某主线高架桥梁选型方案比选研究

某主线高架桥梁选型方案比选研究

吴海龙

华设设计集团股份有限公司常州分公司

摘要：文章结合某主线高架桥梁方案设计，对当前主要流行的现浇方式与全预制装配方式两种方案进行对比，重点从桥梁的上、下部结构选型，桥下净空的取值及标准跨径的选择等方面进行充分研究论证，选择最佳的设计方案。

关键词：主线高架；桥梁选型；方案比选

一、工程概况

本项目主线高架桥起于朝阳路东侧，路线向西终于青洋路与长虹路高架枢纽处，路线呈东西走向；主线高架桥梁起点桩号为K166+784.291，终点桩号为K178+857.963，主线高架桥全长12073.7m(含涉铁段305m)。主线高架桥全线共设置7对上下匝道桥，上下匝道桥全长2960.3m。主线在232省道处设置枢纽互通式立交一处，与主线高架桥梁衔接。

二、主线高架桥梁选型方案比选

本项目高架桥梁，主要针对两种具有代表性的桥型方案进行比选：

方案一：全桥除个别节点采用钢结构外，其余上、下部结构均采用现浇混凝土结构，以下简称现浇方案；其代表性体现在外形美观，施工工艺成熟可靠，施工难度较低。

方案二：除局部跨主要道路、航道，涉铁段落及互通枢纽衔接段落等采用现浇混凝土结构或钢结构外，其余大部分上、下部结构采用全预制装配技术的方案，以下简称全预制装配方案。其代表性体现在集中预制，集中处理，集中运输，施工速度快，工期短，环保优势较大。

除以上两种方案外，桥梁专业已对上部结构预制，下部结构现浇的折中方案进行了研讨比较：

其一，对比现浇方案，折中方案在施工中下部结构仍需现浇，施工期间对交通的影响仍不容忽视；虽上部结构预制吊装，一定程度上缩短了工期，降低了工程造价，但美观性相比现浇方案存在较大差距。本项目主线高架桥与现状龙江路高架相接，其美观性要求较高。

其二，对比全预制装配方案，其精细化、装配化程度，环保，施工速度，交通影响等方面均处劣势，但工程造价有一定降低。目前高架桥梁上、下部全全预制装配技术已趋于完备，精细化程度高，工艺成熟可靠，得到一定的推广。

综合考虑质量、工期、环保、交通影响、经济性、美观性等因素，并结合相关部门的意见，折中方案的优缺点介于方案一与方案二之间，不具代表性，故本项目主要针对方案一和方案二进行比选。

2.1方案一：现浇方案

常规高架桥梁现浇箱梁结构采用单箱多室，结构形式线形简捷、美观，受力合理；一般现场搭支架浇筑，施工时间较长，但施工工艺成熟可靠，在合理安排交通组织的前提下，可减少对地面交通的影响。

因现浇结构对外部轮廓形态的适用性强，故可在满足结构受力的前提下更兼顾外形的美观。拟对上、下部结构选型，桥下净空的取值及标准跨径的选择进行论证。

2.1.1上部结构选型

主梁的长细比最能体现梁桥的形态，但梁实际的长细比常常由于技术或者经济上的原因受到限制，此时可通过改进主梁断面形式，使桥梁形态达到比实际更纤细轻巧的感官效果。结合国内外已建或在建城市高架桥梁，多采用单箱多室。为使主梁看上去更美观轻巧，可考虑如下几种断面形式，如图1所示。

图1 各种断面设计方案图

如图1所知，断面一：采用单箱多室，边箱室外侧采用斜腹板，设置较大的悬臂；断面二：采用单箱多室，底面采用两段反向圆弧曲线相接，再接中部直线段，形成了平底鱼腹式断面；断面三：采用单箱多室，不设悬臂，底面采用一段或多段圆弧曲线接中部直线段，形成了平底锅断面；断面四：采用单箱多室，边箱室采用斜底板，与悬臂形成大幅度悬挑，其余部分底面采用直线，形成了蝙蝠式断面；断面五: 采用单箱多室，底面采用两段反向圆弧曲线相接，不设直线段，形成了尖底鱼腹式断面；断面六：采用单箱多室，底面采用弧形曲线，不设直线段，形成了尖底平底锅式断面。

经过综合对六种断面不同形式的优缺点对比研究后，最终推荐受力明确，规范适用性最好，跨越能力强，变宽适用性强，外形典雅大方，施工便捷，经济性较好的断面一。

2.1.2下部结构选型

为了适应地面辅道较窄的中分带，并消除高架桥桥下视觉压抑感，高架桥下部结构一般采用顶部外扩的花瓶式桥墩。墩柱在承担自身结构作用的同时，往往作为一种特有的载体，承担着彰显桥梁结构文化底蕴和人文气息的作用。

经对该工程所在地区历史文化的调研及多方研究比较，以下墩型可用来比选，如图2所示。

图2 各类高架墩型设计方案图

墩型一：弧形开花双柱式墩（柱身作椭圆倒角），直立双柱加向外张开的弧形开花扩大头，使得墩型刚柔并济，在柔美的外形中蕴含着蓬勃的张力，整体结构简洁明快，富有现代气息；墩型二：直线倒角双柱式方墩，棱角分明，比例协调，但其特色不鲜明，偏于平庸，难以给人以较深刻的印象；墩型三：框架式桥墩，在弧形开花式的基础上强化系梁，使墩柱与系梁更趋一体化，但是立面造型缺乏层次感；墩型四：弧形开花双柱式圆墩，造型以“圆”的元素为主，显得圆融、顺滑，但圆形截面的受力性能弱于矩形截面，且对于墩身尺寸变化的适应性较差。

经过综合比较，推荐简洁明快、富有现代气息、画面感较强的墩型一。

2.1.3桥下净空的选择

目前各城市高架桥的桥下净空的取值一般在5.5～12m之间。桥下净空不仅与功能要求有关，还对景观效果有较大影响。高架桥桥下净空的取用可从辅道建筑限界、辅道视觉感受、桥梁结构比例、工程造价四个方面来考量。

(1)桥下净空与辅道建筑限界

城市用地紧张，高架桥落墩条件较为苛刻，桥墩边缘往往紧贴辅道建筑限界的边缘，并且在墩顶尽量外扩以获得较大的支座间距。墩顶的外扩段不应侵入辅道建筑限界，这是确定桥下净空时首先需要考虑的因素。

本工程地面辅道中分带的标准宽度为9m，拟采用的高架桥标准墩的横向总宽为7m，按照推荐的桥墩外形，为满足辅道建筑限界，桥下净空应不小于7m左右。

(2)桥下净空与辅道视觉感受

当墩高较矮时，桥下光线昏暗，感觉压抑、局促；净空7m以上时，方显舒适、大气。按照建筑学的观点，人的视角>27 °(高度/水平距离>1/2)时才能消除对视觉的压迫感。

表1 不同桥下净空所对应的辅道视角

由上表1可见，桥下净空8m以上时，辅道车行道视角较好，非机动车道、人行道的视角比之低净空也有一定改善。以30m跨径为基准，桥下净高8m～10m时高跨比1/3.75～1/3,处于较为合适的水平。

(4)桥下净空与工程造价

不同净空，对于建安费的影响主要体现在下部结构的工程量和上部结构的施工措施方面。由图3可见，净空增加一些，建安费的增量不显著。

图3 不同净高桥梁费率比示意图

综合以上诸因素，本工程高架桥常规段的桥下净空推荐采用8～9m。

2.1.4标准跨径的选择

标准跨径的选择对工程造价、沿线景观、施工进度影响很大，应从城市景观、道路交通功能、桥梁结构受力性能和地质条件等角度综合考虑，选用经济适用的桥梁跨径。经济跨径的选择对工程造价、沿线景观、施工进度影响很大，应从城市景观、道路交通功能、桥梁结构受力性能和地质条件等因素综合考虑，选用经济适用的桥梁跨径。

本项目对跨径为25m、30m、35m的连续箱梁结合项目区域地质条件进行了工程造价的比较，相同桥长造价比为1.0：1.02:1.05，25m、30m、35m跨径的连续梁结构单位面积造价相当。30m～35m跨径连续梁结构不仅在外形上较美观、和谐，立柱间距不显狭小，通透感较强，而且跨径布置灵活，可基本满足大多数情况下的布墩要求。

2.2方案二：全预制装配方案

全预制装配桥梁方案是将桥梁上部结构和下部结构的主要构件在工厂或预制场预制，运输至现场进行拼装的桥梁方案；构件根据项目实际运输及吊装条件进行节段划分，本项目最大节段重量按≤180t控制。

拟对上、下部结构选型，墩柱与盖梁及基础间的连接，盖梁节段间连接及标准跨径的选择进行论证。

2.2.1上部结构选型

目前国内各地已采用全预制装配技术的高架项目中，上部结构多数选择采用预制组合箱梁结构，也有少数采用预制T梁结构。两种常用跨径在25m至40m之间，除跨越重要道路及河流节点外，跨径可满足常规跨越要求。

(1)预制后张法T梁

T梁设计和施工经验非常成熟。可以采用工厂化预制施工，30m左右跨径预制T梁自重不高方便与运梁和架梁，施工时间较短对地面交通影响较少。相对于预制小箱梁有预制速度快，施工简单等优点。T梁在结构受力方面纵向结构受力明确同时横向刚度较差，为提高横向刚度增强其抗扭能能需要设制较多的横向联系隔板以便使组合T梁的横向整体受力合理。

(2)预制后张法组合箱梁

预制组合箱梁结构简单，设计经验成熟，经济指标较低，结构刚度较大，抗扭性能较好，铺装较薄，跨径较大，梁高适中，采用工厂化预制施工速度快。施工时可以采用架桥机架设对地面交通影响小对环境影响小。相对于T梁的预制由于内模的存在预制速度较慢，但由于其抗扭刚度大在桥面较宽的结构中横向稳定比T梁结构优势明显。

表2 上部结构形式综合比较表

综上表2对比，虽然T梁在经济性和施工速度上具有一定优势，但是由于本桥桥面较宽，对梁的抗扭刚度要求高，因此组合箱梁的抗扭刚度高的优势体现明显。组合箱梁在对于曲线线型和桥面变宽的适应性上比T梁具有优势，因此在预制梁的梁型对比选择组合箱梁。

2.2.2下部结构选型

采用全预制装配技术的桥墩盖梁，多数项目中选择采用倒T形盖梁，其目的是减小盖梁对桥下净空的影响，减小纵断面的抬高，美观性得到了一定的提升。

全全预制装配方案中多采用矩形等截面竖直墩柱形式，以便于预制及现场装配。承台多采用现浇施工。桩基础可根据项目的地质条件选择钻孔灌注桩或者预制管桩。根据地质勘察报告揭示本项目地质情况不甚理想，故拟采用钻孔灌注桩基础。

2.2.3标准跨径的选择

参考以往多个采用全预制装配化的高架项目，普遍标准跨径在30m～35m区间内，基本与现浇方案标准跨径一致。

三、结论

经综合比选，现浇方案虽造价较全预制装配方案略高，但其外形美观统一，风格与当前城市现状高架保持协调，同时项目并无强烈迫切的因素控制工期，故拟推荐方案一：现浇方案。施工期间应结合实际认真制定合理保通方案，尽量减小对地面交通的影响；同时增加环保措施的投入，以减小对环境的影响；严格管理，保证外观及质量。

参考文献：

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