淺談公路中小跨徑橋梁方案設(shè)計(jì)

周金霞

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

橋梁方案設(shè)計(jì)是橋梁設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)者對(duì)橋梁總體方案構(gòu)思的過(guò)程，也是設(shè)計(jì)者創(chuàng)意的起點(diǎn)。方案設(shè)計(jì)融入了設(shè)計(jì)者對(duì)橋梁力學(xué)、結(jié)構(gòu)、美學(xué)、造價(jià)以及施工方案、建設(shè)條件的總體考慮，也融入了設(shè)計(jì)者對(duì)橋梁的理解和闡述。好的方案設(shè)計(jì)往往造就獨(dú)特的、與眾不同的橋梁建筑。因此，橋梁方案設(shè)計(jì)值得引起每個(gè)橋梁設(shè)計(jì)人員的重視和關(guān)注。

中小跨徑橋梁在公路橋梁中占的比例很大，一般采用通用性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式。如何做好小跨徑橋梁的方案設(shè)計(jì)，使其顯示出不同于一般橋梁的特有品質(zhì)，筆者結(jié)合多年從事公路橋梁設(shè)計(jì)的心得和體會(huì)，提出以下一些想法，供同行們參考。

統(tǒng)一性和靈活性是在公路中小跨徑橋梁方案設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮和把握的原則。所謂統(tǒng)一性，是指設(shè)計(jì)者在同一座橋梁的各個(gè)部分或同一路段的多座橋梁進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)橋梁的某些特性進(jìn)行統(tǒng)一掌控，形成共性，如橋梁的安全度、耐久性、美學(xué)特點(diǎn)、施工方案等。統(tǒng)一性的把控，一方面可以通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)規(guī)范得到體現(xiàn)；另一方面，設(shè)計(jì)者應(yīng)該結(jié)合橋梁的特點(diǎn)，在橋梁的結(jié)構(gòu)選型、安全儲(chǔ)備控制、施工方案選擇等方面盡量考慮相同或相近，便于施工單位和業(yè)主施工管理和質(zhì)量控制。所謂靈活性，是指設(shè)計(jì)者在考慮設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)橋梁的地形、地質(zhì)、水文條件、路線線形等因素靈活處理，避開(kāi)不利于橋梁建設(shè)和使用的因素，賦予橋梁更好的性能和使用效果。

統(tǒng)一性要求在橋梁的結(jié)構(gòu)選型方面主要體現(xiàn)在同一施工合同段的橋梁盡量選用相同或相似的跨徑、結(jié)構(gòu)類(lèi)型，便于橋梁在施工中模板和施工設(shè)備、機(jī)具的周轉(zhuǎn)利用，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也便于施工場(chǎng)地的統(tǒng)一安排和施工質(zhì)量的統(tǒng)一控制。

統(tǒng)一性要求在安全度方面表現(xiàn)在同一座橋梁各個(gè)部件應(yīng)該具有相近的安全儲(chǔ)備，還表現(xiàn)在同一路段每座橋梁安全儲(chǔ)備的統(tǒng)一以及每個(gè)設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)安全度掌控程度的統(tǒng)一，這樣做可以使同一座橋梁的各個(gè)部件和同一路段每座橋梁都能承擔(dān)相近的車(chē)輛荷載，避免由于某個(gè)構(gòu)件或某座橋梁承載能力較低使整座橋或整條道路的通過(guò)能力受到制約，形成明顯的短板效應(yīng)。設(shè)計(jì)人員在使用標(biāo)準(zhǔn)圖或通用圖時(shí)，應(yīng)盡量采用同一套圖集及配套的設(shè)計(jì)圖紙，便于安全度的統(tǒng)一把控。目前使用的部頒通用設(shè)計(jì)圖中，既包含全預(yù)應(yīng)力的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，也有部分預(yù)應(yīng)力的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁，在同一座橋梁或同一路段的不同橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注意避免兩種結(jié)構(gòu)的混用造成橋梁在安全儲(chǔ)備上的差異。再如日常設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者往往在樁長(zhǎng)計(jì)算的結(jié)果上再增加一定的安全長(zhǎng)度，由于每個(gè)設(shè)計(jì)者取值的習(xí)慣不同，造成不同橋梁樁基長(zhǎng)度的安全儲(chǔ)備不一致，形成結(jié)構(gòu)安全度的差異。因此，在方案設(shè)計(jì)階段，對(duì)安全度的統(tǒng)一性要求是非常必要的。

靈活性是在方案設(shè)計(jì)階段應(yīng)該掌握的另一個(gè)要素，靈活的橋梁設(shè)計(jì)方案，不僅可以更好地適應(yīng)地形、地質(zhì)以及路線線形，還可以形成更好的景觀特色，降低設(shè)計(jì)和施工的難度。在中小跨徑橋梁方案設(shè)計(jì)時(shí)，靈活性往往表現(xiàn)在布跨分聯(lián)、結(jié)構(gòu)形式和施工方案確定等方面。

為更好地說(shuō)明靈活性在方案設(shè)計(jì)中的重要性，筆者選擇兩座橋梁的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

1 興縣蔚汾河橋

圖1 興縣蔚汾河橋平面布置（單位：cm）

興縣蔚汾河橋位于山西省興縣縣城附近，連接縣城蔚汾北路和省道忻黑線，是興縣縣城和外界交通的重要通道。橋位處蔚汾河河道寬約82 m，兩岸為新修的混凝土堤壩，河道規(guī)整。該處河道較為狹窄，洪水較大時(shí)易溢出河道，歷史上曾出現(xiàn)過(guò)縣城受淹的情況。

1.1 該橋方案設(shè)計(jì)階段，主要考慮因素

a）該橋投資規(guī)模較小，施工單位實(shí)力較弱，應(yīng)選擇施工簡(jiǎn)單、方便的設(shè)計(jì)方案。

b）該橋連接縣城蔚汾北路和忻黑線，橋梁兩端應(yīng)考慮加寬以便于車(chē)輛轉(zhuǎn)彎。

c）河道狹窄，除橋墩外，不宜再壓占河道。由于橋位處河道寬僅為82 m，若采用4-20 m或5-16 m布孔方案，橋臺(tái)位置正好位于堤壩處，不僅需要破壞現(xiàn)有堤壩，臺(tái)前護(hù)坡還會(huì)嚴(yán)重壓占河道。通過(guò)對(duì)3個(gè)因素的綜合考慮，最終采用了（14+3×20+14）m布孔方案，中間3×20 m采用裝配式連續(xù)梁，兩端采用跨徑14 m的現(xiàn)澆鋼筋混凝土變寬簡(jiǎn)支箱梁（見(jiàn)圖1）。

1.2 該方案優(yōu)點(diǎn)

a）裝配式連續(xù)梁施工方便、簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易把握，可在枯水期利用現(xiàn)有河道進(jìn)行預(yù)制。

b）橋臺(tái)采用柱式橋臺(tái)，位置位于河道兩側(cè)堤壩后，由堤壩承擔(dān)臺(tái)后土壓力，不設(shè)臺(tái)前護(hù)坡，避免擠占河道。

c）現(xiàn)澆鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁施工簡(jiǎn)單，對(duì)技術(shù)水平要求不高，便于加寬滿足車(chē)輛轉(zhuǎn)彎需要。該方案靈活采用了裝配式連續(xù)梁與現(xiàn)澆鋼筋混凝土變寬簡(jiǎn)支箱梁組合的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)滿足了三方面的要求，經(jīng)濟(jì)性也很好，收到事半功倍的效果。

2 坪頭互通連接線跨線橋

圖2 坪頭互通連接線跨線橋橋型布置(單位：m)

坪頭互通連接線跨線橋位于臨縣至離石高速公路坪頭互通附近，橋梁跨越臨離高速公路和溝谷，橋梁位置位于S形平曲線上，橋梁兩端平曲線曲率半徑較小。

該橋兼顧跨越高速公路和山間溝谷，且地形變化很大。為方便施工，本橋在方案設(shè)計(jì)階段統(tǒng)一考慮采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁上部結(jié)構(gòu)。按照常規(guī)布跨習(xí)慣，該橋采用8×30 m，按兩聯(lián)進(jìn)行布跨是比較穩(wěn)妥的，除4號(hào)墩處開(kāi)挖較大外，其余各墩施工均非常方便，不需進(jìn)行大的開(kāi)挖。但這樣布跨會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)問(wèn)題，一是上部結(jié)構(gòu)采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)施工方式，受橋梁兩端小半徑平曲線影響，1號(hào)、7號(hào)墩頂處縱向濕接頭張口呈梯形，兩側(cè)張口相差很大，不利于縱向濕接頭的有效連接，同時(shí)因施工需要，1號(hào)、7號(hào)橋墩蓋梁必須采用足夠的寬度，以滿足主梁臨時(shí)支座布置，造成很大浪費(fèi)；二是前后兩聯(lián)端部均位于小半徑平曲線內(nèi)，受車(chē)輛行駛徑向力的作用，可能造成主梁上部整體橫向推移。因此，經(jīng)過(guò)認(rèn)真考慮，我們采用了（25+3×30+3×30+25）m的跨徑組合，橋梁前后兩端各采用了一孔25 m簡(jiǎn)支跨、中間部分采用兩聯(lián)3×30 m的布跨方式（見(jiàn)圖2）。這樣布跨的好處在于：a）小半徑平曲線內(nèi)采用簡(jiǎn)支布跨，避免了1號(hào)、7號(hào)墩頂處濕接頭施工難度大和不能保證濕接頭有效連接的弊?。籦）小半徑平曲線行車(chē)產(chǎn)生的徑向水平力僅由簡(jiǎn)支跨承擔(dān)，不會(huì)影響其他各跨；c）橋梁長(zhǎng)度縮短了10 m，降低了造價(jià)。由于25 m簡(jiǎn)支跨采用和30 m跨相同的斷面形式和梁高，施工時(shí)可采用相同的模板，不會(huì)給施工帶來(lái)額外的投入。

通過(guò)以上兩個(gè)實(shí)例我們可以體會(huì)到，在方案設(shè)計(jì)階段采用靈活的布跨方式，不僅可以使橋梁方案與路線線形、地形、地質(zhì)情況更加符合，還可以從根本上避免施工中可能出現(xiàn)的困難，使橋梁在后期運(yùn)營(yíng)時(shí)的結(jié)構(gòu)受力更加合理。

統(tǒng)一性和靈活性是我們?cè)跇蛄悍桨冈O(shè)計(jì)階段需要把握的兩個(gè)重要因素，統(tǒng)一性要求我們?cè)跇蛄悍桨冈O(shè)計(jì)時(shí)有整體的概念，不能顧此失彼；靈活性則要求我們?cè)诜桨冈O(shè)計(jì)時(shí)要顧及每一座橋的具體特點(diǎn)，在滿足統(tǒng)一性要求、不違背力學(xué)基本原則的前提下靈活處理問(wèn)題，使橋梁結(jié)構(gòu)更加合理，經(jīng)濟(jì)性更好，功能更加完善。兩者相輔相成，互不矛盾。

方案設(shè)計(jì)是橋梁設(shè)計(jì)的核心，是設(shè)計(jì)者對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行總體思考的過(guò)程。不僅需要具備扎實(shí)的理論功底，也要求設(shè)計(jì)者具有靈活處理問(wèn)題的能力。中小跨徑橋梁作為公路橋梁中數(shù)量最大的部分，上部結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和通用設(shè)計(jì)較多，但每一座橋梁所處的位置不同，地形、地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，各有特點(diǎn)，不可能用統(tǒng)一的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。這就要求設(shè)計(jì)者必須仔細(xì)研究每座橋梁的具體情況，方案設(shè)計(jì)階段既把握統(tǒng)一性的原則，又能根據(jù)各自的具體情況采取不同的思路，將自己的理念融入每一座橋梁的設(shè)計(jì)中。只有這樣，才能造就出為人稱(chēng)道的設(shè)計(jì)作品。