劉文

（湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

由于高速公路屬于國(guó)家修建的民生工程，所以項(xiàng)目建設(shè)的方案需要具有高度的合理性。只有符合建設(shè)地區(qū)實(shí)際情況的設(shè)計(jì)規(guī)劃，才能保障項(xiàng)目的有序進(jìn)行，確保高速公路的質(zhì)量得到有效控制，進(jìn)而保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。高速公路的建設(shè)，不僅能夠便于不同區(qū)域內(nèi)的運(yùn)輸，還能夠逐漸建立起密集的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，便于運(yùn)輸周邊地區(qū)的物產(chǎn)，促進(jìn)周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有十分重要的基礎(chǔ)作用。而對(duì)于高速公路軟土路基地段建設(shè)雙幅高架與雙層高架的比選來(lái)說(shuō)，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的勘查，從而做出決策，確保工程符合實(shí)際的地形條件分布狀況，具備經(jīng)濟(jì)適用性。本文將從水文條件、地質(zhì)條件、地形結(jié)構(gòu)、地層巖性等方面對(duì)雙幅高架與雙層高架進(jìn)行全方位的比選，給出專業(yè)性的處理方案。

1 工程概況

某項(xiàng)目位于洞庭湖平原，工程建設(shè)需要貫穿較大區(qū)域的軟土層以及城市周邊的農(nóng)田種植區(qū)。這一地域內(nèi)的地理特點(diǎn)主要體現(xiàn)為軟土層較多，且土層的水分含量過(guò)多，密度不高，存在著很大的孔隙，容易因受到壓縮而產(chǎn)生變形，要在這一路段進(jìn)行工程建設(shè)，首先需要解決的就是這一區(qū)域的軟土路基問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)階段的施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析，很多項(xiàng)目工程對(duì)于軟土路基的處理都不能夠達(dá)到預(yù)期，同時(shí)還需要投入大量的資金。而對(duì)于該項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，如果通過(guò)土方填筑的方式來(lái)進(jìn)行施工，這一區(qū)域大概需要開挖1000 萬(wàn)m3的土方，給實(shí)際的工程建設(shè)帶來(lái)了較大的困難。就算通過(guò)長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，能夠?qū)崿F(xiàn)土方的填埋，所花經(jīng)費(fèi)也過(guò)高，方案不具備經(jīng)濟(jì)適用性。而針對(duì)這一情況，就需要對(duì)方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，提出一個(gè)更具價(jià)值的設(shè)計(jì)方案。例如可以提出橋梁方案來(lái)進(jìn)行比選。在高速公路的建設(shè)中，應(yīng)該盡量避免破壞農(nóng)民耕地、減少對(duì)良田的占用，盡量減少對(duì)環(huán)境的不良影響、減少對(duì)軟土地區(qū)生態(tài)結(jié)構(gòu)的破壞，據(jù)此，可以在高速公路的建設(shè)方案中提出雙幅橋和雙層橋的方案設(shè)計(jì)，通過(guò)專業(yè)性的技術(shù)比對(duì)，找到更能滿足該工程的建設(shè)方案。

2 雙幅高架與雙層高架的比選

2.1 結(jié)構(gòu)形式的選擇

經(jīng)過(guò)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的實(shí)地勘查，了解到洞庭湖平原腹地區(qū)域分布了較大范圍的軟土。想要構(gòu)建出符合施工要求的設(shè)計(jì)方案，就需要對(duì)幾種不同的高架橋梁構(gòu)造進(jìn)行研究與分析。高架橋梁主要有四種結(jié)構(gòu)形式：雙層高架單樁、雙幅高架單樁、雙層高架雙樁、雙幅高架雙樁，具體如圖1所示。

圖1 高架橋梁的四種結(jié)構(gòu)形式

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)體系的選擇

對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)體系的選擇，需要充分地考慮到高速公路工程項(xiàng)目的整體性，還需要保障項(xiàng)目竣工后的實(shí)際運(yùn)輸效果，最重要的一點(diǎn)，就是需要保障高速公路工程的安全性和使用壽命。在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，要參考建設(shè)區(qū)域周邊的地形條件和地貌特點(diǎn)，結(jié)合周邊地區(qū)的自然氣候等因素，來(lái)多方面地進(jìn)行思考。經(jīng)過(guò)技術(shù)專家的衡量，最終確定了該工程的橋梁結(jié)構(gòu)體系為簡(jiǎn)支梁橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)。綜合了多種因素后做出的這一決定，更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也能夠更好地發(fā)揮出設(shè)計(jì)效果，讓高速公路通車后的耐久度得到保障[1]。

2.3 橋梁跨徑的選擇

設(shè)計(jì)符合實(shí)際建設(shè)需要的橋梁建設(shè)方案，要求在橋梁跨徑方面重視設(shè)計(jì)的合理性和規(guī)范性。高架橋梁的跨徑設(shè)計(jì)以20～30m 為標(biāo)準(zhǔn)。而本文針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究，也是為了最大化地提升橋梁跨徑的科學(xué)合理性，讓高速公路的建設(shè)施工質(zhì)量得到提升[2]。

2.4 上部結(jié)構(gòu)類型的選擇

在設(shè)計(jì)方案的選擇上，需要結(jié)合橋梁的實(shí)際建設(shè)條件，充分評(píng)估周邊區(qū)域的地形狀況和項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的投入問(wèn)題，才能做出最終的決策。該工程對(duì)于橋梁建筑材料的選擇，以空心板和T 梁為主?？梢酝ㄟ^(guò)表1 的對(duì)比，來(lái)進(jìn)行深入的分析。

表1 上部構(gòu)造尺寸比較

2.5 下部結(jié)構(gòu)類型的選擇

目前，高速公路橋梁的橋墩形式主要有柱式墩、薄壁墩、空心墩等。通常，在高度小于40m、需要對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行把控的方案中，柱式墩更加適用。而在高度大于40m、需要對(duì)穩(wěn)定進(jìn)行控制的方案中，薄壁墩、空心墩更加適用。該高速公路建設(shè)工程受到多種因素的影響，在方案的對(duì)比分析時(shí)，需要針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，例如雙幅高架橋墩采用雙柱式墩，雙層高架橋墩采用雙層框架式橋墩。根據(jù)情況分析，不同種類的設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)。其一，雙柱式墩是公路橋梁廣泛采用的橋墩形式，其自重輕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，施工方便快捷，外觀輕盈美觀，橋墩布設(shè)靈活性大。其二，雙層框架式橋墩在城市立交雙層高架橋梁中普遍應(yīng)用，上層橋梁通過(guò)將上部梁板的端橫梁做強(qiáng)做大，既做端橫梁又做上層蓋梁，簡(jiǎn)支在框架式橋墩的兩墩柱上，下層橋梁直接支承在下層蓋梁上。這種體系受力明確，結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)較低，上下層橋梁受力相互影響小，但整體穩(wěn)定性較差。通過(guò)分析借鑒，該項(xiàng)目將橋墩兩側(cè)墩柱通過(guò)上下蓋梁固結(jié)起來(lái)，做成框架式橋墩，上下層橋梁分別支承在上下蓋梁上，具體見表2。

表2 下部構(gòu)造尺寸比較

雙層高架橋墩驗(yàn)算。

第一，按5 跨一聯(lián)計(jì)算，假定各墩墩柱尺寸、高度均在8～20m 之間。

第二，基本假定。一是外荷載除結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載外，還計(jì)入制動(dòng)力、溫度作用，忽略風(fēng)荷載及混凝土收縮徐變等。二是計(jì)算制動(dòng)力作用時(shí)，各墩柱受力按墩頂抗推剛度分配。為簡(jiǎn)化計(jì)算，計(jì)算上層橋處墩頂抗推剛度時(shí)不考慮下層橋處支座的影響；計(jì)算下層橋處墩頂抗推剛度時(shí)不考慮上層橋的影響。三是當(dāng)溫度力或摩阻力大于制動(dòng)力時(shí)，按摩阻力考慮。

第三，墩柱驗(yàn)算。驗(yàn)算下層橋墩墩底截面：因上下層制動(dòng)力方向相反，按最不利考慮，僅上層有制動(dòng)力時(shí)，下層橋墩墩底截面最不利。

樁基內(nèi)力按m 法計(jì)算。

3 工程規(guī)模比較

雙幅高架與雙層高架下部構(gòu)造具體數(shù)量、造價(jià)比較詳見表3。

表3 雙幅橋方案（24.5m）與雙層橋方案(12.0m)主要工程數(shù)量比較表

4 雙幅高架與雙層高架的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 用地規(guī)模

從用地規(guī)模這一角度進(jìn)行分析，雙層高架相比于其他的實(shí)際方案具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，例如，雙層高架具有更節(jié)約用地的特點(diǎn)，在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程中，它的用地規(guī)模較雙幅高架節(jié)省一半，產(chǎn)生了明顯的差異性。由于土地屬不可再生資源，最新出臺(tái)的《中華人民共和國(guó)土地管理法》中明確提出了耕地占補(bǔ)平衡政策，且該項(xiàng)目位于湖區(qū)，耕地尤為稀缺。對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)的發(fā)展前景來(lái)說(shuō)，其更加符合國(guó)家的相關(guān)政策。

4.2 順應(yīng)河道、路網(wǎng)變化

根據(jù)高速公路工程項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行分析，這一工程區(qū)域內(nèi)湖區(qū)網(wǎng)布、路網(wǎng)發(fā)達(dá)，雙層高架方案在適應(yīng)湖區(qū)河道彎曲變化、減小橋墩阻水面積等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。能夠更好地在這一區(qū)域發(fā)揮出重要作用，體現(xiàn)出雙層高架的優(yōu)點(diǎn)。

4.3 應(yīng)對(duì)不良天氣及極端災(zāi)害

不良天氣條件對(duì)項(xiàng)目建設(shè)也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響，當(dāng)出現(xiàn)大雨或者冰雪天氣時(shí)，下層的行車條件就會(huì)優(yōu)于上層的行車條件。雙層橋的抗災(zāi)能力占優(yōu)的另一表現(xiàn)在于，由于該項(xiàng)目通過(guò)重點(diǎn)垸和確保垸，在歷次洪災(zāi)中潰垸時(shí)有發(fā)生，一旦潰垸，災(zāi)民可以第一時(shí)間通過(guò)救生通道爬到雙層橋上避難，凸顯雙層橋作為臨時(shí)生命救災(zāi)通道的積極作用。

4.4 施工及施工組織難易程度

從實(shí)際的建設(shè)施工角度來(lái)分析，這兩種設(shè)計(jì)方案都存在著各自的施工難點(diǎn)。雙層高架較雙幅高架施工工藝要求更高，工序更為復(fù)雜，施工技術(shù)難度更大。例如框架墩大截面樁基礎(chǔ)成孔難、預(yù)應(yīng)力蓋梁施工復(fù)雜、雙層板和梁架設(shè)干擾大、施工組織協(xié)調(diào)難等，這些都是高速公路項(xiàng)目建設(shè)的困難因素。

4.5 行車舒適性

將兩種設(shè)計(jì)方案在行車舒適性方面展開對(duì)比，由于預(yù)制結(jié)構(gòu)決定了橋梁跨徑一般在20～30m 之間，在跨徑不大的情況下，雙層高架立柱數(shù)量偏多，給下層駕乘人員帶來(lái)不適，容易產(chǎn)生心理壓迫、視線阻隔等感覺，不利于竣工后的實(shí)際應(yīng)用。

4.6 互通及服務(wù)區(qū)橋梁設(shè)置

在實(shí)際的項(xiàng)目施工建設(shè)過(guò)程中，在主線進(jìn)入互通及服務(wù)區(qū)階段，受主線縱坡影響，互通及服務(wù)區(qū)匝道的長(zhǎng)度會(huì)加長(zhǎng)，特殊結(jié)構(gòu)橋梁增多，造價(jià)增加，需要投入更高的建設(shè)成本，其中雙層高架尤為明顯。

4.7 施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)各種緊急情況的應(yīng)對(duì)比較

當(dāng)橋梁遇到火災(zāi)、車禍等緊急情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致橋上交通擁堵，人車不能及時(shí)上下高速；當(dāng)車輛撞擊橋墩有可能導(dǎo)致橋梁垮塌，使高速公路喪失通行能力。所以在橋梁上必須設(shè)置港灣式緊急停車帶，以及緊急疏散通道，同時(shí)要提高結(jié)構(gòu)的防火能力；對(duì)橋墩要加強(qiáng)防護(hù)，設(shè)置鋼筋混凝土防撞套筒，以吸收撞擊能量，同時(shí)要采用加強(qiáng)型混凝土防撞護(hù)欄，確保失控車輛不會(huì)沖斷、越出護(hù)欄。

4.8 雙層高架標(biāo)志標(biāo)牌的設(shè)置

高架標(biāo)志標(biāo)牌在行車中具有重要作用。如設(shè)置在雙層高架外側(cè)，下層橋梁外側(cè)一線的橋墩會(huì)阻擋行車人員看清標(biāo)志標(biāo)牌的視線；如設(shè)置在雙層高架內(nèi)側(cè)，下層橋梁需要在現(xiàn)有凈空基礎(chǔ)上增加凈空以滿足標(biāo)志標(biāo)牌的設(shè)置，立柱高增加，橋梁的造價(jià)也會(huì)增加。

4.9 其他影響因素

除此之外，還有其他的影響因素。針對(duì)該項(xiàng)目的實(shí)際施工情況分析，這一工程位于湖區(qū)，水系發(fā)達(dá)，路網(wǎng)交織。為了設(shè)計(jì)及施工方便，雙幅高架及雙層高架右交角均為正交，因此橋下改河溝、改路的情況會(huì)很頻繁，需要結(jié)合多種其他形式的工程項(xiàng)目共同完成。

5 比對(duì)結(jié)論

5.1 單樁與雙樁的選擇

對(duì)于橋梁的建設(shè)來(lái)說(shuō)，建造的合理性與經(jīng)濟(jì)性是重要的考量因素，要根據(jù)建造情況，選擇質(zhì)量更優(yōu)、成本更低的建設(shè)材料。其中，空心板作為重要的施工建材，被廣泛應(yīng)用于雙層高架的建設(shè)施工。經(jīng)過(guò)實(shí)際的對(duì)比匯總可以發(fā)現(xiàn)，在單樁情況下，雙幅高架要比雙層高架的經(jīng)濟(jì)性更好，而在雙樁情況下，則剛好相反。

5.2 雙層與雙幅的選擇

相比較而言，兩種高架所需的建設(shè)成本差異并不大。兩種形式的費(fèi)用節(jié)約方式不同，例如雙層高架在實(shí)際的施工建設(shè)過(guò)程中，所需的占地面積更小，更能適應(yīng)地形條件的變化，可以充分發(fā)揮自身的阻水特征，展現(xiàn)出雙層高架的亮點(diǎn)特色。而從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，這種高架的建設(shè)方案，所需的技術(shù)難度高，而且涉及的工序非常繁雜，給施工環(huán)節(jié)帶來(lái)了很多技術(shù)困難，增加了人工方面的投入。通常情況下，在實(shí)際施工時(shí)會(huì)采用兩種高架相結(jié)合的方式，這樣能夠更好地解決不同施工區(qū)域建設(shè)時(shí)遇到的困難，能夠綜合設(shè)計(jì)出更具適用性的建設(shè)方案。尤其是在農(nóng)田的占用方面，可以更好地發(fā)揮出雙層高架的優(yōu)勢(shì)，減少對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的破壞，最大化維持原來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)。在河道眾多且道路運(yùn)行艱難的地區(qū)，選擇雙幅高架，能提升駕駛的舒適度，取得橋梁建設(shè)的最佳視覺效果。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，對(duì)于道路交通運(yùn)輸?shù)囊笠仓鸩郊哟?，在高速公路工程施工建設(shè)過(guò)程中，在雙幅高架和雙層高架的選擇上，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行深入分析，包括在橋梁建設(shè)的經(jīng)費(fèi)方面、施工的工藝方面、建設(shè)的技術(shù)難度等方面，綜合考慮多種因素，才能選擇更為合適的設(shè)計(jì)方案。