破解寸土寸金间的建桥困局——高度城镇化地区桥梁结构装配化建造技术探索

图1 项目地理位置

伴随我国经济的高速发展，高度城市化地区的桥梁建设需求大幅增加。

深圳机场至荷坳段国家高速公路（机荷高速公路）属于G15沈海高速公路深圳段，位于深圳市中心区域，是粤港澳大湾区东西向的交通中轴线。起点位于深圳市龙岗区的荷坳立交，顺接惠盐高速；终点位于深圳市宝安区的鹤州立交，连接广深高速与深中通道顺接，路线长41.372km。沿途共经过深圳市龙岗区、龙华区、宝安区3个区。本文仅以深圳机荷高速立体改扩建项目为例，浅谈对高度城镇化地区桥梁结构装配化建造技术的探索。

高度城市化地区

桥梁建造特点和难点

深圳的机荷高速公路改扩建项目为国家高速公路G15沈海高速深圳段，项目横穿深圳市第二圈层和第三圈层间的核心区域。该项目为高度城镇化地区的桥梁建造，具有两侧高度城镇化、高填深挖多、两侧高压电力、市政道路多、立交间距密等特点和难点。

保通要求高

机荷高速立体改扩建项目采用地面层6改8，立体层新建8车道的方式进行立体扩容改扩建，施工过程中要保证既有的6车道通行能力，这对立体层桥梁的建设提出了很高的要求。

景观要求高

深圳作为国际化大都市，机荷高速穿城而过，对桥梁的景观也提出了更高的要求。

沿线预制场地受限

深圳寸土寸金，机荷项目沿线分布零散的用地，面积都比较小，难以承担大规模的预制需求。既有的预制场以及可以新建的预制场都分布较远，运距都在50km以上。

路网密度大

干扰因素多

机荷高速沿线与龙岗大道、武深高速、清平高速、梅观高速、龙大高速、龙澜大道、南光高速7条主要道路交叉；与厦深铁路、平盐铁路、平湖南铁路编组站、赣深铁路、广深港铁路、深茂铁路6条铁路交叉；相关主要的河流水库众多，如观澜河、甘坑水库、雁田水库、龙口水库、铁岗-石岩水库等；还有三个主要的保护区：雁田-龙口一级水源保护区、铁岗-石岩一级水源保护区、铁岗湿地自然保护区。

生态、环保要求高

传统现场浇筑的施工方式噪声大、污染大,尤其穿越高度城市化地区时，难以满足环保的要求。加上项目沿线的水源保护区、自然保护区众多,对生态保护的要求也很高。

桥梁装配化建造技术探索

桥梁装配化建造是指在桥梁新建或改扩建项目中以安全和符合成本效益为原则，并在保证桥梁结构整体质量的前提下，对规划、设计、施工方法等方面进行全盘考虑，通过构件的预制装配化，采用专门的运输设备将构件运至现场进行安装，以加快桥梁现场建设速度的桥梁方案。桥梁装配化建造具有如下意义：桥梁构件的质量和生产、施工效率均得以显著提升，工期、成本可控；现场作业量和人力大幅减少，节约人工，现场施工组织简化且施工安全性提升；建造速度快，对既有交通和周围环境影响小，工地噪音、粉尘、废弃物污染等问题明显减少；减少浪费，节能、环保，符合国家“绿色建筑”的理念。

桥梁装配化建造可以实现设计标准化、生产工业化、安装机械化、管理信息化。四化建造利于保通和环保；减少现场作业和高空作业、贯彻本质安全；桥梁景观与建筑结构设计充分融合；全寿命周期成本更合理。

基于机荷高速改扩建项目“城镇化、长距离、全立体、大交通、双连接”的特征，项目的桥梁设计时，我们做了大量的调研、研讨和论证，总结和应用了一些适合本项目桥梁装配化建造的方案和技术，供行业内外的专家、学者共同探讨。

节段预制拼装箱梁

立体层主体桥梁推荐采用节段预制拼装箱梁。节段预制拼装箱梁上部断面可采用大悬臂箱梁，外形美观。箱梁节段可以工厂标准化施工，现场施工工作量小，施工质量好，效率高。箱梁节段尺寸小、质量轻，适合远距离运输。节段预制箱梁对曲线桥梁和变宽段桥梁适应能力强，可采用少支座或无支座体系，后期养护工作量少。

节段预制拼装箱梁可采用平衡悬臂拼装法和整孔拼装法施工。平衡悬臂拼装法是指拼装施工时用吊机将预制梁段在桥墩两侧对称起吊，安装就位后，张拉预应力筋，继续下一梁段施工，使悬臂不断接长至最大悬臂状态，直至合龙。整个过程的结构体系为先是悬臂结构，合龙后形成连续体系。整孔拼装法是指采用能够承受全跨重量的架桥机或承重梁，将全跨的预制节段放置就位后用体内或体外预应力进行串联拼装形成简支结构，最后张拉墩顶负弯矩束形成连续体系。

图2 节段预制拼装箱梁

主体桥梁跨径的选择综合考虑了被交道路的跨越需求、施工便捷性、工程造价及景观协调性。

从跨越需求来看，以左线立体层为例，桥梁需跨越被交路、地铁、铁路、燃气管道、河道、匝道等障碍130处，跨径取40m、50m和60m时可分别跨越83处（63.8%）、105处（80.8%）和116处（89.2%）。采用40～50m跨径可以一跨跨越左线80.8%的障碍，同时有利于给被交道路改造预留空间，避免被交路改造时受制于桥梁跨径。虽然60m跨径的跨越能力更强，但其与更大的梁重和吊装难度相伴，需更大预制场和运输条件，并不适用于本项目。

从施工便捷性来看，主体桥梁优选节段预制拼装箱梁结构，40～50m跨径属于节段预制箱梁的常规跨径范围，施工无重大技术困难。

从工程造价来看，40～50m跨径的节段拼装箱梁属于经济跨径范围，相比40m以下跨径的造价增加幅度较小。

从景观协调性来看，40～50m跨径在梁高和桥梁的通透性两者之间较好的取得了平衡，景观效果较好。

综合上述因素推荐跨径采用40～50m。本项目立体层主体桥梁主要采用了节段预制拼装箱梁,主体桥梁总长度约42km。

图3 节段预制拼装箱梁

节段预制拼装箱梁采用体内预应力+体外预应力的混合配束方案，施工中应该注意避免锚具夹片滑脱现象，可通过选用性能稳定的锚具系统、钢绞线与锚具配套性管理、张拉施工全过程质量控制等针对性措施来避免这一问题。

钢槽组合梁

钢混叠合梁结构充分利用了钢材和混凝土各自的材料性能，最大的技术特点是两种材料叠合后的性能超过了两种材料各自的力学性能。叠合结构与混凝土结构相比，可以有效减少构件截面尺寸，减轻结构自重，减少地震作用，降低基础造价，方便施工安装，缩短建设周期，增加构件和结构的延性；与钢结构相比，可以减小用钢量，增加刚度，提高行车舒适性，改善结构动力性能，提高结构的耐久性。

结合受力性能、景观要求等，本项目推荐采用钢槽组合梁。钢槽组合梁由槽型钢梁与混凝土桥面板组合成整体，其受力原理与钢板组合梁相同，槽型梁与桥面板组合后形成闭口截面，抗扭刚度大，整体稳定性好。

钢槽组合梁的钢结构及桥面板均可在工厂或大型梁场集中加工、预制，标准化程度高，施工质量好。现场组拼、架设，施工进度快，可实现快速拼装；钢梁节段现场通过锚栓连接，速度快，质量有保障；槽型钢梁施工稳定性好，需要的现场临时措施少；现场浇筑剪力钉槽和纵横向桥面板连接混凝土，不需要设置调平层，现浇混凝土量少；多主梁结构，受力明确，且槽型钢梁抗扭性能好，强度高，质量病害少，结构安全度高。对曲线桥梁和变宽段桥梁适应能力较强。

在跨越一些较大的构造物或复杂节点时，采用钢槽组合梁，跨径采用40～70m。

图4 钢槽组合梁

钢箱梁

钢箱梁外形美观，对曲线桥梁和变宽段桥梁适应能力较强。钢构件在在工厂集中制作，现场组拼，施工进度快，可实现快速拼装；箱形整体截面，抗扭强度，整体稳定性好；钢梁强度高，质量病害少，结构安全度高。钢箱梁造价较高，现场焊接工作量大；加劲肋多、构件多、构件复杂，加工精度要求较高；需要现场浇筑铺装连接混凝土。

钢箱梁根据运输条件分解成小尺寸钢构件，在工厂加工成型，运输到现场，设置临时支架进行钢箱梁组拼，钢箱梁宜在现场焊接成桥。钢构件尺寸小、质量轻，运输方便，可采用汽车吊装。由于整体式钢箱梁横向较宽，分段制作，现场安装连接。

路线在跨越大的被交道路，如博深高速，采用主跨170m的变截面钢箱梁方案；跨越曲线半径较小或被交路保通要求较高时，也采用钢箱梁方案。

图5 变截面钢箱梁

图6 钢箱梁断面

桥梁结构下部装配化

本项目主体桥梁上部结构采用50m跨径节段梁方案，下部采用双柱墩。部分有条件的地区桥墩采用竖向分节段预制，运输到现场拼装连接。连接方式采用锥套+现浇湿接缝的形式。

实际上桥墩下部结构连接方式国内大范围采用的是灌浆套筒连接，具有施工方便快捷、连接性能可靠、适应性强、耐久性好及环保与安全方面的优势，机荷项目最初选用的就是灌浆套筒连接，但机荷项目出于减少占地的原因采用了小尺寸的墩身截面，配筋率高，采用灌浆套筒时主筋布置困难，故选用了锥套+现浇湿接缝的形式。

图7 下部结构装配化连接方式

桥梁结构体系

按照“少支座、少伸缩缝”，降低全生命周期的成本出发，确定结构体系的设计原则如下：

(1）结构体系的选取应做到养护方便，降低总造价。

(2）结构体系选取应方便施工。

(3）减少伸缩缝的设置，提高行车舒适度。

(4）减少支座的设置，减轻桥梁后期运营成本。

按照此四项设计原则，在受力合理和施工方便的前提下，优先考虑选用刚构体系作为基本设计体系，上、下部结构协同受力，结构受力更合理，节约材料用量，充分发挥材料性能，降低造价；同时，采用刚构体系，可以减少支座的设置，桥梁后期的维护费用的费用可以减少。

桥梁施工机械设备

本项目为节段梁及预制桥墩架设专门研发了一体化架桥机，可以在安装预制墩、墩顶预制横梁以及悬拼节段做到工效匹配，大大提高了施工效率；还可以结合假悬臂工艺，将过渡墩转化为类似中墩形式进行悬臂拼装能够有效提高架桥机的使用效率，避免了边跨半空悬挂造成架桥机工效浪费的情况。

图8 一体化架桥机

特殊结构建造技术探讨

小角度斜交跨越地面层

桥梁设计

由于受到用地制约，立体层主线跨越地面层时只能以小角度跨越，与传统的拱塔谢拉结构相比，排架拱将传统的单个主拱圈离散化为7～8个小拱，通过吊索与钢梁相连，形成与悬索结构类似的索承体系。与其他的斜跨方案相比，排架拱桥对地面层影响小，虽然造价相对较高，但具有造型独特美观，结构体系新颖，受力合理可靠、有利于保通的优点。

图9 排架拱

图10 排架拱

高边坡桥梁井式基础及

竹削型支护

井式基础在近年来在日本、台湾等地应用较多的桥梁基础技术，经常配合竹削型挡土结构一起使用，可以克服传统方法对边坡影响大的缺点，非常适用位于丘陵地形、陡峭边坡或用地受限的桥梁基础。

井式基础及竹削型支护与传统开挖边坡、常规基础相比，具有以下优点：

(1）适用于陡坡地形、基础面积小。

(2）可采用小型机具施工。

(3）开挖量小，缩短工期。

(4）边坡防护少，对环境影响小。

井式基础一般采用大直径的圆形截面，一般当直径小于8m时采用实心截面；当截面直径在8~12m时采用中空截面，中空处填充低强度的素混凝土。

图11 井式基础及竹削型支护

高度城镇化地区桥梁建造存在较多的难点与特点，如保通要求高；路网密度大，干扰因素多；生态、环保要求高；沿线预制场地受限；景观要求高等。在深圳市机荷高速公路立体改扩建项目中，设计方秉承桥梁工业化建造、快速化施工（ABC）理念，采用了节段梁、钢槽组合梁、钢箱梁、下部装配化、全刚构体系、一体化架桥机、排拱桥、井式基础等方案和技术，有效解决了高度城镇化地区桥梁建造的难点和痛点，可供同类型的工程项目借鉴和参考。

机荷项目地处粤港澳大湾区,是国家战略和交通强国的体现,项目的桥梁设计站在自主创新,适度超前,突出世界级湾区、深圳特区创新引领型的高度,力争将本项目打造成“交通立体化、运营智能化、建造智慧化、建筑艺术化、环境友好化、质量品质化”的深圳践行新时代交通强国先锋城市示范工程。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2025年 第3期 总第125期

作者 / 郭俊达 李军

作者单位 / 中交第一公路勘察设计研究院有限公司

编辑 / 李诗韵

审稿专家 / 周良

美编 / 赵雯

审校 / 李天颖 王硕 廖玲

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