引言
我国高速公路经过三十多年的建设,不仅实现了高速公路从无到有的跨越式发展,而且铸就了四通八达的国省道运输大动脉,建设成就举世瞩目,技术创新硕果累累,高速公路桥梁的设计和施工水平也得到了质的飞越,桥梁结构型式日新月异。但是在注重主线桥梁设计的同时,对上跨高速的数量庞大的天桥却重视不够,结构选型和技术等级略显零乱,甚至同一路段相同地形条件下采用的型式都不一样,造成了模板和施工机具等方面的浪费,降低了美观度。根据山西省10条高速公路的调查结果,对高速公路天桥的结构型式从技术、经济、美观等多个方面进行了综合比选。
1 调查现状
1993年6月山西省第一条高速公路太旧线开建,至今25年一直处于快速发展时期,所建高速公路平原区、微丘区、山岭重丘区;宽度有24.5 m、26 m、28 m、33.5 m等。上跨高速天桥有简支梁、连续梁、连续刚构、斜腿刚构、箱型拱以及钢砼组合梁等多种型式,所用宽度有5.5 m、6.5 m、6 m、8 m等。通过对不同时期建设的10条高速公路的天桥进行调查,选取常用的有代表性的结构型式见表1。可以看出,高速公路天桥使用最广泛的是简支梁、连续刚构、斜腿刚构、连续箱梁4种桥型,早期简支板梁桥由于造价低廉、施工工艺简便在老旧高速中应用比较多。
此外,企业的管理层也是直接影响经济管理的重要因素,管理层能否合理称职的履行经济职能可以从财务会计的监督下反映体现,且在这样的监督下管理层的职权能够更加的公正透明,财务更加健康合理化。
2 桥型方案比选
由于设计理念更新、施工工艺提高以及长远规划的需要,天桥一跨跨越主线,中央分隔带不设中墩,故如今简支梁方案已较少使用。故主要对三种常用的标准桥型方案进行技术经济比较。
2.1 连续刚构
上部采用15 m+30 m+15 m的预应力混凝土连续刚构,下部采用薄壁桥墩,柱式或肋板式桥台,钻孔灌注桩基础,见图1。(1)优点:采用墩梁固结结构体系,兼具T形刚构桥和连续梁桥的优点,上部主梁与桥墩形成刚架,共同承受上部结构荷载和变形,既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点,又保持了T形刚构不设支座、无需体系转换的优点,柔性的薄壁(或双薄壁)桥墩不仅减小水平位移在桥墩中产生的弯矩,降低了墩和基础的配筋率,而且有效减少了主梁跨中的正弯矩,可设计成变截面的结构尺寸来减小主梁跨中截面并提升美观效果,同时还节省了大型盆式支座费用及后期检修,最终降低了工程总造价,结构型式美观大方,适用于填方路段和浅挖方路段。(2)缺点:主梁变截面导致施工控制较麻烦,高墩大跨连续刚构桥的结构型式一般采用平衡悬臂现浇施工,悬臂施工的受力与成桥后受力状况比较一致,施工方法比较复杂。但高速公路上的天桥跨径和桥高均较小,一般采用满堂支架现浇施工,不得采取逐孔浇筑方法施工。现浇工艺造成上下部结构不能同时施工,虽然减少了竖向预应力的配置,减少了分阶段张拉工序,但支架的搭设、预压和拆除也需要较长的时间,同时对支架的变形要求很高。
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图1 连续钢构桥型
表1 高速公路天桥结构型式和技术等级
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2.2 斜腿刚构
上部采用11 m+24 m+11 m的钢筋砼斜腿刚构,下部采用桩基础轻型桥台,见图2。(1)优点:斜腿刚构由门式刚构演变而来,兼具连续刚构桥和拱桥的优势,跨中部分承受压应力,充分发挥材料受压特性,提高跨越能力和承载能力,减少工程用料,跨径较小时无需施加预应力,简化了施工工序和工艺,由于桥墩斜置支撑在路侧边坡上,同样的跨径条件下,跨越能力远远大于门式刚构,且造型类似拱桥美观大方,特别适用于路基挖方路段。(2)缺点:造型别致导致结构受力情况复杂,设计计算难度大,施工精度控制要求高;施工方法一般为缆索配合支架施工,但高速公路上天桥一般桥高和跨径较小,多采用满堂支架现场浇筑,先浇斜腿,后合拢主梁,主梁采用全断面一次浇筑,工艺上同样存在支架的搭设、预压和拆除的过程,对变形要求也较高,特别是下部的斜腿由于具有一定的倾斜度,施工控制较门式刚构难度较大。
当然,驾驭它们的最完美“骑手”莫过于我们邀请的顾问—劳拉·克莱哈默(Laura Kraihamer)。
图2 斜腿刚构桥型
图3 连续箱梁桥型
2.3 连续箱梁桥
上部采用15 m+30 m+15 m的预应力砼现浇连续箱梁,下部采用柱式桥墩,柱式桥台,钻孔灌注桩基础,见图3。(1)优点:上部结构一般采用单箱单室箱梁,整体性好,抗扭和抗震效果好,结构连续行车平顺舒适,受力简单、适应性强,连续的结构体系使墩顶负弯矩能有效卸载部分跨中正弯矩,受力比较均匀,节省材料。大跨径连续梁桥会根据受力特点采用变截面箱梁,而高速公路上的天桥一般为中小跨径,采用等截面箱梁即可,设计和施工较方便,此桥型对填方和挖方路段均适用。(2)缺点:连续梁桥属于超静定结构体系,对墩台沉降要求高,桥墩处会产生较大的水平推力,需加强桥墩的尺寸和配筋,而由于桥宽度较窄,下部多采用独柱式桥墩,容易造成重车偏载倾覆,施工方法一般采用满堂支架现浇施工,支架的搭设、预压和拆除也需要较长的时间,由于中小跨径主梁采用了等截面的型式,美观效果较差,墩顶设置的大型盆式支座也会提高造价和后期的检修维护费用。
从表2可以看出,跨越同等宽度的高速公路,3种桥型方案结构体系相近,施工方案基本相同,但工程造价和美观度却是斜腿刚构>连续刚构>连续梁桥,连续梁桥对地形适应性较好,对于一般的填方和挖方路段均比较适用。
3 结构选型建议
3.1 主线填方路段桥梁选型
根据表2比选结果、受力分析以及高速公路净空要求,当填方路基高度h≤5 m时,天桥选择连续刚构和连续梁桥均可满足要求,受桥台高度制约,不宜再增加填土高度,个别特殊情况下填土略高者,应对桥台采用特殊设计以满足台身受力要求。但从经济和美观角度看,同等填土高度下选择连续刚构造价更低,桥型更美观,故在当今节能环保和景观协调的背景下,推荐选用连续刚构。
表2 桥型方案比选
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3.2 主线挖方路段桥梁选型
根据表2比选结果、受力分析以及高速公路净空要求,当挖方路堑高度h≤10 m时,三种桥型均可满足布设要求,但从经济和美学角度出发,斜腿刚构方案最优,特别是斜腿结构具有倾斜角度,与挖方边坡形成上下对称型式,兼具拱桥的弧形美,与自然地形浑然天成;当挖方高度10 m<h<15 m时,受边坡开口宽度制约,斜腿刚构桥长较短,若坚持选用斜腿刚构则需改变结构尺寸重新设计,而连续刚构墩高太大导致高跨比失调和工程量增加,故选用连续箱梁较合适。
3.3 综合选型建议
这三种常用的桥型方案各有优缺点和适用范围,超出极限值后不管从构造、经济还是美观上都不再有优势,比如斜腿刚构和连续刚构在桥高较大时,桥下净高已超出车上人员的视线范围,无法展现刚构桥梁的曲线美,反而增加了施工的复杂性。(1)当填方路基高度h<3 m,挖方路基高度h<2 m时,选用连续刚构桥型经济合理;(2)当挖方路基高度h<8 m时,选用斜腿刚构桥型经济合理;(3)连续梁桥由于适应性强,一般不受填挖方高度限制,但要注意桥台高度合理。
4 注意问题
(1)不管何种桥型上跨高速公路,必须保证桥下净空,不得侵限,同时注意主线纵横坡和桥梁纵横坡的影响,高速公路净高规范要求5 m[1],考虑施工误差和后期养护加铺路面层,建议净高值按5.5 m预留;(2)桥型和跨径均为近来山西省内高速公路常用的标准桥型图,具有较广泛的代表性,但遇到加宽路段和高填深挖等特殊情况,还需根据实际情况单独设计;(3)里程较长的高速路段若分标段设计,业主宜通过技术经济比较制定天桥设置原则,保持同路段设计风格一致,有利于施工模板和机具的配置,也有利于后期养护检修的方便。(4)表1中天桥宽度有5.5 m、6 m、7.5 m、8 m,标准不一致,建议宜大不宜小,多出的0.5 m宽度在悬臂段调整,对主梁受力和造价的影响基本忽略不计,但却增加了通行宽度和安全性。
5 结语
上跨高速公路的天桥型式还有很多种,如预制空心板、小箱梁、箱型拱、系杆拱等[2],选取了最常用到的三种桥型,从结构型式、工程数量、施工工艺、以及造价和美观等方面做了综合分析必选,给出了选型建议。
推荐理由:本书介绍了中国改革开放发展成就,主要从改革路径、对外开放、宏观经济、区域发展、“三农”政策、扶贫脱贫、产业发展、科技引领、生态文明、人力资源、社会保障、收入分配这十二个方面讲述中国故事。中国改革开放促进发展与分享的成功故事,以及建立经济特区和试验区先行先试,继而实施区域发展战略,在中西部地区创造条件重演沿海地区发展奇迹的有益经验。
参考文献:
1JTG D60-,公路桥涵设计通用规范[S].
2张花.高速公路天桥、通道的设计体会[J].山西交通科技,(2):32-34.