永吉高速公路橋梁設計探討

徐詠梅

（河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司，河南 鄭州 450052）

0 引言

永順至吉首高速公路位于湖南省西部，全線位于湘西州境內。北與在建的龍山至永順高速公路對接，南與吉首至茶洞高速公路對接，路基寬24.5m，河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司承擔設計為羅依稀至默戎鎮段。全線共有特大、大、中橋36座，橋梁比例占全線的47.5%，2／3橋跨為20～40m先簡支后結構連續的預制結構，1／3為連續剛構；最大墩高為119m，橋梁最小平曲線半徑為400m，最大縱坡為40%，最大橫坡為6%，全線多數橋梁跨越溝谷，與溝谷并行的高架橋或不宜采用路堤方案而設置的高架橋，僅有少數為跨越較大河流和道路的橋梁。

本項目所經地區為山嶺重丘區，地形起伏復雜，溝壑縱橫，縱、橫斷面高差相對較大；地質復雜，表現為巖溶、滑坡、不穩定斜坡、陡崖、采礦區等不良地質。受此影響，路線布設時平縱橫三個方面都受到約束，平曲線多、平面半徑小、縱坡大、橋梁比例高、橫坡陡、橋墩較高、墩臺形式多、半邊橋和高擋墻多等山區高速公路橋梁的特點，因此本項目能否順利實施，橋梁設計是關鍵制約技術之一。

1 結構體系特性

山區高速公路橋梁多為長、彎、坡橋，曲線梁橋在彎扭耦合作用下，具有沿某一不動點變形的趨勢，單向行駛的大縱坡長橋在長期反復汽車制動力作用下，梁體具有沿汽車行駛方向滑移的趨勢，若采用全連續結構，即上下構之間為橡膠支座連接時，這種滑移趨勢往往造成梁體受力不平衡，支座脫空甚至破壞，從而導致梁體開裂。因此山區高速公路橋梁宜采用先簡支后結構連續或墩梁固結的連續一剛構混合體系，既適應平面線形，又適應橋梁受力特點。

全剛構體系由于一座橋梁墩高相差較大，需要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整墩身的受力，施工相對復雜。全連續結構聯長不宜過長，舒適性差，墩臺水平位移較大，墩柱尺寸設計的相對較大，造成材料浪費。

為保證行車舒適，結構安全、耐久、經濟，永吉高速公路橋梁主要采用先簡支后結構連續體系，對于縱坡大于2.5%或平曲線半徑較小的橋梁，聯內較高的中墩作墩梁固結，增強橋梁的整體性，限制梁體縱向滑移。

2 橋梁結構設計

2.1 橋梁上部結構設計

2.1.1 一般設計原則

山區高速公路，橋梁所占比重大，但大跨徑橋梁方案畢竟是少數，絕大部分還是采用施工方便、造價經濟的標準化、預制裝配化結構。大跨徑橋梁一般是控制因素不同，方案也各不相同，具有較強的個性特征，而標準跨徑橋則具有共性特征，所以本文重點探討標準化、裝配化橋梁的設計。

根據永吉高速公路的特點：橋梁比例大、長橋多，且墩高一般在20～50m，常規橋50m以上墩高不多，為減少施工難度，加快施工進度，降低工程造價，以及考慮到高跨比等因素，故選擇20m、30m、40m作為橋梁跨徑。20m跨徑對應20m以下的橋梁，30m跨徑對應墩高在20～40m之間的橋梁，40m跨徑對應墩高在40m以上的橋梁。可以用較少的跨徑類型來滿足絕大部分橋梁。

2.1.2 空心板、T梁和裝配箱梁選擇

裝配式橋梁橫斷面型式有空心板、T梁和裝配箱梁，同一種跨徑所應采用的橫斷面可通過對4孔－聯的24.5m路基寬半幅橋的造價對比（見表1）進行選擇。

由表1可知，裝配箱梁是介于空心板和T梁之間的一種橫斷面形式。20m跨徑時，T梁造價比空心板高20%，裝配箱梁造價比空心板高11%，空心板較為經濟。

表1 24.5m路基寬半幅橋的造價對比表

根據工程數量和造價比較可以看出，同跨徑T梁的經濟性均比箱梁略差，但兩者造價相差不大，跨徑20m、30m、40m的T梁比裝配箱梁造價高10%～14%。跨徑20m的橋梁數量不多，且橋長不長，一般為跨越道路或水溝，所在地形起伏不大，考慮到空心板經濟技術指標較T梁、裝配箱梁有優勢，且安裝重量輕，建筑高度最低，施工機具簡單，架設安裝方便，美觀方面優于其他兩種斷面，因此跨徑20m橋梁上部結構選用空心板。

永吉高速公路為山區高速公路，其平面曲線半徑小，大多數橋梁位于超高漸變或扭坡段上，若選用裝配箱梁，架梁時一片梁四個支點不宜調平，易造成支座脫空、受力不均勻的情況。且裝配箱梁的安裝重量較大，運輸、施工場地布設極其困難，后期維修養護困難，隨著跨徑的增大，其施工安裝難度也相應增大；T梁安裝重量較輕，施工簡單、便捷安全，耐久性好，施工工藝成熟，跨越能力大，結構剛度大，對施工場地要求較低，曲線上T梁邊梁的懸臂長度和墩頂連續段長度的調整較為方便，先簡支后結構連續的設置及施工較裝配箱梁簡單，可以更好的適應山區高速公路彎道多、半徑小、橋墩高的特點，因此本項目采用T梁作為30m、40m跨徑橋梁的上部構造。

2.2 橋梁下部結構設計

2.2.1 橋墩

本項目由于地形條件的限制，梁墩高一般在20～60m之間，為了盡可能的標準化和統一化，墩高在45m以下，橋墩形式基本以雙柱式墩為主。柱式墩是目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩形式，其結構穩定性好，施工方便、結構輕巧、外型美觀，橋墩布設靈活性大，可適應不同類型的基礎。采用雙柱墩可減小曲率和縱向水平力的影響。對于墩高45m以上的橋墩推薦采用矩形空心薄壁墩，設計考慮了其穩定性以及墩頂因活載或溫度荷載產生過大的水平位移對上部結構產生不利影響。

2.2.2 橋臺

山區高速公路由于縱橫向地形起伏大，地勢陡峭，橋臺應基本伸入切方中。為避免因橋臺設置引起的大面積山體開挖和臺前錐坡的不穩定性，橋梁布孔時應適當增加橋長，盡量采用無填土高度的橋臺，如伸入切方中的柱式臺。只有在縱橫向地形起伏不大，且地質情況良好無順層坡的情況下，才采用重力臺。

2.2.3 基礎

擴大基礎與樁基礎是山區橋梁最常用的基礎類型。本項目沿線山嶺區地質條件較好，板巖、灰巖承載力較大，一般可滿足擴大基礎的要求。橋臺采用擴大基礎時，由于受地面縱、橫向坡度和巖性差異的影響，基礎宜分幅設置，縱、橫向亦可以采用臺階形式。多數高架橋跨深溝或位于隧道進出口等地形復雜路段，地面縱橫向坡度較陡，如采用擴大基礎，兩側基礎埋深相差很大，易引起基底受力不均勻；且基礎施工工作面大，基坑開挖工程量大，嚴重破壞山體、植被，造成水土流失和水體污染，對環境的破壞相當嚴重；由于山體橫坡較陡，基坑開挖后高邊坡也存在著防護困難、工程量大，邊坡穩定性和安全等問題。因此，從施工難易程度、結構安全性、工程造價和環境保護等方面綜合考慮，本項目橋墩基礎統一采用樁基礎。

3 橋梁設計的一般原則

3.1 山區高速公路橋梁很多不受水文控制而只受地形控制，因此不宜采用路基方案而設置為高架橋，路橋設置界限問題，一直是難以把握的關鍵問題，也是影響工程造價的問題。實際上，對于地質情況較好，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濟。而對于寬而平緩地段，雖然填方高度只是20m左右，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濟。對于填土高度超過20m的路段，應根據地形、地質、前后構造物、前后路段的廢方量、工程造價、環境保護和自然景觀等進行綜合比選后決定是否設置橋梁。

3.2 在同一標段內，橋梁的孔徑與式樣力求統一，同時應使其總造價較低；在同一座橋梁中，除通航或其他要求外，應盡量采用相同的結構并且等跨；對于跨度不超過30m、40m的簡支梁橋，其跨度應采用標準跨度。以方便設計與施工，取得良好的經濟效益。

3.3 對于半幅橋左右墩柱高差大的橋墩，應保證同一標高處墩柱截面尺寸一致，其余部分加大截面尺寸，避免墩柱剛度差別過大造成上部構造變形不協調。

3.4 橋墩基礎，嵌巖樁采用嵌固深度和基巖強度為雙控指標，對于陡坡位置，需按樁基礎外緣距離中風化巖面陡坡5倍樁徑的安全距離深度處計算有效嵌巖深度；摩擦樁要求：樁基應位于穩定的坡體上，樁基應滿足在5倍樁徑之外邊坡深度處計算承載力。

3.5 陡坡位置空心墩承臺，為減少開挖、防護，避免開挖造成的邊坡不穩定，橫向較低半幅承臺上抬，做成“高樁承臺”。

4 結語

橋型設計本身就是一項復雜和靈活的工作，對于永吉高速公路這樣的山區高速公路，具有曲線半徑小、超高大、縱坡大、高墩和長橋等特征的橋梁設計，有很多新的問題需要進一步的探討和研究。本文結合以往的工程經驗和設計中遇到的一些實際問題，提出一些見解和思路，可供設計人員參考。

[1]JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[2]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[3]霍明.山區高速公路勘察設計指南[M].2003版.北京：人民交通出版社，2003.