何小文
摘要:濟(jì)祁高速淮河特大橋引橋規(guī)模較大,引橋造價(jià)占到整個(gè)大橋總造價(jià)的80%以上,本文主要通過(guò)材料使用性能、綜合成本(即施工進(jìn)度、工序成本等綜合效率成本)、結(jié)構(gòu)耐久性、環(huán)境保護(hù)、橋梁景觀(guān)等因素,對(duì)鋼板組合梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋進(jìn)行了論證和分析。
Abstract: The approach bridge of Huaihe River Bridge of Jiqi Expressway is large, and the cost of approach bridges accounts for more than 80% of the total cost of the whole bridge. Based on the material use performance, comprehensive cost (ie, construction efficiency, process cost and other comprehensive efficiency costs), structural durability, environmental protection, bridge landscape and other factors this paper demonstrated and analyzed the steel plate composite girder bridges and prestressed concrete small box girder bridges.
關(guān)鍵詞:裝配化組合梁橋;普通混凝土箱梁橋;對(duì)比
Key words: assembled composite beam bridge;ordinary concrete box girder bridge;comparison
中圖分類(lèi)號(hào):U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1006-4311(2019)16-0102-05
0? 引言
濟(jì)祁高速淮河特大橋引橋?yàn)槿珖?guó)首次大量采用工業(yè)化制件、裝配化施工的高速公路橋梁。基礎(chǔ)及下部為現(xiàn)澆承臺(tái)、C80PHC管樁、C70預(yù)制空心墩、現(xiàn)澆墩帽,上部為鋼板梁與砼橋面板組合結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐證明,裝配化組合梁橋與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋比具有優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、耐久等諸多方面有優(yōu)勢(shì)。
1? 工程概況
縱三淮南至合肥段在鳳臺(tái)縣淝北村西跨越西淝河后,進(jìn)入董峰湖行洪區(qū),與合淮阜高速形成樞紐互通后,繼續(xù)往南延伸,相繼跨越淮河及壽西湖行洪區(qū)。
壽縣淮河特大橋橋位距離焦崗湖入淮口2.5km,距離上游方家坎人渡2.64km,下游毛集港區(qū)碼頭2.5km,其間無(wú)其他碼頭、橋梁?;春又鳂蜷L(zhǎng)440m,淮河特大橋全長(zhǎng)11.84公里,斜拉橋選用(120+200+120)m預(yù)應(yīng)力混凝土,分別采用80m和60m跨徑為其兩側(cè)跨堤橋,堤內(nèi)引橋采用40m跨徑,其余堤外引橋采用30m跨徑。
2? 縱三淮河橋引橋鋼板梁設(shè)計(jì)方案介紹
2.1 初步設(shè)計(jì)方案
在初步設(shè)計(jì)階段,引橋全長(zhǎng)11.53km,其中堤外引橋長(zhǎng)10.96km,采用30m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁,下部結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ);堤內(nèi)引橋長(zhǎng)560m,采用40m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁,鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。初步設(shè)計(jì)總概算為8.65億元。
2.2 施工圖方案
引橋全長(zhǎng)11.256公里,其中堤外引橋總長(zhǎng)10.616公里,上部結(jié)構(gòu)采用35m鋼板組合梁橋,下部結(jié)構(gòu)采用雙柱墩和PHC管樁基礎(chǔ);堤內(nèi)引橋總長(zhǎng)0.64公里,上部結(jié)構(gòu)采用40m鋼板組合梁,下部結(jié)構(gòu)為雙主墩配鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。施工圖總預(yù)算為8.18億元。
2.3 小箱梁橋特點(diǎn)及適應(yīng)范圍
2.3.1 結(jié)構(gòu)體系
小箱梁設(shè)計(jì)一般有兩種結(jié)構(gòu)體系,一是簡(jiǎn)支,另一種是先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)。與小箱梁橋相比,先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁更具優(yōu)勢(shì),后者除了兼具前者的通用優(yōu)點(diǎn)外,還具有抗震能力強(qiáng)、行車(chē)舒適、伸縮縫少、結(jié)構(gòu)受力性能好等優(yōu)點(diǎn)。
2.3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)
小箱梁屬于裝配式結(jié)構(gòu),常用跨徑為20~35m,便于實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)化和機(jī)械化施工。由于其僅設(shè)端橫隔梁,具有梁高較矮、橋下視覺(jué)簡(jiǎn)潔的特點(diǎn),十分適用于對(duì)景觀(guān)存在一定要求且梁高受限的地方。結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域廣,適應(yīng)變寬能力強(qiáng)。在相同跨徑結(jié)構(gòu)中,寬梁設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。箱內(nèi)設(shè)有負(fù)彎矩束錨頭,結(jié)構(gòu)暴露面少,結(jié)構(gòu)具有良好耐久性?;钶d橫向分配均勻,主梁抗扭剛度大,不僅行車(chē)較舒適,且在車(chē)輛荷載作用下主梁幾乎不會(huì)出現(xiàn)變形。便于維護(hù),具有良好施工穩(wěn)定性。
然而需要注意的是,小箱梁相比其它梁橋也存在一定弊端,比如其施工工藝要求較高,若在具體施工中管理和實(shí)際控制存在不到位問(wèn)題,極易造成各類(lèi)施工事故,影響其最終的施工質(zhì)量;相比空心板、T梁來(lái)說(shuō),同等跨徑小箱梁吊裝重量更大;箱內(nèi)空間較小,不便于檢驗(yàn)箱內(nèi)質(zhì)量,且砼一次澆注內(nèi)模拆除較復(fù)雜。
3? 技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比
施工圖階段引橋采用鋼板梁橋方案,基于以下技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較。
3.1 技術(shù)與效果對(duì)比(見(jiàn)表1、表2)
3.2 材料價(jià)格變異的分析
分析當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì),再加上國(guó)家能源和環(huán)境政策的客觀(guān)影響,相比于2013年初,不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)前市場(chǎng)上砂、石等材料大幅度增加了,甚至增加幅度超過(guò)了100%。然而近年來(lái)鋼材價(jià)格一直呈下降趨勢(shì),并且由于鋼材的原材料多來(lái)自進(jìn)口的鐵礦石,且產(chǎn)能極為過(guò)剩,由此可知其價(jià)格在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)必將趨于穩(wěn)定,甚至出現(xiàn)一定程度的下降?;诖?,采用鋼結(jié)構(gòu)是合理且有利的。
由于混凝土材料價(jià)格的大幅上漲,如果施工圖設(shè)計(jì)仍然采用原30m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋,則整個(gè)引橋造價(jià)大幅增加,考慮施工成本,增幅大約為10%,如表3所示。
4? 與PC砼箱梁橋?qū)Ρ仍靸r(jià)優(yōu)勢(shì)
5? 優(yōu)勢(shì)
根據(jù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)階段能源及環(huán)境政策的相關(guān)性影響,市場(chǎng)上的砂、石類(lèi)材料近年來(lái)增幅較大,并呈逐年上升趨勢(shì),而鋼材質(zhì)量提高較快的同時(shí)價(jià)格卻有較大幅度的下降。從發(fā)展趨勢(shì)看,環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高,砂石材料的成本逐年增加,而鋼材的原材料價(jià)格已經(jīng)趨于穩(wěn)定,且其加工規(guī)?;?、集約化水平越來(lái)越“高精”,成本也越來(lái)越低。因此從材料選用的角度,采用鋼結(jié)構(gòu)日趨合理。鋼板組合梁承載能力高、剛度大、延性好,可輕型大跨、預(yù)制裝配、安全快捷、節(jié)能環(huán)保。
5.1 經(jīng)濟(jì)
C80高標(biāo)號(hào)PHC管樁基礎(chǔ)和C70預(yù)制空心墩的采用,起因于橋面板和鋼板梁結(jié)構(gòu)自重輕的優(yōu)勢(shì)使下部結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新空間加大,樁、柱超越傳統(tǒng)其自身重量又大幅度減輕,用量精省承載能力卻大幅提高。所有結(jié)構(gòu)件的恒載大幅減小也降低了整體結(jié)構(gòu)的吊裝費(fèi)用,總體計(jì)算橋梁基礎(chǔ)、下部結(jié)構(gòu)造價(jià)可降低20%以上。其中還有鋼結(jié)構(gòu)及預(yù)制樁、墩的工廠(chǎng)化制作也減少了現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用地的費(fèi)用,施工單位也同時(shí)受益。
5.2 高效
PHC管樁施工過(guò)程中,每臺(tái)樁機(jī)每天能完成沉樁300米。若采用鉆孔樁,每臺(tái)旋挖鉆機(jī)每天能完成100米鉆孔施工。相比之下,PHC管樁施工速度快、工效高。
預(yù)制墩柱與樁基可平行作業(yè)是新的優(yōu)勢(shì),空芯墩柱制作全工廠(chǎng)化,一條流水線(xiàn)每天能生產(chǎn)80米,離心成型,蒸汽養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)周期短,質(zhì)量均衡、進(jìn)度均衡。橋梁施工季節(jié)性強(qiáng),冬期施工優(yōu)勢(shì)對(duì)比優(yōu)勢(shì)更明顯;傳統(tǒng)現(xiàn)澆墩柱施工3天澆筑、7天養(yǎng)護(hù),一個(gè)周期至少需要10天時(shí)間,受環(huán)境制約質(zhì)量和工期并不能完全保證。
5.3 質(zhì)量
專(zhuān)業(yè)化工廠(chǎng)流水線(xiàn)生產(chǎn),工藝定型、管控穩(wěn)定,質(zhì)量保證率提高。工廠(chǎng)化制成的大型安裝單元,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,減少工地現(xiàn)場(chǎng)連接數(shù)量環(huán)節(jié),整體質(zhì)量提高較多。
5.4 耐久
鋼板梁橋兼具混凝土抗壓、鋼結(jié)構(gòu)抗拉的優(yōu)良性能,應(yīng)充分發(fā)揮兩種材料的使用性能,使其價(jià)值最大化。在設(shè)計(jì)、施工及維修等整個(gè)周期內(nèi)加強(qiáng)監(jiān)督和管理,提高混凝土的抗裂性能。鋼構(gòu)件作為主受力構(gòu)件,采用了重度防腐體系鋼材、多涂層防護(hù)體系、硫化型橡膠密封防水材料等措施,運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)方便,可以有效提高橋梁的耐久性和使用壽命。
養(yǎng)護(hù)周期可控并相對(duì)延長(zhǎng)?;炷敛牧弦蜃陨淼木窒扌裕兄蓟?、開(kāi)裂、鹽害、堿骨料反應(yīng)和凍融等不可回避的劣化問(wèn)題,加上混凝土施工工藝的離散性,養(yǎng)護(hù)困難,目前國(guó)內(nèi)的很多混凝土橋梁因?yàn)檫@些病害已提前進(jìn)入了維修加固期。
5.5 環(huán)保
減少沙石材料的用量,即多用精細(xì)料少用粗礦料,就是節(jié)能環(huán)保。樁、墩、鋼結(jié)構(gòu)等工廠(chǎng)化制作大大減少現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用地,也降低了環(huán)境擾動(dòng)破壞及粉塵噪音等影響。
6? 結(jié)論
淮河引橋規(guī)模較大,引橋造價(jià)占到整個(gè)大橋總造價(jià)的80%以上,通過(guò)材料使用性能、綜合成本(即施工進(jìn)度、工序成本等綜合效率成本)、結(jié)構(gòu)耐久性、環(huán)境保護(hù)、橋梁景觀(guān)等因素,對(duì)鋼板組合梁橋和預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋進(jìn)行了論證和分析,裝配式橋梁與傳統(tǒng)橋梁相比,有以下優(yōu)勢(shì):
6.1 投資成本節(jié)省
鋼板組合梁與傳統(tǒng)30m預(yù)制小箱梁相比,橋梁自重大幅度減輕,其中管樁成本最低,可節(jié)約造價(jià)30%,預(yù)制墩可節(jié)約造價(jià)約8%,經(jīng)測(cè)算,鋼板組合梁工程每公里造價(jià)6529萬(wàn)元,相鄰標(biāo)段30米普通混凝土小箱梁每公里造價(jià)8485萬(wàn)元,總體建設(shè)成本減少。各部構(gòu)件在開(kāi)工后可以齊頭并進(jìn),根據(jù)總體進(jìn)度更好地協(xié)調(diào)對(duì)應(yīng)的進(jìn)場(chǎng)時(shí)間,簡(jiǎn)化工序,大大提高效率,節(jié)約工期約20%,造價(jià)節(jié)約23%。并仍有潛力可挖。
6.2 質(zhì)量管控可靠
管樁、預(yù)制墩、鋼板組合梁、橋面板全部采用工廠(chǎng)化生產(chǎn),以機(jī)械作業(yè)為主,人工操作為輔,從程序上、技術(shù)上保障了預(yù)制構(gòu)件的整體質(zhì)量。
6.3 標(biāo)準(zhǔn)化程度提升
預(yù)制構(gòu)件機(jī)械化程度高,采用工廠(chǎng)化生產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)裝配化安裝,預(yù)制精度和安裝質(zhì)量均得以保證。
6.4 安全環(huán)保顯著
管樁施工無(wú)泥漿排放,安全隱患少,改變了灌注樁的臟亂差,現(xiàn)場(chǎng)裝配化安裝,安全系數(shù)提高;工廠(chǎng)化生產(chǎn),工序更穩(wěn)定可控。
6.5 耐久易養(yǎng)護(hù)
從設(shè)計(jì)就統(tǒng)籌橋梁全壽命,尤其是鋼板梁和橋面板,在后期養(yǎng)護(hù)上,可看見(jiàn)、可維護(hù)、易更換,全壽命周期養(yǎng)護(hù)成本低,保證了橋梁全壽命周期使用性能。
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