山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)探討

徐詠梅

（河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，河南 鄭州市 4500522）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，公路交通起到了重要作用，山區(qū)高速公路地形起伏大，受復(fù)雜地形條件限制，需修建大量構(gòu)造物，橋隧比例高達(dá)70%～80%，甚至更高。橋梁方案的合理選擇關(guān)系到一條山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)成功與否。

1 山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)原則

安全可靠：山區(qū)橋梁與平原區(qū)設(shè)計(jì)基本相同，但由于山區(qū)條件的特殊、變化大，相應(yīng)要考慮強(qiáng)風(fēng)荷載、雪荷載、凍脹力、水力對(duì)橋梁產(chǎn)生的不利的影響；對(duì)于受地形條件限制布設(shè)的高墩大跨結(jié)構(gòu)，在保證上部結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)注意各墩剛度不宜相差過大，保證橋梁結(jié)構(gòu)施工階段、成橋運(yùn)營階段的穩(wěn)定性。

使用舒適：山區(qū)橋梁在滿足承載力的同時(shí)，還應(yīng)盡量減少伸縮縫，加長連續(xù)段長度，同時(shí)還要充分考慮構(gòu)件具有充足的剛度，以滿足乘車舒適性的要求。

經(jīng)濟(jì)性好、施工養(yǎng)護(hù)容易：山嶺地區(qū)地形起伏大，路線布設(shè)困難，橋梁結(jié)構(gòu)物多，導(dǎo)致造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平原區(qū)高速公路，所以橋梁的設(shè)計(jì)要考慮其技術(shù)的可行性以及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是否達(dá)到最佳范圍。山嶺地區(qū)地形起伏復(fù)雜，施工場地布設(shè)十分困難，在有預(yù)制條件時(shí)，中小跨徑橋梁盡量采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，大跨徑橋梁由于施工場地受限，盡量采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，在材料的選擇上應(yīng)縮短運(yùn)距，就地取材。處在不良自然條件的橋梁必須具有良好的耐候性，而且便于養(yǎng)護(hù)管理。

造型優(yōu)美與自然相協(xié)調(diào)：橋梁修建應(yīng)避免對(duì)自然環(huán)境的破壞，盡量減少對(duì)自然界平衡的破壞，確保植被的恢復(fù)，在施工期間還應(yīng)注意減少對(duì)河流的污染，使其降低到最小程度。

2 高架橋與高路堤的比較

山區(qū)由于地形起伏大，縱橫坡陡，橋梁多受地形控制而不受水文控制設(shè)置為高架橋，山區(qū)高速公路通過“V”形谷地或“U”形山間平原時(shí)形成高路堤。高架橋最大優(yōu)勢在于能與山區(qū)特有的地形、地貌特征相融合，減少對(duì)自然環(huán)境的干擾與破壞，防洪抗災(zāi)能力也優(yōu)于高路堤方案，但山區(qū)橋梁施工場地比較狹窄，材料和構(gòu)件的運(yùn)輸較為困難；高路堤設(shè)計(jì)方案的最大優(yōu)點(diǎn)在于能充分利用前后路段的挖余廢方，減少棄方困難，但路堤方案占用土地多，在環(huán)境保護(hù)、自然景觀等問題上也造成很大的破壞，此外高路堤的穩(wěn)定性受基底地質(zhì)條件、路堤填料性質(zhì)影響較大，工程可靠度低。路基規(guī)范規(guī)定，“路基中心填方高度超過20m 時(shí)，宜結(jié)合路線方案與橋梁作方案比選?！保呒軜蚺c高路堤方案的論證比選涉及面廣，比選因素多，要從路線總體布局的角度審視方案是否合理，環(huán)境保護(hù)、自然景觀、工程可靠度、工程造價(jià)等因素進(jìn)行論證。

3 半邊橋與擋墻的比較

山區(qū)高速公路路線不可避免的沿半坡布設(shè)，當(dāng)?shù)匦螜M向陡峭時(shí)，處在半填半挖的路段非常多。對(duì)于中心填挖不高，但路基邊緣填方很大，填方坡腳無法收斂的情況下，主要通過設(shè)置擋墻收縮坡腳和半邊橋方案來處理。采用擋墻方案征地較多，運(yùn)營階段影響路基穩(wěn)定性的因素較多，半邊橋方案可以節(jié)約用地，降低工程風(fēng)險(xiǎn)，但造價(jià)較高。當(dāng)最大填土高度15m 附近時(shí)，應(yīng)結(jié)合地形、地物、地貌、工程地質(zhì)等因素進(jìn)行論證后確定。

4 橋梁結(jié)構(gòu)體系

山嶺地區(qū)山高谷深，地形復(fù)雜，坡陡流急，路線布設(shè)要么順山沿水，要么橫越山嶺，山區(qū)橋梁不可避免的出現(xiàn)平面曲線半徑小，縱、橫坡大，橋長較長。為保證橋梁在運(yùn)營使用階段的安全、舒適、耐久性，橋梁多設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力連續(xù)結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力砼曲線連續(xù)梁橋的特點(diǎn)是彎扭耦合作用，在彎扭耦合作用下，曲線梁橋會(huì)沿著某一不動(dòng)點(diǎn)變形；而對(duì)于大長縱坡橋梁，在汽車制動(dòng)力頻繁、反復(fù)作用下，上部結(jié)構(gòu)具有沿著下坡方向滑移的趨勢，而且梁體的下滑很難恢復(fù)。當(dāng)橋梁上下構(gòu)間采用支座連接時(shí)，梁體的錯(cuò)動(dòng)將導(dǎo)致支座受力不平衡，甚至脫空、破壞，而采用墩梁固結(jié)的連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)混合體系可避免這種情況引起的梁體開裂現(xiàn)象。當(dāng)縱坡較大、墩高較高時(shí)，為防止梁體的縱向滑移，增強(qiáng)橋梁的整體剛度，聯(lián)內(nèi)取較高的中墩作墩梁固結(jié)。對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋，一聯(lián)中主墩剛度相差較大，可通過邊跨合攏前后加卸載、中跨合攏前頂推主梁的方法來調(diào)整墩身的受力。

5 橋梁上部結(jié)構(gòu)

山區(qū)高速公路,橋梁所占比重大，種類繁多，幾乎囊括了所有的橋型，從縮短設(shè)計(jì)周期、加快施工進(jìn)度、節(jié)約工程造價(jià)來講，多數(shù)宜采用預(yù)制結(jié)構(gòu)。高墩大跨橋梁因地形、地質(zhì)、地貌等不同，因此采用的方案也不盡相同，本文不在闡述，重點(diǎn)介紹預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)。

5.1 跨徑選擇

山區(qū)高速公路橋梁多采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑20、30、40m，從橋梁上、下部協(xié)調(diào)一致美觀角度來講，20m 跨徑一般適用墩高25m 以下的橋梁，30m 跨徑一般適用墩高40m 以下的橋梁，40m 跨徑一般適用墩高40m 以上的橋梁，這樣可以減少跨徑的種類，以使設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)化。同一標(biāo)段的結(jié)構(gòu)物應(yīng)盡量采用相同跨徑，保證施工方便，節(jié)約造價(jià)。

部頒標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制結(jié)構(gòu)斷面有T 梁、裝配箱梁以及空心板。相同跨徑，采用哪種橫斷面形式更合理，本文以路基寬24.5m 的橋梁進(jìn)行比較。跨徑20m 時(shí)，裝配箱梁造價(jià)比空心板高10%左右，T 梁造價(jià)比空心板高20%左右。

本文還對(duì)跨徑20m、30m、40m 的裝配箱梁與T 梁進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明：同跨徑T 梁的經(jīng)濟(jì)性均比箱梁略差，但兩者造價(jià)相差不大，跨徑20、30、40m 的T 梁比裝配箱梁造價(jià)高10%～14% 。

裝配箱梁的安裝重量較大，運(yùn)輸、施工場地布設(shè)極其困難，后期維修養(yǎng)護(hù)困難，T 梁安裝重量較輕，施工簡單、便捷安全，對(duì)施工場地要求較低，曲線上橫橋向可通過調(diào)整邊梁外翼緣板長來適用曲線變化，先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的設(shè)置及施工較裝配箱梁簡單，可以更好的適應(yīng)山區(qū)高速公路彎道多、半徑小、橋墩高的特點(diǎn)。

對(duì)于凈空受限制的通道、天橋等中小跨徑橋梁可優(yōu)先選用空心板，裝配箱梁吊裝重量大，經(jīng)濟(jì)性介于空心板和 T梁之間。

總之，高速公路橋梁跨徑和斷面的選擇，應(yīng)考慮路線平曲線對(duì)橋梁設(shè)計(jì)及施工的影響，同時(shí)考慮施工預(yù)制場地、模板、施工工藝和造價(jià)經(jīng)濟(jì)。

6 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6.1 橋墩

山區(qū)橋梁因地形條件的限制往往采用高橋墩，橋墩形式的選擇多從橋梁的整體剛度和構(gòu)件穩(wěn)定性來考慮。橋墩的種類主要有柱式墩、薄壁墩及空心墩。

高度較矮的橋墩（h<40m）多采用施工方便、結(jié)構(gòu)輕巧的圓柱橋墩，墩柱直徑可以隨墩高階梯變化，既適應(yīng)高墩受力特點(diǎn)，又節(jié)約工程造價(jià)。

對(duì)于矮橋墩，設(shè)計(jì)由強(qiáng)度控制，但當(dāng)墩高較高時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其穩(wěn)定性以及墩頂因活載或溫度荷載產(chǎn)生過大水平位移對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，L0/h>30時(shí)，構(gòu)件已由材料破壞變?yōu)槭Х€(wěn)坡。當(dāng)墩高大于40m 時(shí)，應(yīng)考慮采用薄壁墩，對(duì)于空心薄壁墩應(yīng)注意預(yù)留通氣孔，已調(diào)節(jié)內(nèi)外溫差，改善受力性能。

6.2 橋臺(tái)

山區(qū)橋梁橋臺(tái)的設(shè)計(jì)往往受山區(qū)地形的限制，橋臺(tái)型式的選擇直接影響到兩側(cè)山體開挖和臺(tái)前填土是否可以實(shí)施。橋臺(tái)常用的型式有重力式U 型臺(tái)、肋式臺(tái)、樁柱式臺(tái)。

位于傾角較大的山體斜坡上的橋臺(tái)不宜采用臺(tái)前設(shè)有填土錐坡的橋臺(tái)類型，如肋板臺(tái)，避免臺(tái)前錐坡的不穩(wěn)定性，只有在地形較為平緩的地段可以采用填土錐坡橋臺(tái)，如樁柱式橋臺(tái)；對(duì)邊坡穩(wěn)定性有十分的把握可采用U 型臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)外，一般應(yīng)采用樁式橋臺(tái)或組合式橋臺(tái)較安全。根據(jù)《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》規(guī)定，U臺(tái)的高度宜控制在10m 以內(nèi)，由于縱橫坡較陡，根據(jù)地形、地質(zhì)、地貌做成臺(tái)階狀，節(jié)省臺(tái)身材料數(shù)量。當(dāng)山體較為平緩，填土高度小于5m 時(shí)，可以采用樁主式橋臺(tái)。

6.3 基礎(chǔ)

山區(qū)高速公路橋梁由于地形條件復(fù)雜，兩側(cè)的地質(zhì)巖性差異較大，往往將一側(cè)設(shè)置成擴(kuò)大基礎(chǔ)而另一側(cè)則采用樁基礎(chǔ)，擴(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)是山區(qū)橋梁最常用的基礎(chǔ)類型。由于山區(qū)一般地質(zhì)情況較好，樁基礎(chǔ)多為嵌巖樁，地質(zhì)情況較差地段采用摩擦樁。根據(jù)橋梁縱、橫斷面地形變化以及巖性差異情況，基礎(chǔ)可采用臺(tái)階式。

7 結(jié)束語

高速公路橋梁由于地形條件復(fù)雜，巖性差異大，設(shè)計(jì)人員需要先收集完整的資料，并根據(jù)具體地段的實(shí)際情況，進(jìn)行充分的對(duì)比分析和論證，選取最佳的山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)方案確保高速公路橋梁的安全、舒適、經(jīng)濟(jì)性。

[1]公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD60-2004）

[2]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（JTGD62-2004）

[3]山區(qū)高速公路勘察設(shè)計(jì)指南（2003 版）.人民交通出版社