山區(qū)高速公路常規(guī)跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高 璇

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032)

橋梁上部結(jié)構(gòu)是指橋梁支座以上(無鉸拱起拱線或框架主梁底線以上)跨越橋孔部分的總稱，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是橋梁工程設(shè)計(jì)重要內(nèi)容，對(duì)保證橋梁整體質(zhì)量和安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)有重要作用，需要引起相關(guān)人員的高度重視，對(duì)包含地形地勢(shì)、跨徑條件、墩身高度和經(jīng)濟(jì)性等在內(nèi)的各項(xiàng)要素進(jìn)行綜合考慮，以選取出常規(guī)跨徑條件下適宜的上部結(jié)構(gòu)形式，包括空心板、T梁和小箱梁等。

1 不同跨徑條件上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在山區(qū)高速公路中，由于受到地形地貌和水文地質(zhì)條件因素的影響，橋梁十分常見。從現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)可以看出，在常規(guī)跨徑范圍內(nèi)(即8～40 m)，如果橋梁跨徑在16 m以內(nèi)，則其上部結(jié)構(gòu)形式建議采用空心板；而如果橋梁跨徑在16 m以上，則其上部結(jié)構(gòu)形式除了可以采用空心板，還可采用小箱梁與T梁等。在確保上部結(jié)構(gòu)形式性能可以達(dá)到要求的基礎(chǔ)上，怎樣才能保證經(jīng)濟(jì)性，是設(shè)計(jì)人員必須充分考慮的。不同跨徑條件下以上三種橋梁上部結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟(jì)性如下。

(1)在40 m跨徑條件下，T梁與小箱梁的造價(jià)比分別為1 690.9和1 547.5；(2)在30 m跨徑條件下，T梁與小箱梁的造價(jià)比分別1 326.0和1 266.8；(3)在25 m跨徑條件下，T梁與小箱梁的造價(jià)比分別1 241.8和1 209.2；(4)在20 m跨徑條件下，T梁與小箱梁的造價(jià)比分別1 197.5和1 190.6；(5)空心板造價(jià)比為1 256.4。

為切實(shí)做好橋梁上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅要滿足經(jīng)濟(jì)性方面的要求，還需綜合考慮各類上部結(jié)構(gòu)形式優(yōu)缺點(diǎn)，在對(duì)比和選擇具體上部結(jié)構(gòu)形式時(shí)，通過綜合考慮來確定。對(duì)于空心板結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)為施工工藝相對(duì)成熟，預(yù)制方便，使用范圍廣泛；缺點(diǎn)為使用時(shí)容易產(chǎn)生支座脫空和絞縫脫落等病害；對(duì)于T梁結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)保持連續(xù)，工藝相對(duì)成熟，預(yù)制方便和單孔跨徑相對(duì)較大；缺點(diǎn)為橋下的整體視覺效果相對(duì)較差，高度偏高；對(duì)于小箱梁結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)為橋下的整體視覺效果良好，結(jié)構(gòu)保持連續(xù)，工藝相對(duì)成熟，單孔跨徑相對(duì)較大，具有良好的抗扭能力與結(jié)構(gòu)剛度；缺點(diǎn)為吊裝重量大，對(duì)設(shè)備有著很高的要求。根據(jù)以上結(jié)果可以看出，若從造價(jià)方面講，在20 m的標(biāo)準(zhǔn)跨徑條件下，以小箱梁的造價(jià)達(dá)到最低；在20～40 m的跨徑條件下，同樣以小箱梁的經(jīng)濟(jì)性為最低。

以上三種橋梁上部結(jié)構(gòu)形式有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中應(yīng)充分考慮橋梁所在位置的地質(zhì)條件、水文地質(zhì)、地形地貌和實(shí)際交通運(yùn)輸條件，然后通過綜合考慮選擇適宜的上部結(jié)構(gòu)形式。

2 不同墩高條件上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

山區(qū)高速公路地形有很大的起伏，為適應(yīng)地形起伏變化，橋梁墩身高度也趨于變化，選擇具體上部結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)對(duì)橋墩高度予以充分考慮。為了確定不同墩高可能對(duì)上部結(jié)構(gòu)造成的影響，分析T梁和小箱梁兩種橋梁上部結(jié)構(gòu)形式在不同墩高條件下的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。

表1 不同墩高條件下上部結(jié)構(gòu)形式造價(jià)指標(biāo)

從表1數(shù)據(jù)可以看出，如果橋梁平均墩高在35～40 m范圍內(nèi)，則其上部結(jié)構(gòu)形式以40 m連續(xù)T梁為宜；如果橋梁平均墩高在25～35 m范圍內(nèi)，則其上部結(jié)構(gòu)形式以30 m連續(xù)T梁為宜；如果橋梁平均墩高在18～25 m范圍內(nèi)，則其上部結(jié)構(gòu)形式以25 m簡(jiǎn)支T梁位移；如果橋梁平均墩高在18 m以內(nèi)，則其上部結(jié)構(gòu)形式以20 m簡(jiǎn)支箱梁為宜。除此之外，為保證橋梁質(zhì)量，在墩高超過30 m情況下，其上部結(jié)構(gòu)形式應(yīng)優(yōu)先考慮先簡(jiǎn)支后連續(xù)形式。

為更深入的分析和評(píng)價(jià)墩高對(duì)跨度帶來的影響，以現(xiàn)有的研究成果為依據(jù)可獲得墩高和造價(jià)之間的關(guān)系，即：當(dāng)橋梁墩高在35～50 m范圍內(nèi)時(shí)，與30 m跨徑相比，40 m跨徑的造價(jià)較低，同時(shí)能有效縮短工期，基于此，在35～50 m的墩高條件下，以40 m跨徑為宜，應(yīng)優(yōu)先考慮；當(dāng)橋梁墩高在30～35 m范圍內(nèi)時(shí)，需根據(jù)橋梁所在位置的地形地勢(shì)、長(zhǎng)度與跨越要求等確定適宜的跨徑；當(dāng)橋梁墩高在15～30 m范圍內(nèi)時(shí)，與40 m跨徑相比，30 m跨徑的造價(jià)較低，而且采用40 m跨徑難免增加運(yùn)輸難度，不利于施工效率、安全和進(jìn)度，故在15～30 m的墩高條件下，以30 m跨徑為宜；當(dāng)橋梁墩高在20 m以內(nèi)時(shí)，與30 m跨徑相比，20 m跨徑的造價(jià)較低，而且采用20 m跨徑時(shí)能方便運(yùn)輸與安裝，結(jié)構(gòu)還有較大的剛度，能有效縮短工期，減小吊裝重量，保證整體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)潔性與美觀性，故在這一墩高條件下以20 m跨徑為宜。

3 實(shí)例分析

某山區(qū)高速公路橋梁的橋址為水庫(kù)大壩以下1 km處，橋梁高度在7～15 m范圍內(nèi)，對(duì)其上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，提出了如下兩套方案。

方案一：小箱梁+現(xiàn)澆梁，從水庫(kù)和匝道上跨越的部分采用連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，其它橋跨均為小箱梁。從水庫(kù)干渠跨越時(shí)，為盡可能減小阻水的面積，在設(shè)計(jì)過程中采用獨(dú)柱墩，其它橋墩則為雙柱墩。

方案二，空心板+現(xiàn)澆梁，從水庫(kù)和匝道上跨越的部分采用連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，其它橋跨均為空心板，從水庫(kù)干渠跨越時(shí)，為盡可能減小阻水的面積，在設(shè)計(jì)過程中采用獨(dú)柱墩，其它橋墩則為雙柱墩。

對(duì)于以上兩套方案，在美觀性方面，方案一的跨徑相對(duì)較大，無明顯柱林現(xiàn)象，美觀性良好，而方案二跨徑較小，有明顯的柱林現(xiàn)象，美觀性不足；在舒適性方面，兩套方案的結(jié)構(gòu)均連續(xù)，有良好舒適性；在經(jīng)濟(jì)性方面，方案二稍低于方案一。通過綜合對(duì)比，以方案一為推薦方案，且經(jīng)實(shí)踐，驗(yàn)證了這一上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性與可行性，在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所采用的方法及原則值得類似橋梁工程參考借鑒，從而不斷提高山區(qū)高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)水平。

4 結(jié) 語

綜上所述，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是橋梁工程設(shè)計(jì)重要內(nèi)容，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)考慮很多方面的因素，只有這樣才能保證所選上部結(jié)構(gòu)形式的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性，為之后的橋梁施工建設(shè)和通行使用奠定良好基礎(chǔ)。