装配式预制板桥与现浇板桥方案比选研究

邢婷婷

(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030032)

目前,大部分的公路桥梁均采用标准跨径的常规桥型,如跨径13 m以下,常采用的桥型为实心板桥,随着公路标准化的实施推进,越来越多的结构部件采用预制形式,预制梁板、预制墩柱、预制管桩被广泛的运用在桥梁设计方案中,而桥型方案的选择对工程造价影响较大,针对张涧中桥装配式预制板桥和普通现浇实心板桥两个比选方案,从技术和经济方面综合分析比较,为桥梁方案的选择提供借鉴和参考。

1 工程背景

国道108公路采用一级公路技术标准,设计速度80 km/h,路基宽度24.5 m。跨越张涧河采用桥梁方案,桥梁全长70 m,全宽24.5 m,净宽2～11 m。桥梁设计荷载等级采用公路-I级,洪水频率采用1/100。项目区宏观地貌为冲洪积平原区,地形开阔、平坦,海拔744～746 m。微地貌为Ⅰ、Ⅱ级阶地。基岩埋深一般为200～400 m,沿两侧断裂局部下陷深达600～800 m,陷隆宽度5～15 km。项目地层岩性主要为第四系全新统冲积(Q4al)粉土、砂土、粉质黏土,平均厚度10～25 m;第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl)粉砂土、粉土、粉质黏土,平均厚度30～50 m。项目区基本地震动加速度为0.20 g,地震动加速度反应谱特征周期0.40 s,地震基本烈度8度。跨越河流为季节性河流,无固定河道。

2 桥型方案

结合项目实际情况,研究选取了装配式预制板桥和普通现浇实心板桥两种桥型方案,并对其进行了同深度比选。桥梁平面位于R=5 000 m的右偏圆曲线上,桥面横坡为双向2%,纵断面纵坡-0.33%,墩台径向布置。桥面铺装采用5 cm AC-16中粒式改性沥青混凝土+7 cm AC-20中粒式沥青混凝土(掺抗车辙剂)+8 cm C50现浇防水混凝土。

2.1 桥型方案A:5-13 m装配式预制板桥

桥梁上部结构采用预制预应力混凝土(后张)桥面板,梁高75 cm,下部结构采用先张法预应力混凝土高强管桩,管桩采用PRC-I800AB130型管桩+PHC600AB130型管桩的配桩形式,上部桥墩采用PRC桩,直径800 mm,壁厚130 mm,下部基础采用PHC桩,直径800 mm,壁厚130 mm。在0#台和5#台处设置D-40伸缩缝。桥型布置图如图1所示。

图1 装配式预制板桥型布置图及横断面图(单位:cm)

2.2 桥型方案B:5-13 m普通现浇实心板桥

桥梁上部结构采用现浇实心板,梁高70 cm,下部结构采用柱式墩、柱式台、墩台采用钻孔灌注桩基础,桥墩直径120 cm,桩基直径150 cm。在0#台和5#台处设置D-40伸缩缝。桥型布置图如图2所示。

图2 现浇实心板桥型布置图及横断面图(单位:cm)

3 技术对比

根据设计图纸计列两种桥型的工程量,其中两方案桥面铺装、伸缩缝、护栏、搭板、锥坡、桥下开挖河槽工程量基本相同、不列入比较内容,故主要工程数量表如表1所示。

表1 装配式预制板桥与普通现浇实心板桥工程量

方案A装配式预制板桥上部结构采用5片预应力混凝土T梁,每片T梁之间采用湿接缝连接,梁高75 cm,采用预制拼装方法施工,施工速度快,且质量容易得到保证,桥墩设置密集,美观性差,结构整体性较现浇板差。方案B普通现浇实心板桥采用整体现浇钢筋混凝土板,梁高70 cm,采用满堂支架现浇施工,在施工过程中还需对支架基础进行处理,必要时对桥下地面用低标号混凝土进行硬化处理,加强地基排水,防止地基积水软化造成支架下沉。在浇筑混凝土之前还需对支架进行预压以消除支架的非弹性变形,施工质量不易控制。

方案A装配式预制板桥下部结构采用先张法预应力混凝土高强管桩,管桩采用PRC-I800AB130型管桩+PHC600AB130型管桩的配桩形式,该桥墩采用离心工艺制成空心墩柱,混凝土强度高,桥墩自重小,现场直接吊装,不需要大规模的脚手架支模浇筑工序,施工速度快,施工现场文明整洁,采用离心工艺制成,桥墩表面光滑美观,位移延性系数较大,塑性变形能力好,具有较高的耗能能力。桩基采用静压法沉桩,承载能力大,工厂预制,质量可靠,耐久性强,经济性好,空心结构,用料更省,打入桩施工方便、快捷,成桩费用低,绿色环保,钢材和混凝土消耗少,施工中不产生泥浆、弃渣等,有利于环保。但对施工精度要求较高,构件间的连接件较复杂,对施工单位的技术水平要求较高。

方案B普通现浇实心板桥采用常规柱式墩配钻孔灌注桩的形式,整体现浇钢筋混凝土实心板是一种常用的、成熟的桥梁上部结构形式,建筑高度低,截面形状简单,结构刚度大,整体性好,抗震抗冲击性好,防水性好,对不规则平面的适应性强。设计方案和施工工艺均比较成熟。缺点是结构自重较大,对墩顶标高控制力较方案A差,桩基施工时会产生大量泥浆,弃渣等,污染环境。

4 经济对比

运用同望工程造价管理软件V10.50编制造价文件,套用2018版预算定额,考虑两方案采用相同的工料机单价,拌和、运输均采用相同的机械和运距,分别计算两种桥型方案的建筑安装工程费。根据方案内容和主要工程量,计算得出两桥型方案的造价,计算结果如表2所示。

表2 装配式预制板桥与普通现浇实心板桥建筑安装工程费

对表2进行分析,两方案桥面铺装、伸缩缝、护栏、搭板、锥坡、桥下开挖河槽工程量基本相同、造价相同,不列入比较内容,选取上部结构、下部结构、基础工程、支座为对比指标,结果见表3。

表3 装配式预制板桥与普通现浇板桥分部工程综合单价

(1)采用装配式预制板桥比普通现浇实心板桥总造价节约约19.6%,每平米造价节约约1 000元/m2。造价差异主要体现在上部结构、桥墩、基础三部分。

(2)两桥型方案上部结构造价相差约19%,主要是由于方案A装配式预制板桥混凝土用量较少,方案B采用普通采用整体现浇钢筋混凝土板,自重较大,与方案A相比,混凝土量增加40%以上,但由于方案A增加预应力钢束,导致单价偏高。

(3)两桥型方案桥台造价相差不大,因为预制T梁板盖梁长度比现浇实心板盖梁长度偏小,故方案A桥台造价偏低,单价相近。

(4)两桥型桥墩方案造价相差约32.4%,由桥型图可看出方案A的桥墩个数为方案B的2倍,混凝土用量相差不大,但由于只是单个桥梁方案进行对比,考虑桥墩预制厂和模板的摊销等,导致方案A桥墩单价偏高。

(5)两桥型方案基础工程造价相差约47%,但方案A混凝土用量仅为方案B的1/4,但由于只是单个桥梁方案进行对比,要考虑桩基预制厂和模板的摊销等,导致方案A基础单价偏高。

(6)附属工程造价差异主要由于支座个数变化引起的,占总造价比例较小,其影响可忽略不计。

5 结 论

(1)对于常规桥型,桥梁规模越大,工期较短,造价有限的情况下,采用装配式方案更加经济合理。

(2)整体现浇板设计方案和施工工艺均比较成熟,应用范围较广,对于有特殊要求的桥型,如对抗震抗冲击性要求高,或采用不规则截面等,采用现浇方式适应性更强,更有优势。

(3)全装配式预制板工艺还需在更多的项目中得到验证,后期养护相对困难,可根据项目实际情况选择合适的桥型结构。