钢板组合梁与普通混凝土箱梁桥对比分析.docx

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钢板组合梁与普通混凝土箱梁桥对比分析

钢板组合梁与普通混凝土箱梁桥对比分析

何小文HEXiao-wen

【摘要】摘要：

济祁高速淮河特大桥引桥规模较大，引桥造价占到整个大桥总造价的80%以上，本文主要通过材料使用性能、综合成本（即施工进度、工序成本等综合效率成本）、结构耐久性、环境保护、桥梁景观等因素，对钢板组合梁桥和预应力混凝土小箱梁桥进行了论证和分析。

【期刊名称】价值工程

【年（卷）,期】2019（038）016

【总页数】5

【关键词】装配化组合梁桥；普通混凝土箱梁桥；对比

0引言

济祁高速淮河特大桥引桥为全国首次大量采用工业化制件、装配化施工的高速公路桥梁。

基础及下部为现浇承台、C80PHC管桩、C70预制空心墩、现浇墩帽，上部为钢板梁与砼桥面板组合结构。

经过工程实践证明，装配化组合梁桥与传统的预应力混凝土小箱梁桥比具有优质、经济、环保、耐久等诸多方面有优势。

1工程概况

纵三淮南至合肥段在凤台县淝北村西跨越西淝河后，进入董峰湖行洪区，与合淮阜高速形成枢纽互通后，继续往南延伸，相继跨越淮河及寿西湖行洪区。

寿县淮河特大桥桥位距离焦岗湖入淮口2.5km，距离上游方家坎人渡2.64km，下游毛集港区码头2.5km，其间无其他码头、桥梁。

淮河主桥长440m，淮河特大桥全长11.84公里，斜拉桥选用（120+200+120）m预应力混凝土，分别采用80m和60m跨径为其两侧跨堤桥，堤内引桥采用40m跨径，其余堤外引桥采用30m跨径。

2纵三淮河桥引桥钢板梁设计方案介绍

2.1初步设计方案

在初步设计阶段，引桥全长11.53km，其中堤外引桥长10.96km，采用30m预应力混凝土小箱梁，下部结构为钻孔灌注桩基础；堤内引桥长560m，采用40m预应力混凝土T梁，钻孔灌注桩基础。

初步设计总概算为8.65亿元。

2.2施工图方案

引桥全长11.256公里，其中堤外引桥总长10.616公里，上部结构采用35m钢板组合梁桥，下部结构采用双柱墩和PHC管桩基础；堤内引桥总长0.64公里，上部结构采用40m钢板组合梁，下部结构为双主墩配钻孔灌注桩基础。

施工图总预算为8.18亿元。

2.3小箱梁桥特点及适应范围

2.3.1结构体系

小箱梁设计一般有两种结构体系，一是简支，另一种是先简支后连续结构。

与小箱梁桥相比，先简支后连续小箱梁更具优势，后者除了兼具前者的通用优点外，还具有抗震能力强、行车舒适、伸缩缝少、结构受力性能好等优点。

2.3.2结构优缺点

小箱梁属于装配式结构，常用跨径为20～35m，便于实现工厂化和机械化施工。

由于其仅设端横隔梁，具有梁高较矮、桥下视觉简洁的特点，十分适用于对景观存在一定要求且梁高受限的地方。

结构应用领域广，适应变宽能力强。

在相同跨径结构中，宽梁设计经济优势明显。

箱内设有负弯矩束锚头，结构暴露面少，结构具有良好耐久性。

活载横向分配均匀，主梁抗扭刚度大，不仅行车较舒适，且在车辆荷载作用下主梁几乎不会出现变形。

便于维护，具有良好施工稳定性。

然而需要注意的是，小箱梁相比其它梁桥也存在一定弊端，比如其施工工艺要求较高，若在具体施工中管理和实际控制存在不到位问题，极易造成各类施工事故，影响其最终的施工质量；相比空心板、T梁来说，同等跨径小箱梁吊装重量更大；箱内空间较小，不便于检验箱内质量，且砼一次浇注内模拆除较复杂。

3技术经济对比

施工图阶段引桥采用钢板梁桥方案，基于以下技术和经济比较。

3.1技术与效果对比（见表1、表2）

3.2材料价格变异的分析

分析当前我国经济发展趋势，再加上国家能源和环境政策的客观影响，相比于2013年初，不难发现当前市场上砂、石等材料大幅度增加了，甚至增加幅度超过了100%。

然而近年来钢材价格一直呈下降趋势，并且由于钢材的原材料多来自进口的铁矿石，且产能极为过剩，由此可知其价格在未来很长时间内必将趋于稳定，甚至出现一定程度的下降。

基于此，采用钢结构是合理且有利的。

由于混凝土材料价格的大幅上涨，如果施工图设计仍然采用原30m预应力混凝土小箱梁桥，则整个引桥造价大幅增加，考虑施工成本，增幅大约为10%，如表3所示。

3.3经济指标对比分析

采用30m预应力混凝土小箱梁和35m钢板梁的主要经济指标如表4、表5、表6、表7所示。

分析计算成果发现，与小箱梁结构相比，35米钢板梁结构低约8%，从施工成本的角度出发，35米钢板梁结构价格较低。

4与PC砼箱梁桥对比造价优势

①现将35m组合钢板梁与相邻的路基04标K91+670.5大桥9*30（钻孔灌注桩基础，现浇墩、台）PC砼小箱梁桥进行经济比较（见表8）。

②预制墩的工艺简述：

预制墩直径为1.2m，壁厚为25cm，采用C70混凝土。

墩柱钢筋采用两层钢筋笼，通过拉筋联成骨架。

承台上口设置安装岛，墩柱埋入岛内1m，在安装岛内设置墩柱中心定位墩（见图1）。

③墩柱接头由桥墩接头段、定位墩、安装岛浇筑三部分组成（见图2）。

1）接头段处理。

桥墩接头凿毛段在桥墩预制时已经处理，桥墩运至现场，将钢板抱在桥墩四周，起吊定位后焊接焊钉。

2）定位墩施工。

承台施工完成后，对顶面标高进行复测，根据高差计算找平层厚度，找平层采用C30细石混凝土，以保证预制墩安装后不被压坏。

先绑扎底部钢筋网片，浇筑混凝土，最后采用水平靠尺及时进行找平，确保水平。

定位墩高度50cm，直径67cm，采用C40纤维混凝土，内部为定位墩预埋钢筋及顶层D8钢筋网片。

完成承台施工后，放样墩柱中心点，同时凿毛处理接触面，之后绑扎顶层D8钢筋网片。

测量放样：

对墩柱的中心点采用全站仪进行精确放样，并做好标识工作，同时为了便于后期墩柱这装平面位置控制，应用墨斗弹出十字线并延长至承台边缘，做好标记。

钢筋绑扎：

钢筋根数及间距按图纸设计要求进行绑扎，监理工程师验收合格后才能继续下一环节操作。

模板安装：

由生产厂家定制模板，采用两个半圆8mm厚钢板，设置牛腿，接缝处采用螺栓连接。

浇筑混凝土：

砼采用C40纤维混凝土进行浇注，并振捣密实。

3）安装岛钢筋绑扎、模板支立。

在预制墩四周设置环形安装岛，内径1.2m，高1m。

浇筑承台时先预埋安装岛钢筋。

剪力钉焊接：

钢板外侧沿四周均匀布置10根Φ22×250mm剪力钉，共分设三层交错分开布置。

按照设计图纸绑扎安装岛钢筋，保证钢筋间距均匀合格，安装岛外模采用带坡脚钢模板，模板支立牢固。

④墩柱安装。

1）进场检验。

如表9所示，预制墩进场后，应检查各项参数，记录其是否符合标准。

若墩柱检查结果显示合格，可粘贴合格标志，然后依照规定统一放置在线路中心线处。

2）使用全站仪将墩身中心位置放样在定位墩上，根据中心线划出预制墩外部圈线，供吊装预制墩精确定位使用（见图3）。

3）预制墩最长11.5m，重22t，采用80t履带吊，最大起重量29.4t，工作幅度7m。

按照设计要求的起吊位置，采用帆布吊袋捆绑起吊，将预制墩空心部分套在定位墩上，再根据划出的外部圈线进行精确调整平面位置（见图4、图5、图6）。

4）安装完墩柱后，安排专业测量人员校核墩柱的平面位置、垂直度，具体过程如下：

平面位置控制：

在安装前，工作人员先放出墩柱中心线，并用墨斗弹线将该中心线延长至承台边缘，同时在四周定出边缘线作为墩柱边缘控制点，要求这个过程的测量误差控制在10mm内；

垂直度控制：

采用两台经纬仪双向控制垂直度，成90度角架设两台经纬仪，使其距离墩柱超过20m，把竖向十字丝对准墩柱下口边缘，沿垂直方向向上扫动经纬仪，之后合理调整墩身使其边线垂直，最后进行垂直度校核，选用的工具是2m垂直度测定仪。

应将误差控制在0.2%L范围内。

若存在垂直度局部偏差问题，应利用缆风绳及时调整，采用1-3mm铁皮板支垫底部。

缆风绳设置：

安装墩柱前，先在墩柱顶部预留钢筋上栓缆风绳，然后将缆风绳另一端打入坚硬土层中设置地锚。

地锚长度为3米，由4根Φ28mm直径螺纹钢焊接而成，将地锚插入到坚硬土层中，同时使其与地面成45度角。

每根墩柱设置三根缆风绳，每根角度在120度，并且与地面成45度角（见图7）。

5）待预制墩定位固定好后，焊接三层焊钉，每层10个，层间焊钉交错布置，焊钉焊接检查合格后，即浇筑安装岛混凝土。

在安装岛内洒入少量水，在安装岛外面采用土工布包裹进行养护。

待安装岛混凝土强度达到设计后方拆除预制墩支立点。

6）待预制墩施工完成后对预制墩轴线、高程、垂直度进行测量（预制墩拼装允许偏差见表10）。

5优势

根据我国经济发展现阶段能源及环境政策的相关性影响，市场上的砂、石类材料近年来增幅较大，并呈逐年上升趋势，而钢材质量提高较快的同时价格却有较大幅度的下降。

从发展趋势看，环境保护的要求越来越高，砂石材料的成本逐年增加，而钢材的原材料价格已经趋于稳定，且其加工规模化、集约化水平越来越“高精”，成本也越来越低。

因此从材料选用的角度，采用钢结构日趋合理。

钢板组合梁承载能力高、刚度大、延性好，可轻型大跨、预制装配、安全快捷、节能环保。

5.1经济

C80高标号PHC管桩基础和C70预制空心墩的采用，起因于桥面板和钢板梁结构自重轻的优势使下部结构的创新空间加大，桩、柱超越传统其自身重量又大幅度减轻，用量精省承载能力却大幅提高。

所有结构件的恒载大幅减小也降低了整体结构的吊装费用，总体计算桥梁基础、下部结构造价可降低20%以上。

其中还有钢结构及预制桩、墩的工厂化制作也减少了现场临时用地的费用，施工单位也同时受益。

5.2高效

PHC管桩施工过程中，每台桩机每天能完成沉桩300米。

若采用钻孔桩，每台旋挖钻机每天能完成100米钻孔施工。

相比之下，PHC管桩施工速度快、工效高。

预制墩柱与桩基可平行作业是新的优势，空芯墩柱制作全工厂化，一条流水线每天能生产80米，离心成型，蒸汽养护，养护周期短，质量均衡、进度均衡。

桥梁施工季节性强，冬期施工优势对比优势更明显；传统现浇墩柱施工3天浇筑、7天养护，一个周期至少需要10天时间，受环境制约质量和工期并不能完全保证。

5.3质量

专业化工厂流水线生产，工艺定型、管控稳定，质量保证率提高。

工厂化制成的大型安装单元，标准化程度高，减少工地现场连接数量环节，整体质量提高较多。

5.4耐久

钢板梁桥兼具混凝土抗压、钢结构抗拉的优良性能，应充分发挥两种材料的使用性能，使其价值最大化。

在设计、施工及维修等整个周期内加强监督和管理，提高混凝土的抗裂性能。

钢构件作为主受力构件，采用了重度防腐体系钢材、多涂层防护体系、硫化型橡胶密封防水材料等措施，运营期养护方便，可以有效提高桥梁的耐久性和使用寿命。

养护周期可控并相对延长。

混凝土材料因自身的局限性，有着碳化、开裂、盐害、碱骨料反应和冻融等不可回避的劣化问题，加上混凝土施工工艺的离散性，养护困难，目前国内的很多混凝土桥梁因为这些病害已提前进入了维修加固期。

5.5环保

减少沙石材料的用量，即多用精细料少用粗矿料，就是节能环保。

桩、墩、钢结构等工厂化制作大大减少现场临时用地，也降低了环境扰动破坏及粉尘噪音等影响。

6结论

淮河引桥规模较大，引桥造价占到整个大桥总造价的80%以上，通过材料使用性能、综合成本（即施工进度、工序成本等综合效率成本）、结构耐久性、环境保护、桥梁景观等因素，对钢板组合梁桥和预应力混凝土小箱梁桥进行了论证和分析，装配式桥梁与传统桥梁相比，有以下优势：

6.1投资成本节省

钢板组合梁与传统30m预制小箱梁相比，桥梁自重大幅度减轻，其中管桩成本最低，可节约造价30%，预制墩可节约造价约8%，经测算，钢板组合梁工程每公里造价6529万元，相邻标段30米普通混凝土小箱梁每公里造价8485万元，总体建设成本减少。

各部构件在开工后可以齐头并进，根据总体进度更好地协调对应的进场时间，简化工序，大大提高效率，节约工期约20%，造价节约23%。

并仍有潜力可挖。

6.2质量管控可靠

管桩、预制墩、钢板组合梁、桥面板全部采用工厂化生产，以机械作业为主，人工操作为辅，从程序上、技术上保障了预制构件的整体质量。

6.3标准化程度提升

预制构件机械化程度高，采用工厂化生产，现场装配化安装，预制精度和安装质量均得以保证。

6.4安全环保显著

管桩施工无泥浆排放，安全隐患少，改变了灌注桩的脏乱差，现场装配化安装，安全系数提高；工厂化生产，工序更稳定可控。

6.5耐久易养护

从设计就统筹桥梁全寿命，尤其是钢板梁和桥面板，在后期养护上，可看见、可维护、易更换，全寿命周期养护成本低，保证了桥梁全寿命周期使用性能。

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