我國(guó)山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)

崔利超

摘要：山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)有很多區(qū)別于平原橋梁的地方，也更有很多方面需要探討。我國(guó)在山區(qū)修建的高速公路越來(lái)越多，山區(qū)高速公路地形地質(zhì)復(fù)雜，構(gòu)造物多，橋梁隧道總長(zhǎng)占路線長(zhǎng)度的比例大.所以要設(shè)計(jì)成功一條山區(qū)高速公路，設(shè)計(jì)好其中的橋梁部分就顯得十分重要。本文只是拋磚引玉，結(jié)合設(shè)計(jì)中遇到的實(shí)際問(wèn)題，提出一些解決方法，不正確之處，敬請(qǐng)同行批評(píng)指正。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速;橋梁設(shè)計(jì)

一、山區(qū)高速公路的主要特點(diǎn)

山區(qū)高速公路的主要特點(diǎn)是地形地質(zhì)復(fù)雜。地形復(fù)雜，表現(xiàn)為地面高差大，變化頻繁，橫坡陡;地質(zhì)復(fù)雜表現(xiàn)為巖溶、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌、陡崖、煤氣地層等不良地質(zhì)。受此影響，路線布設(shè)時(shí)平縱橫三個(gè)方面都受到約束，一般就是平曲線多，平面半徑小，縱坡大，橋梁比例高，橫坡陡，半邊橋和高擋墻多。山區(qū)高速公路橋梁也相應(yīng)具有上述特點(diǎn)，彎坡橋多，高墩大跨多，墩臺(tái)形式多，設(shè)計(jì)中必須協(xié)調(diào)解決好橋梁各細(xì)部構(gòu)造與地形地質(zhì)之間的關(guān)系。

二、橋梁與路基的關(guān)系

1.橋梁跨越方案與高填方路基方案的比較

山區(qū)高速公路橋梁很多不受水文控制而只受地形控制，因不宜采用路基方案而設(shè)置為高架橋，路橋設(shè)置界限問(wèn)題，一直是難以把握的關(guān)鍵問(wèn)題，也是影響公路造價(jià)的問(wèn)題。路基規(guī)范強(qiáng)調(diào)，“ 路基中心填方高度超過(guò)20m時(shí)，宜和橋梁做方案比選?！?，項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)作中，往往由于工期緊，或認(rèn)為橋梁跨越方案安全省事，就直接考慮橋梁方案。實(shí)際上，對(duì)于地質(zhì)情況較好，雖然填方中心高度為30m，但收斂較快的V型峽谷，且橋隧相連地段，為消化隧道廢方，考慮路基方案可能比橋梁方案更安全更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)檫@樣的地形架橋，場(chǎng)地局促，難度大，橫縱坡陡，極易引發(fā)邊坡不穩(wěn);而對(duì)于寬而平緩地段，雖然填方高度只是20m左右，但如果需跨標(biāo)段借方，且運(yùn)距遠(yuǎn)，填方基底還需花大量資金處理的路段，反而考慮橋梁方案可能更安全更經(jīng)濟(jì)。

2.半邊橋與擋墻的關(guān)系山區(qū)高速公路地形橫坡陡峭，雖然可以通過(guò)設(shè)計(jì)為左右幅路基不一樣高的錯(cuò)臺(tái)路基來(lái)處理，但有時(shí)由于左右幅路基橫向交通要求，需要設(shè)置轉(zhuǎn)向車道，錯(cuò)臺(tái)式路基方案不易實(shí)現(xiàn)，這時(shí)就不可避免地會(huì)出現(xiàn)半邊橋。當(dāng)最低一側(cè)填土高度15m左右時(shí)，應(yīng)綜合地形、地質(zhì)將加筋擋墻，錨桿擋墻、棄土方案與半邊橋做綜合比較后決定是否設(shè)置橋梁。

三、結(jié)構(gòu)體系特性

為了保證行車舒適，結(jié)構(gòu)耐久適用，山區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)跨徑大中橋一般均采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或墩梁固結(jié)的連續(xù)一剛構(gòu)混合體系。全剛構(gòu)體系由于一座橋梁墩高相差較大，需通過(guò)調(diào)整橋墩的線剛度來(lái)改善橋墩受力，這樣一來(lái)，橋墩尺寸種類就比較多，美觀性降低，施工相對(duì)麻煩一些。全連續(xù)結(jié)構(gòu)聯(lián)長(zhǎng)不能太長(zhǎng)，舒適性差，墩臺(tái)水平位移較大，墩柱尺寸需設(shè)計(jì)的相對(duì)大一些，材料較費(fèi)。根據(jù)地形，將中間墩高較高，剛度相差不大的相鄰幾個(gè)橋墩固結(jié)起來(lái)，利用其柔性適應(yīng)橋墩所受的水平力，較矮的邊墩設(shè)置滑板支座或橡膠支座，形成連續(xù)梁。

四、橋梁上部構(gòu)造設(shè)計(jì)

1.一般設(shè)計(jì)原則

山區(qū)高速公路，橋梁所占比重大，但一般來(lái)講，大跨徑橋梁方案畢竟是少數(shù)，絕大部分還是采用施工方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制裝配化結(jié)構(gòu)。大跨徑橋梁一般是控制因素不同，方案也各不相同，具有較強(qiáng)的個(gè)性特征，而標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋則更多的是具有共性特征。

2.具體橋梁設(shè)計(jì)

具體到一座橋設(shè)計(jì)時(shí)，上部構(gòu)造設(shè)計(jì)要處理好兩個(gè)關(guān)系。第一，處理好跨徑與墩高的關(guān)系?？鐝脚c墩高的關(guān)系按橋梁美學(xué)原則，一般應(yīng)選擇比值為0.618—1之間，通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，往往又是經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)一座橋梁，有幾種跨徑方案可選擇時(shí)，應(yīng)結(jié)合上下構(gòu)做造價(jià)分析比較再做選擇。第二，處理好上部構(gòu)造（板或梁）與平面曲線半徑的關(guān)系。橋位處平面曲線半徑對(duì)橋梁跨徑的選擇及平面布置影響較大，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面，第一是內(nèi)外弧差，第二是中矢高。

五、橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)

1.橋墩

高度較矮的橋墩（h<40m）多采用柱式墩，Y型薄壁墩，其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圓柱和方柱。圓柱施工中外觀質(zhì)量易控制，且與樁基銜接方便，平原地區(qū)用的較多。但從美觀上來(lái)說(shuō)，方柱有棱有角，與上構(gòu)梁體協(xié)調(diào)，有一定的視線誘導(dǎo)性，較美觀。從受力上看，截面積相等的方柱和圓柱，方柱抗彎剛度大于圓柱，受力優(yōu)于圓柱，當(dāng)體系為連續(xù)剛構(gòu)時(shí)，方柱可以方便地通過(guò)調(diào)整兩個(gè)方向的尺寸來(lái)調(diào)整墩柱的剛度，從而達(dá)到調(diào)整墩柱受力的目的。圓柱為各向同性，調(diào)整起來(lái)效果差一些。

2.高墩

一般矮橋墩的設(shè)計(jì)由強(qiáng)度控制，但當(dāng)墩高較高時(shí)，就必須得考慮橋墩的穩(wěn)定問(wèn)題?！豆蜂摻罨炷良邦A(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62—2004）關(guān)于偏心受壓柱條文說(shuō)明5.3.10條指出，“當(dāng)l0/h>30時(shí)，構(gòu)件已由材料破壞變?yōu)槭Х€(wěn)破壞。”l0 為受壓柱的有效長(zhǎng)度，在0.5～2倍墩高之間變化，究竟取值多少，與施工狀態(tài)、上構(gòu)重量、上構(gòu)和墩柱的連接方式即墩柱的支承剛度有關(guān)。

3.橋墩與路幅的關(guān)系

山區(qū)高速公路有整體式路基，也有分離式路基。目前路線選線越來(lái)越強(qiáng)調(diào)減少占地，環(huán)保、與景觀協(xié)調(diào)的理念，除了中長(zhǎng)隧道等設(shè)置分離式路基外，越來(lái)越多的采用整體式路基。整體式路基的雙幅橋，一般情況下下構(gòu)按分幅單獨(dú)設(shè)計(jì)，即雙幅四柱。對(duì)于高墩長(zhǎng)橋，為了減少開(kāi)挖，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，節(jié)約材料，降低造價(jià)，整體式下構(gòu)即雙幅兩柱不失為一種較好的選擇。與雙幅四柱相比，在橋墩截面積及橫向?qū)挾认喈?dāng)?shù)那闆r下，整體式下構(gòu)橫向和縱向剛度是分幅設(shè)置的兩倍以上，除了可以減少開(kāi)挖，節(jié)約材料、施工面少外，還能減少墩頂變位。

4.橋臺(tái)

山區(qū)高速公路橋梁橋臺(tái)一般采用重力式U型臺(tái)、肋板臺(tái)、樁柱式臺(tái)。其中以重力式U臺(tái)最常用，根據(jù)《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》規(guī)定，U臺(tái)適應(yīng)的填土范圍為4—10m，所以U臺(tái)的高度最好以10m控制。山區(qū)橋梁U臺(tái)一個(gè)顯著特征就是橫向，縱向橫坡陡，為了適應(yīng)地形，減小開(kāi)挖，節(jié)約圬工方量，U臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)地形合理分臺(tái)階。樁柱式橋臺(tái)由于抗推剛度小，當(dāng)聯(lián)長(zhǎng)較長(zhǎng)，臺(tái)后填土高度較高時(shí)不宜使用，一般臺(tái)后填土高度宜控制在5m以下，聯(lián)長(zhǎng)宜控制在150米以內(nèi)。埋置式肋板臺(tái)適應(yīng)范圍廣一些，但也不宜太高，不宜超過(guò)12m.

5.基礎(chǔ)

山區(qū)高速公路橋梁最常用的基礎(chǔ)仍為為擴(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)。山區(qū)一般地質(zhì)情況較好，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的情況相對(duì)較多，且宜采用分離式擴(kuò)基礎(chǔ)。因?yàn)榉蛛x式擴(kuò)基礎(chǔ)適應(yīng)地形橫坡，承載力亦能滿足要求。斜坡上的擴(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)必須考慮基礎(chǔ)擴(kuò)散角和覆蓋層厚度以及施工時(shí)的相互影響。樁基礎(chǔ)多為嵌巖樁和柱樁，地質(zhì)情況較差地段采用摩擦樁。樁基礎(chǔ)不管受力形式如何，施工方法上多是挖孔樁和鉆孔樁。挖孔樁造價(jià)較節(jié)省，但設(shè)計(jì)中能否采用挖孔樁，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況具體分析，當(dāng)樁長(zhǎng)較長(zhǎng);遇到流沙、軟弱夾層多，卵石、漂石等容易造成塌孔的地質(zhì)情況;地下水位較高、地層含有煤氣、瓦斯等有害氣體時(shí)不宜設(shè)計(jì)為挖孔樁。