談洛塘河雙層高架橋橋墩設(shè)計(jì)

高 燕 紅

(1．蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730000;2．甘肅省建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

1 橋址概述

洛塘雙層高架橋所處路線順洛塘河“V”形峽谷內(nèi)展布穿行，該河谷地勢(shì)較狹窄，局部較寬，兩岸不對(duì)稱分布河漫灘，兩岸坡度陡峭。左岸大姚公路以下岸坡為人工堆積塊石、碎石土組成的土質(zhì)岸坡，以上為下古生界碧口群砂質(zhì)板巖夾變砂巖組成的巖質(zhì)岸坡，邊坡較陡，局部低洼地帶堆積坡積碎石土。洛塘河雙層特大橋沿河道布線，河道彎彎曲曲，尤其是受路線凸出山嘴的影響，路線按正常路基寬度布設(shè)很難與溝形吻合，只得頻繁地跨河換岸，穿行于河道中間。如果以24．5 m路基寬度強(qiáng)行斬咀靠岸布設(shè)，將引起右側(cè)的挖方邊坡高度大，也影響右側(cè)S206線安全。因此從本段的地形條件來看，路線平面線型無法采用正常路基寬度與溝道線形吻合，為了少占河道，充分利用空間，減少對(duì)溝岸的開挖，采用左、右線雙層并行高架橋梁通過該類地形為最佳。橋址區(qū)工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，沿線地勢(shì)陡峻，存在危石、坍塌和錯(cuò)落，巖性以砂巖、灰?guī)r為主，裂隙發(fā)育，局部巖石破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，工程地質(zhì)條件一般，大的方面對(duì)公路工程建設(shè)雖無明顯影響跡象，但局部段落存在工程地質(zhì)和水文地質(zhì)病害，對(duì)路線布設(shè)、通過形式及構(gòu)造物選型具有較大影響。從本段地質(zhì)條件來看，路線宜盡量遠(yuǎn)離，避免擾動(dòng)山體，采取左、右線雙層并行高架橋梁以壓縮橋梁斷面繞避遠(yuǎn)離危石、坍塌和錯(cuò)落范圍是一種有效措施。

2 洛塘河雙層高架橋橋墩選型

2．1 洛塘河雙層高架橋橋墩選型原則

在橋墩的類型選擇上，結(jié)合國(guó)內(nèi)多年以來高速公路橋梁設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，主要有柱式墩、薄壁墩、空心墩等，跨越城區(qū)和有景觀要求的路段也采用花瓶墩、Y形墩等形式，其中尤以柱式墩和空心薄壁墩最為普遍。一般來說，高度不大(H＜50 m)、采用強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)的橋墩宜采用柱式墩;高度相對(duì)較大(H＞50 m)、采用穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)的橋墩多采用空心薄壁墩。山區(qū)高速公路橋梁結(jié)合山區(qū)特殊微地形采用一些特殊的橋墩形式，充分利用凸出的巖咀或獨(dú)立山包設(shè)置懸臂式橋墩、門架式橋墩等。洛塘河雙層高架橋梁的橋墩高度不大，空心薄壁墩不適用，分離式部分橋梁橋墩采用柱式墩，上下疊置部分橋梁采用雙層框架式橋墩。

2．2 洛塘河雙層高架橋墩柱類型介紹

1)雙柱式墩。

雙柱式墩是公路橋梁廣泛采用的橋墩形式，其自重輕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，施工方便、快捷，外觀輕盈美觀，橋墩布設(shè)靈活性大。洛塘河雙層高架橋梁的分離式部分橋跨一般均采用雙柱式橋墩(見圖1)，結(jié)合雙層框架式橋墩的截面形式，均采用方柱墩形式，方柱墩與上部梁體更加協(xié)調(diào)，有一定的視線誘導(dǎo)性，較美觀挺拔。從截面特性看，面積相等的方柱與圓柱，方柱抗彎剛度大于圓柱，受力也優(yōu)于圓柱。方柱的缺點(diǎn)是墩柱與樁基之間需要通過承臺(tái)連接，無端增加工程量，且增加承臺(tái)構(gòu)造對(duì)山區(qū)橋梁來說還會(huì)增加挖方工程量，引起邊坡失穩(wěn)。

圖1 雙柱式橋墩構(gòu)造

2)獨(dú)柱式橋墩。

在山區(qū)高速公路橋梁中，獨(dú)柱式橋墩往往能使諸多難點(diǎn)問題迎刃而解。當(dāng)橋位地面橫坡陡峭時(shí)，采用雙柱墩勢(shì)必造成墩柱高度懸殊，相應(yīng)的剛度差造成兩墩柱受力不均，給設(shè)計(jì)造成難度。若采用獨(dú)柱墩則受力明確，可減小施工難度，并且減少開挖，利于橋位區(qū)環(huán)境保護(hù)。當(dāng)橋梁跨越交叉路或河道時(shí)，采用獨(dú)柱墩可避免采用斜交主梁或錯(cuò)孔布置，可提高下穿道路通視性，提高行車舒適性。當(dāng)路線斜跨河床時(shí)，采用獨(dú)柱墩有利于減小阻水面積，還可減少水下施工量。

3)雙層框架式橋墩。

雙層高架橋梁上下疊置部分采用雙層框架式橋墩，在山區(qū)高速公路中，尚未見到這種類型的橋墩。在城市立交雙層高架橋梁中，常采用H形框架式橋墩(見圖2)，上層橋梁通過將上部梁板的端橫梁做強(qiáng)做大，既做端橫梁又做上層蓋梁，簡(jiǎn)支在H形框架式橋墩的兩墩柱上;下層橋梁直接支承在下層蓋梁上，這種體系受力明確，結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)較低，上下層橋梁受力相互影響小，但整體穩(wěn)定性比較差，不適宜在山區(qū)高速公路中應(yīng)用。一般公鐵雙層高架橋梁，上層公路橋梁橋面寬度大而下層鐵路橋梁鐵路寬度小，上層橋梁通過雙懸臂蓋梁架設(shè)在H形框架式橋墩上。借鑒以上兩種做法，將H形框架式橋墩兩側(cè)上墩柱通過上蓋梁固結(jié)起來，做成框架式橋墩，上下層橋梁分別支承在上下蓋梁上，也可將上層橋梁墩梁固結(jié)，形成上層剛構(gòu)下層連續(xù)的混合體系，上下蓋梁均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，上下墩柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。洛塘河雙層高架橋框架式橋墩上墩柱采用160 cm×180 cm的矩形截面，采用C30混凝土，墩柱截面布設(shè)128根直徑28 mm的HRB335鋼筋，箍筋加密段縱橫向各布設(shè)6肢間距10 cm、直徑12 mm的HRB335鋼筋。下墩柱采用180 cm×200 cm的矩形截面，采用C30混凝土，墩柱截面布設(shè)144根直徑28 mm的HRB335鋼筋，箍筋加密段縱橫向各布設(shè)6肢間距10 cm、直徑12 mm的HRB335鋼筋。樁基采用直徑250 cm的圓形截面，采用C25混凝土，樁基截面布設(shè)140根直徑28 mm的HRB335鋼筋，箍筋加密段布設(shè)間距10 cm、直徑10 mm的HRB235鋼筋(見圖3)。

3 洛塘河雙層高架橋框架橋墩受力特點(diǎn)

洛塘河雙層高架橋框架橋墩的受力特點(diǎn):框架墩在選擇上除了總體布置形式和凈空要求外，還要重點(diǎn)的考慮墩柱和蓋梁之間的剛度匹配問題。在計(jì)算分析時(shí)，墩柱和蓋梁作為一個(gè)整體來進(jìn)行受力分析，由于兩者之間尺寸的不同使得結(jié)構(gòu)在承擔(dān)荷載作用時(shí)各自承擔(dān)的彎矩不一樣，剛度大的承擔(dān)的多一些，剛度小的承擔(dān)的少一些。而對(duì)于墩柱和蓋梁而言，兩者的使用功能不一樣，因此要根據(jù)各自的需求和承載能力進(jìn)行彎矩和剛度分配，使它們充分發(fā)揮自己的性能。

圖2 框架式橋墩構(gòu)造

圖3 框架式橋墩截面尺寸圖（1 100）：

1)蓋梁的剛度。

蓋梁主要用來承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)和車輛荷載的作用，因此希望蓋梁的剛度做的越大越好，保證在荷載作用下引起的變形很小，這對(duì)上部結(jié)構(gòu)的受力非常有利。對(duì)于大跨度框架墩的蓋梁來說一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不能滿足設(shè)計(jì)要求，故將蓋梁設(shè)計(jì)成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，通過配置預(yù)應(yīng)力鋼束來提高蓋梁的承載能力。

2)墩柱的剛度。

對(duì)于墩柱來說，在保證承載能力的情況下則將它的剛度做的越小越好，因?yàn)榭蚣芏盏亩罩g不設(shè)置系梁，各自的受力相對(duì)比較獨(dú)立，對(duì)于溫度變化和混凝土收縮徐變作用非常敏感，因此需要墩柱有足夠的柔性，避免在荷載作用下產(chǎn)生過大的內(nèi)力。但是墩柱在縱向和橫向皆受力較大，剛度不能做的過小，于是為了釋放溫度作用及預(yù)應(yīng)力二次力在墩頂產(chǎn)生的彎矩，墩柱和蓋梁之間采用鉸接形式。

3)基礎(chǔ)對(duì)墩柱和蓋梁受力影響。

框架墩對(duì)下部基礎(chǔ)的剛度是敏感的。如果不考慮基礎(chǔ)剛度，則對(duì)梁來說偏不安全，而墩受力偏大。柱高很矮的情況下，如不考慮基礎(chǔ)剛度，施加預(yù)應(yīng)力以后蓋梁將產(chǎn)生較大的二次力矩，也會(huì)影響蓋梁的配束;同時(shí)在溫度荷載下，墩柱將承受較大彎矩，對(duì)橋墩配筋也不利。下部基礎(chǔ)剛度的處理相對(duì)簡(jiǎn)單而且準(zhǔn)確的方法是通過M法，將下部基礎(chǔ)剛度等效為6自由度的彈簧，將其作用于承臺(tái)底部。檢算墩柱和基礎(chǔ)時(shí)，在此基礎(chǔ)上對(duì)剛度取值乘以一個(gè)系數(shù)，以便使立柱和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全、耐久。

4 結(jié)語(yǔ)

在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中，上下雙層高架橋梁對(duì)于改善公路線形、最大限度地減少占用耕地、從空間繞避不良地質(zhì)、最大可能地保護(hù)原始生態(tài)環(huán)境、節(jié)省工程投資有著重要的意義，隨著設(shè)計(jì)技術(shù)、施工技術(shù)的提高，以及新工藝、新材料的采用，對(duì)于地形狹窄、河道彎曲、洪水流量大、橋墩阻水嚴(yán)重的特定條件下，上下雙層高架橋梁方案呈現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。

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