC-I800AB130型管樁+PHC600AB130型管樁的配樁形式,上部橋墩采用PRC樁,直徑800 mm,壁厚130 mm,下部基礎采用PHC樁,直徑800 mm,壁厚130 mm。在0#臺和5#臺處設置D-40伸縮縫。橋型布置圖如圖1所示。

圖1 裝配式預制板橋型布置圖及橫斷面圖(單位:cm)

2.2 橋型方案B:5-13 m普通現澆實心板橋

橋梁上部結構采用現澆實心板,梁高70 cm,下部結構采用柱式墩、柱式臺、墩臺采用鉆孔灌注樁基礎,橋墩直徑120 cm,樁基直徑150 cm。在0#臺和5#臺處設置D-40伸縮縫。橋型布置圖如圖2所示。

圖2 現澆實心板橋型布置圖及橫斷面圖(單位:cm)

3 技術對比

根據設計圖紙計列兩種橋型的工程量,其中兩方案橋面鋪裝、伸縮縫、護欄、搭板、錐坡、橋下開挖河槽工程量基本相同、不列入比較內容,故主要工程數量表如表1所示。

表1 裝配式預制板橋與普通現澆實心板橋工程量

方案A裝配式預制板橋上部結構采用5片預應力混凝土T梁,每片T梁之間采用濕接縫連接,梁高75 cm,采用預制拼裝方法施工,施工速度快,且質量容易得到保證,橋墩設置密集,美觀性差,結構整體性較現澆板差。方案B普通現澆實心板橋采用整體現澆鋼筋混凝土板,梁高70 cm,采用滿堂支架現澆施工,在施工過程中還需對支架基礎進行處理,必要時對橋下地面用低標號混凝土進行硬化處理,加強地基排水,防止地基積水軟化造成支架下沉。在澆筑混凝土之前還需對支架進行預壓以消除支架的非彈性變形,施工質量不易控制。

方案A裝配式預制板橋下部結構采用先張法預應力混凝土高強管樁,管樁采用PRC-I800AB130型管樁+PHC600AB130型管樁的配樁形式,該橋墩采用離心工藝制成空心墩柱,混凝土強度高,橋墩自重小,現場直接吊裝,不需要大規模的腳手架支模澆筑工序,施工速度快,施工現場文明整潔,采用離心工藝制成,橋墩表面光滑美觀,位移延性系數較大,塑性變形能力好,具有較高的耗能能力。樁基采用靜壓法沉樁,承載能力大,工廠預制,質量可靠,耐久性強,經濟性好,空心結構,用料更省,打入樁施工方便、快捷,成樁費用低,綠色環保,鋼材和混凝土消耗少,施工中不產生泥漿、棄渣等,有利于環保。但對施工精度要求較高,構件間的連接件較復雜,對施工單位的技術水平要求較高。

方案B普通現澆實心板橋采用常規柱式墩配鉆孔灌注樁的形式,整體現澆鋼筋混凝土實心板是一種常用的、成熟的橋梁上部結構形式,建筑高度低,截面形狀簡單,結構剛度大,整體性好,抗震抗沖擊性好,防水性好,對不規則平面的適應性強。設計方案和施工工藝均比較成熟。缺點是結構自重較大,對墩頂標高控制力較方案A差,樁基施工時會產生大量泥漿,棄渣等,污染環境。

4 經濟對比

運用同望工程造價管理軟件V10.50編制造價文件,套用2018版預算定額,考慮兩方案采用相同的工料機單價,拌和、運輸均采用相同的機械和運距,分別計算兩種橋型方案的建筑安裝工程費。根據方案內容和主要工程量,計算得出兩橋型方案的造價,計算結果如表2所示。

表2 裝配式預制板橋與普通現澆實心板橋建筑安裝工程費

對表2進行分析,兩方案橋面鋪裝、伸縮縫、護欄、搭板、錐坡、橋下開挖河槽工程量基本相同、造價相同,不列入比較內容,選取上部結構、下部結構、基礎工程、支座為對比指標,結果見表3。

表3 裝配式預制板橋與普通現澆板橋分部工程綜合單價

(1)采用裝配式預制板橋比普通現澆實心板橋總造價節約約19.6%,每平米造價節約約1 000元/m2。造價差異主要體現在上部結構、橋墩、基礎三部分。

(2)兩橋型方案上部結構造價相差約19%,主要是由于方案A裝配式預制板橋混凝土用量較少,方案B采用普通采用整體現澆鋼筋混凝土板,自重較大,與方案A相比,混凝土量增加40%以上,但由于方案A增加預應力鋼束,導致單價偏高。

(3)兩橋型方案橋臺造價相差不大,因為預制T梁板蓋梁長度比現澆實心板蓋梁長度偏小,故方案A橋臺造價偏低,單價相近。

(4)兩橋型橋墩方案造價相差約32.4%,由橋型圖可看出方案A的橋墩個數為方案B的2倍,混凝土用量相差不大,但由于只是單個橋梁方案進行對比,考慮橋墩預制廠和模板的攤銷等,導致方案A橋墩單價偏高。

(5)兩橋型方案基礎工程造價相差約47%,但方案A混凝土用量僅為方案B的1/4,但由于只是單個橋梁方案進行對比,要考慮樁基預制廠和模板的攤銷等,導致方案A基礎單價偏高。

(6)附屬工程造價差異主要由于支座個數變化引起的,占總造價比例較小,其影響可忽略不計。

5 結 論

(1)對于常規橋型,橋梁規模越大,工期較短,造價有限的情況下,采用裝配式方案更加經濟合理。

(2)整體現澆板設計方案和施工工藝均比較成熟,應用范圍較廣,對于有特殊要求的橋型,如對抗震抗沖擊性要求高,或采用不規則截面等,采用現澆方式適應性更強,更有優勢。

(3)全裝配式預制板工藝還需在更多的項目中得到驗證,后期養護相對困難,可根據項目實際情況選擇合適的橋型結構。