經(jīng)驗(yàn)交流:我國(guó)公路橋梁的發(fā)展趨勢(shì)(一)

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前 言
    改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展,尤其是高速公路建設(shè),從無(wú)到有,現(xiàn)已建成8700km。作為公路建設(shè)重要組成部分的橋梁建設(shè)也得到相應(yīng)發(fā)展,跨越大江(河)、海峽(灣)的長(zhǎng)大橋梁建設(shè)也相繼修建,一般公路和高等級(jí)公路上的中、小橋、立交橋,形式多樣,工程質(zhì)量不斷提高,為公路運(yùn)輸提供了安全、舒適的服務(wù)。
    隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、綜合國(guó)力增強(qiáng),我國(guó)的建筑材料、設(shè)備、建筑技術(shù)都有了較快發(fā)展。特別是電子計(jì)算技術(shù)的廣泛應(yīng)用,為廣大工程技術(shù)人員提供了方便、快捷的計(jì)算分析手段。更重要的是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)政策為公路事業(yè)發(fā)展提供多元化的籌資渠道,保證了建設(shè)資金來(lái)源。
    我國(guó)廣大橋梁工作者,充分認(rèn)識(shí)到這一可貴、難得的機(jī)遇,竭盡全力,發(fā)揮自己的聰明才智,為我國(guó)公路橋梁建設(shè)事業(yè),積極工作,多做貢獻(xiàn)。
    結(jié)合常用的橋型談?wù)剬?duì)公路橋梁發(fā)展趨勢(shì)的看法,不當(dāng)之處,請(qǐng)同行指正。
    一、板式橋
    板式橋是公路橋梁中量大、面廣的常用橋型,它構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確,可以采用鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu);可做成實(shí)心和空心,就地現(xiàn)澆為適應(yīng)各種形狀的彎、坡、斜橋,因此,一般公路、高等級(jí)公路和城市道路橋梁中,廣泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原區(qū)高速公路上的中、小跨徑橋梁,特別受到歡迎,從而可以減低路堤填土高度,少占耕地和節(jié)省土方工程量。
    實(shí)心板一般用于跨徑13m以下的板橋。因?yàn)榘甯咻^矮,挖空量很小,空心折模不便,可做成鋼筋混凝土實(shí)心板,立?,F(xiàn)澆或預(yù)制拼裝均可。
    空心板用于等于或大于13m跨徑,一般采用先張或后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。先張法用鋼絞線和冷拔鋼絲;后張法可用單根鋼絞線、多根鋼絞線群錨或扁錨,立?,F(xiàn)澆或預(yù)制拼裝。成孔采用膠囊、折裝式模板或一次性成孔材料如預(yù)制薄壁混凝土管或其他材料。
    鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土板橋,其發(fā)展趨勢(shì)為:采用高標(biāo)號(hào)混凝土,為了保證使用性能盡可能采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu);預(yù)應(yīng)力方式和錨具多樣化;預(yù)應(yīng)力鋼材一般采用鋼絞線。板橋跨徑可做到25m,目前有建成35~40m跨徑的橋梁。在我看來(lái)跨徑太大,用材料不省,板高矮、剛度小,預(yù)應(yīng)力度偏大,上拱高,預(yù)應(yīng)力度偏小,可能出現(xiàn)下?lián)希蝗舨捎妙A(yù)制安裝,橫向連接不強(qiáng),使用時(shí)容易出現(xiàn)橋面縱向開(kāi)裂等問(wèn)題。由于吊裝能力增大,預(yù)制空心板幅寬有加大趨勢(shì),1.5m左右板寬是合適的。
    預(yù)制裝配式板應(yīng)特別注意加強(qiáng)板的橫向連接,保證板的整體性,如接縫處采用“剪力鍵”。為了保證橫向剪力傳遞,至少在跨中處要施加橫向預(yù)應(yīng)力。
    建議中、小跨徑板橋,應(yīng)由交通行業(yè)主管部門組織編制標(biāo)準(zhǔn)圖,這樣對(duì)推動(dòng)公路橋梁建設(shè),提高質(zhì)量,加快設(shè)計(jì)速度都會(huì)帶來(lái)明顯的好處。
    二、梁式橋
    梁式橋種類很多,也是公路橋梁中最常用的橋型,其跨越能力可從20m直到300m之間。
    公路橋梁常用的梁式橋形式有:
    按結(jié)構(gòu)體系分為:簡(jiǎn)支梁、懸臂梁、連續(xù)梁、T型剛構(gòu)、連續(xù)剛構(gòu)等。
    按截面型式分為:T型梁、箱型梁(或槽型梁)、衍架梁等。
    梁式橋跨徑大小是技術(shù)水平的重要指標(biāo),一定程度上反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)、交通、橋梁設(shè)計(jì)和施工各方面的成就。
    現(xiàn)從以下幾種常用的結(jié)構(gòu)形式介紹梁式橋在公路橋梁上的使用和發(fā)展趨勢(shì)。
    (一)簡(jiǎn)支T型梁橋
    T型梁橋在我國(guó)公路上修建最多,早在50、60年代,我國(guó)就建造了許多T型梁橋,這種橋型對(duì)改善我國(guó)公路交通起到了重要作用。
    80年代以來(lái),我國(guó)公路上修建了幾座具有代表性的預(yù)應(yīng)力混凝上簡(jiǎn)支T型梁橋(或橋面連續(xù)),如河南的鄭州、開(kāi)封黃河公路橋,浙江省的飛云江大橋等,其跨徑達(dá)到62m,吊裝重220t。
    T形梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的已經(jīng)很少了,從16m到5Om跨徑,都是采用預(yù)制拼裝后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁。預(yù)應(yīng)力體系采用鋼絞線群錨,在工地預(yù)制,吊裝架設(shè)。其發(fā)展趨勢(shì)為:采用高強(qiáng)、低松弛鋼絞線群錨:混凝土標(biāo)號(hào)40~60號(hào);T形梁的翼緣板加寬,25m是合適的;吊裝重量增加;為了減少接縫,改善行車,采用工型梁,現(xiàn)澆梁端橫梁濕接頭和橋面,在橋面現(xiàn)澆混凝土中布置負(fù)彎矩鋼束,形成比橋面連續(xù)更進(jìn)一步的“準(zhǔn)連續(xù)”結(jié)構(gòu)。
    預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,受力明確、節(jié)省材料、架設(shè)安裝方便,跨越能力較大等優(yōu)點(diǎn)。其跨徑以不超過(guò)50m為宜,再加大跨徑不論從受力、構(gòu)造、經(jīng)濟(jì)上都不合理了。大于50m跨徑以選擇箱形截面為宜。
    目前的預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁采用全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力張拉后上拱偏大,影響橋面線形,帶來(lái)橋面鋪裝加厚。為了改善這些缺點(diǎn),建議預(yù)制時(shí)在臺(tái)座上設(shè)反拱,反拱值可采用預(yù)施應(yīng)力后*梁上拱值的1/2~2/3。
    預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支或“準(zhǔn)連續(xù)”T形梁,建議由交通行業(yè)主管部門組織編制一套適用的標(biāo)準(zhǔn)圖。
    (二)連續(xù)箱形梁橋
    箱形截面能適應(yīng)各種使用條件,特別適合于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、變寬度橋。因?yàn)榍豆淘谙淞荷系膽冶郯?,其長(zhǎng)度可以較大幅度變化,并且腹板間距也能放大;箱梁有較大的抗扭剛度,因此,箱梁能在獨(dú)柱支墩上建成彎斜橋;箱梁容許有細(xì)長(zhǎng)度;應(yīng)力值σg+p較低,重心軸不偏一邊,同T形梁相比徐變變形較小。
    箱梁截面有單箱單室、單箱雙室(或多室),早期為矩形箱,逐漸發(fā)展成斜腰板的梯形箱。
    箱梁橋可以是變高度,也可以是等高度。從美觀上看,有較大主孔和邊孔的三跨箱梁橋,用變高度箱梁是較美觀的;多跨橋(三跨以上)用等高箱梁具有較好的外觀效果。
    隨著交通量的快速增長(zhǎng),車速提高,人們出行希望有快速、舒適的交通條件,預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋能適應(yīng)這一需要。它具有橋面接縫少、梁高小、剛度大、整體性強(qiáng),外形美觀,便于養(yǎng)護(hù)等。
    70年代我國(guó)公路上開(kāi)始修建連續(xù)箱梁橋,到目前為止我國(guó)已建成了多座連續(xù)箱梁橋,如一聯(lián)長(zhǎng)度1340m的錢塘江第二大橋(公路橋)和跨高集海峽、全長(zhǎng)2070m的廈門大橋等。
    連續(xù)箱梁橋的施工方法多種多樣,只能因時(shí)因地,根據(jù)安全經(jīng)濟(jì)、保證質(zhì)量、降低造價(jià)、縮短工期等方面因素綜合考慮選擇。一般常用的方法有:立支架就地現(xiàn)澆、預(yù)制拼裝(可以整孔、分段串聯(lián))、懸臂澆筑、頂推、用滑模逐跨現(xiàn)澆施工等。
    預(yù)應(yīng)力鋼束采用鋼絞線,可以分段或連續(xù)配束,一般采用大噸位群錨。為了減輕箱梁自重,可以采用體外預(yù)應(yīng)力鋼束。
    由于連續(xù)箱梁在構(gòu)造、施工和使用上的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)建成預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋較多。其發(fā)展趨勢(shì)為:減輕結(jié)構(gòu)自重,采用高標(biāo)號(hào)混凝土40~60號(hào);隨著建筑材料和預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展,其跨徑增大,葡萄牙已建成250m的連續(xù)箱梁橋,超過(guò)這一跨徑,也不是太經(jīng)濟(jì)的。大跨徑連續(xù)箱粱要采用大噸位支座,如南京二橋北汊橋165m變截面連續(xù)箱梁,盆式橡膠支座噸位達(dá)65O0kN。這種樣大噸位支座性能如何?將來(lái)如何更換等一系列問(wèn)題有待研究。我國(guó)公路橋梁在100m以上多采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。
    中等跨徑的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁,如跨徑40~8Om,一般用于特大型橋梁引橋、高速公路和城市道路的跨線橋以及通航凈空要求不太高的跨河橋。
    (三)T形構(gòu)橋
    這種結(jié)構(gòu)體系有致命弱點(diǎn)。從60年代起到80年代初,我國(guó)公路橋梁修建了幾座T形剛構(gòu)橋,如的重慶長(zhǎng)江大橋和滬州長(zhǎng)江大橋,80年以后這種橋型基本不再修建了,這里不贅述。
    (四)連續(xù)剛構(gòu)橋
    連續(xù)剛構(gòu)橋也是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋之一,一般采用變截面箱梁。我國(guó)公路系統(tǒng)從80年中期開(kāi)始設(shè)計(jì)、建造連續(xù)剛構(gòu)橋,至今方興未艾。
    連續(xù)剛構(gòu)可以多跨相連,也可以將邊跨松開(kāi),采用支座,形成剛構(gòu)一連續(xù)梁體系。一聯(lián)內(nèi)無(wú)縫,改善了行車條件;梁、墩固結(jié),不設(shè)支座;合理選擇梁與墩的剛度,可以減小梁跨中彎矩,從而可以減小梁的建筑高度。所以,連續(xù)剛構(gòu)保持了T形剛構(gòu)和連續(xù)梁的優(yōu)點(diǎn)。
    連續(xù)剛構(gòu)橋適合于大跨徑、高墩。高墩采用柔性薄壁,如同擺柱,對(duì)主梁嵌固作用減小,梁的受力接近于連續(xù)梁。柔性墩需要考慮主梁縱向變形和轉(zhuǎn)動(dòng)的影響以及墩身偏壓柱的穩(wěn)定性;墩壁較厚,則作為剛性墩連續(xù)梁,如同框架,橋墩要承受較大彎矩。
    由于連續(xù)剛構(gòu)受力和使用上的特點(diǎn),在設(shè)計(jì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋時(shí),優(yōu)先考慮這種橋形。當(dāng)然,橋墩較矮時(shí),這種橋型受到限制。
    近年來(lái),我國(guó)公路上修建了幾座的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,如廣東洛溪大橋,主孔180m;湖北黃石長(zhǎng)江大橋,主孔3×245m;廣東虎門大橋副航道橋,主孔270m,為目前世界同類橋中跨徑。
    我國(guó)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,幾乎都采用懸臂澆筑法施工。一般采用50~60號(hào)高標(biāo)號(hào)混凝土和大噸位預(yù)應(yīng)力鋼束。
    現(xiàn)在,有人正準(zhǔn)備設(shè)計(jì)300m左右跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu),在我看來(lái),若能采用輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土材料,其跨徑有望達(dá)300m左右。由于連續(xù)剛構(gòu)跨徑加大,自重隨著加大,恒載比例已高達(dá)90%以上,故片面增大跨徑,已無(wú)實(shí)際意義。此時(shí)應(yīng)考慮選擇斜拉橋或別的橋型。
    三、鋼筋混凝立拱橋
    拱橋在我國(guó)有悠久歷史,屬我國(guó)傳統(tǒng)項(xiàng)目,也是大跨徑橋梁形式之一。
    我國(guó)公路上修建拱橋數(shù)量最多。石拱橋由于自重大,在料加工費(fèi)時(shí)費(fèi)工,大跨石拱橋修建少了。山區(qū)道路上的中、小橋涵,因地制宜,采用石拱橋(涵)還是合適的。大跨徑拱橋多采用鋼筋混凝土箱拱、勁性骨架拱和鋼管混凝土拱。
    鋼筋混凝土拱橋的跨徑,一直落后于國(guó)外,主要原因是受施工方法的限制。我國(guó)橋梁工作者都一直在探索,尋求安全、經(jīng)濟(jì)、適用的方法。根據(jù)近年的實(shí)踐,常用的拱橋施工方法有:(1)主支架現(xiàn)澆;(2)預(yù)制梁段纜索吊裝;(3)預(yù)制塊件懸臂安裝;(4)半拱轉(zhuǎn)體法;(5)剛性或半剛性骨架法。
    鋼筋混凝土拱橋自重較大,跨越能力比不上鋼拱橋,但是,因?yàn)殇摻罨炷凉皹蛟靸r(jià)低,養(yǎng)護(hù)工作量小,抗風(fēng)性能好等優(yōu)點(diǎn),仍被廣泛采用,特別是崇山峻嶺的我國(guó)西南地區(qū)。
    鋼筋混凝土拱橋形式較多,除山區(qū)外,也適合平原地區(qū),如下承式系桿拱橋。結(jié)合環(huán)境、地形,加之拱橋的雄偉、美麗的外形,可以創(chuàng)造出天人合一的景觀。例如,貴州省跨烏江的江界河橋,地處深山、峽谷,拱橋跨徑330m,橋面離谷底263m,橋面仁立,令人嘆服橋梁設(shè)計(jì)者和建設(shè)者的匠心和偉大。還有剛建成的萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋,勁性骨架箱拱,跨徑420m,居世界第一。廣西邕寧縣的邕江大橋,鋼管混凝土拱,跨徑312m,都是令人稱道的拱橋。
    我國(guó)鋼筋混凝土拱橋的發(fā)展趨勢(shì):拱圈輕型化,長(zhǎng)大化以及施工方法多樣化。
    值得提醒注意的是,大跨徑拱橋施工階段及使用階段的橫向穩(wěn)定性,據(jù)統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)、外拱橋垮塌事故,多發(fā)生在施工階段。