徐騰飛

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司南京設(shè)計(jì)院，江蘇南京 210000）

0 引言

目前江蘇省省內(nèi)普通干線公路中，L≤20m 跨徑的中小跨徑簡(jiǎn)支橋梁上部結(jié)構(gòu)大多采用裝配式PC 空心板梁結(jié)構(gòu)。因空心板梁結(jié)構(gòu)具有建筑高度低、裝配施工簡(jiǎn)便、易實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)，因此其在工程建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。然而，隨著工程建設(shè)的推進(jìn)，此類結(jié)構(gòu)受到構(gòu)造缺陷、施工技術(shù)、超載車輛等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致工程病害頻發(fā)，主要病害體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，空心板之間鉸縫連接較少，易開裂、剝落，造成單板受力、梁體開裂；第二，板底4 個(gè)支座易脫空；第三，由于空心板梁高較低，內(nèi)模易上浮且脫模困難，因此其頂板厚度難以控制。大多數(shù)空心板梁在運(yùn)營(yíng)十多年后，就要進(jìn)行維修加固，這與其50 年的設(shè)計(jì)使用年限嚴(yán)重不符。雖然管養(yǎng)過(guò)程中，能夠采取相應(yīng)措施來(lái)改善空心板梁的受力狀態(tài)，但難以徹底解決鉸縫受力薄弱的問(wèn)題。而真正有效的管維方法應(yīng)能夠變鉸縫連接為剛性連接。因此，基于傳統(tǒng)T 型梁橋的良好使用效果，考慮將空心板閉口截面改為開放式實(shí)體肋板截面，橫向采用現(xiàn)澆濕接縫來(lái)連接，即利用傳統(tǒng)T 梁的優(yōu)勢(shì)研究設(shè)計(jì)小間距密肋式矮T 梁替代空心板梁，以此徹底解決鉸縫問(wèn)題。

1 工程概況

江蘇省常泰過(guò)江通道南北公路接線工程某標(biāo)段路線全長(zhǎng)約7.012km，采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度120km/h，路基寬度為34.5m，沿線地勢(shì)平坦，河網(wǎng)密布，全線共設(shè)置跨河橋梁9 座，總長(zhǎng)1372.359m，其中16m 跨徑橋梁2 座。針對(duì)目前江蘇省內(nèi)20m 跨徑以下的中小橋梁常見(jiàn)病害，根據(jù)工程總體方案需求，對(duì)中小跨徑橋梁進(jìn)行密肋式矮T 梁方案與空心板梁方案比選。

2 中小跨徑橋梁應(yīng)用情況

通過(guò)調(diào)查研究并結(jié)合以往省內(nèi)外干線公路項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)原則可知，在進(jìn)行中小跨徑（L≤20m）橋梁結(jié)構(gòu)類別的選擇時(shí)，對(duì)于L≤20m 的橋梁結(jié)構(gòu)，江蘇省等大部分省份以空心板梁為主，不過(guò)安徽省、浙江省等個(gè)別省份已經(jīng)開始推廣使用密肋式矮T 梁。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比選

3.1 優(yōu)化后的空心板梁

為更好比選，通過(guò)對(duì)空心板梁病害特征的分析研究，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包括以下幾個(gè)方面：

3.1.1 單板受力問(wèn)題

第一，明確要求先采用小石子混凝土澆筑鉸縫混凝土，此后進(jìn)行振搗密實(shí)，檢查驗(yàn)收合格后，再施工橋面現(xiàn)澆層混凝土[1]。

第二，空心板鋪裝層橫向鋼筋一直較弱，為此可將此處鋼筋直徑增加至12mm，必要時(shí)適當(dāng)加大現(xiàn)澆層厚度，以強(qiáng)化橫向受力的整體性。

3.1.2 先張法空心板預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度問(wèn)題

江蘇省2015 版通用圖中16m 空心板只有2 根通長(zhǎng)束，扣除預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度影響，有效束通過(guò)支點(diǎn)較少，特別是先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)預(yù)制梁端和現(xiàn)澆連續(xù)段交界面附近預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度較低，易出現(xiàn)開裂。因此，需根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）規(guī)范第6.1.8 節(jié)要求，考慮預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度的影響，經(jīng)核查，部頒通用圖考慮了此影響，因此該部分優(yōu)化應(yīng)參考部頒通用圖。

3.1.3 空心板內(nèi)模問(wèn)題

由于空心板充氣膠囊容易變形、上浮，根據(jù)《公路水運(yùn)工程淘汰危及生產(chǎn)安全施工工藝、設(shè)備和材料目錄》要求，空心板禁止采用氣囊，優(yōu)化后施工圖設(shè)計(jì)應(yīng)按照要求采用鋼內(nèi)模[2]。

3.2 密肋矮T 梁

以34.5m 整體式路基16m 跨徑密肋式矮T 梁為例，其單幅橋面寬度為16.775m，由10 片簡(jiǎn)支中間梁和2 片簡(jiǎn)支邊梁通過(guò)橫向連接安裝在橋墩蓋梁的支座上，梁高0.95m，邊梁預(yù)制梁寬1.05m，中間梁預(yù)制梁寬1m，濕接縫寬0.411m，橋面鋪裝由10cm 瀝青混凝土＋10cm C50 防水混凝土組成，橋面兩側(cè)均設(shè)置SS加強(qiáng)型墻式防撞護(hù)欄，如圖1 所示。

圖1 16m 跨徑密肋矮T 梁跨中標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：mm）

簡(jiǎn)支中梁的下部設(shè)有縱向貫通的豎直梁肋，上部設(shè)有橫向延伸的翼緣板，上部翼緣板和下部梁肋形成T 型斷面結(jié)構(gòu)，梁端處梁肋左右兩側(cè)各設(shè)有倒L 型端橫梁，梁體跨中處梁肋左右兩側(cè)各設(shè)有中橫梁，如圖2所示。

圖2 16m 跨徑密肋矮T 梁立面圖（單位：mm）

簡(jiǎn)支邊梁的下部設(shè)有縱向貫通的豎直梁肋，上部設(shè)有橫向延伸的翼緣板，上部翼緣板和下部梁肋同樣形成T 型斷面結(jié)構(gòu)，梁端處梁肋一側(cè)設(shè)有倒L 型端橫梁，另一側(cè)設(shè)有端面橫隔板，梁體跨中處梁肋的左右兩側(cè)各設(shè)有中橫梁，如圖3 所示。

圖3 16m 跨徑密肋矮T 梁邊梁、中梁跨中橫斷面圖（單位：mm）

盡管對(duì)空心板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，但其仍無(wú)法克服自身的“先天缺陷”，即：1 塊板梁需要4 個(gè)支座，支座易脫空形成3 個(gè)點(diǎn)支承受力，對(duì)梁板產(chǎn)生不均衡扭矩以及一端單支點(diǎn)支承使該支點(diǎn)處剪應(yīng)力突變?cè)龃?。同時(shí)，空心板內(nèi)模雖已由圓形改為八邊形，且采用鋼芯模，以防止內(nèi)模上浮造成頂板厚度過(guò)薄，但實(shí)際施工時(shí)，因內(nèi)腔空間較小，同樣會(huì)造成鋼內(nèi)模上浮，導(dǎo)致頂板厚度難以控制[3]。

另外，按照相關(guān)規(guī)范要求，橋梁上部結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮管養(yǎng)需要，按照能到達(dá)、能檢查、能維修、能更換的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。空心板結(jié)構(gòu)建成后，管養(yǎng)人員難以到達(dá)封閉的梁板內(nèi)部。僅靠外觀檢測(cè)難以發(fā)現(xiàn)梁板的內(nèi)部病害，無(wú)法判斷橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)。而密肋式矮T 梁結(jié)構(gòu)的開放式斷面使工作人員可以直接對(duì)梁體各部分進(jìn)行檢測(cè)，后期運(yùn)維管養(yǎng)更加便捷。

4 造價(jià)對(duì)比

為掌握兩種結(jié)構(gòu)的造價(jià)指標(biāo)，結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)5×16m、3×16m 兩座中橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 工程造價(jià)對(duì)比明細(xì)表

從表1 中可以看出：

第一，密肋矮T 梁相比空心板混凝土指標(biāo)減少2.6%～2.7%；

第二，密肋矮T梁相比空心板預(yù)應(yīng)力鋼筋指標(biāo)增加1.2%～1.3%；

第三，密肋矮T梁相比空心板普通鋼筋指標(biāo)增加22%；

第四，密肋矮T梁相比空心板上部結(jié)構(gòu)建安費(fèi)增加4.21%～4.32%；

第五，密肋矮T梁相比空心板養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用指標(biāo)減少28.57%。

總之，可以看到相比空心板結(jié)構(gòu)，密肋矮T 梁混凝土工程量有所減少，而預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋用量有所增加，工程造價(jià)增加4.21%～4.32%，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用降低28.57%。從全壽命周期過(guò)程來(lái)看，密肋矮T梁總體造價(jià)比空心板低10%左右。

5 施工便利性對(duì)比

從施工角度，并結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)16m 跨徑進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 施工便利性對(duì)比表

由表2 比選結(jié)果可知，空心板梁與密肋矮T 梁均可工廠化預(yù)制，空心板梁內(nèi)腔小，拆模不便；密肋矮T梁吊裝重量輕，為同等跨徑空心板的86.1%，便于施工[4]。

6 比選結(jié)果

綜合分析空心板與密肋矮T 梁的各自特點(diǎn)，方案比選結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 綜合對(duì)比表

7 結(jié)語(yǔ)

江蘇省干線公路橋梁眾多，從橋梁規(guī)模來(lái)劃分，特大橋、大橋所占比重較低，中小跨徑橋梁所占比重較高，可達(dá)到82.9%，中小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)類型主要為空心板梁。由此可見(jiàn)，建好中小跨徑橋梁是創(chuàng)建品質(zhì)工程，實(shí)現(xiàn)綠色公路全壽命周期建設(shè)理念的基本突破點(diǎn)。在創(chuàng)建綠色公路時(shí)，需通盤考慮全壽命周期成本，強(qiáng)調(diào)建、養(yǎng)并重。綜合對(duì)比分析空心板梁與密肋式矮T 梁可知，密肋式矮T 梁優(yōu)勢(shì)明顯，其全壽命周期造價(jià)比同等跨徑的空心板結(jié)構(gòu)降低10%左右，因此值得在江蘇省內(nèi)推廣應(yīng)用。