長合高速公路山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)思路

舒春生

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

1 對橋址建設(shè)條件的理解

項(xiàng)目沿線呈典型的低山、丘陵地貌，具有地表高差大、沖溝發(fā)育、橫坡陡直等特點(diǎn)，山區(qū)水系眾多，水文條件復(fù)雜，存在巖溶、滑坡、不穩(wěn)定順層邊坡、崩塌、陡崖、煤礦采空區(qū)等不良地質(zhì)(見圖1、圖2)。

圖1 巖溶地貌實(shí)景

圖2 陡崖地貌實(shí)景

斜彎坡橋多，墩臺(tái)樣式多、墩高差別大，橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)頻雜，橋梁施工場地狹窄，個(gè)別地段橋隧交替相連(見圖3、圖4)。

圖3 彎坡橋?qū)嵕?/p>

圖4 橋隧相接實(shí)景

沿線地形、地質(zhì)及水文條件復(fù)雜，分布有金刀峽景區(qū)、統(tǒng)景、張關(guān)景區(qū)、明月山等著名景點(diǎn)（見圖5、圖6），橋梁結(jié)構(gòu)形式選擇需因地制宜，與周邊自然及人文環(huán)境協(xié)調(diào)。

圖5 金刀峽景區(qū)實(shí)景

圖6 明月山景區(qū)實(shí)景

2 總體設(shè)計(jì)思路

（1）橋梁服從于路線總體設(shè)計(jì)，其平、縱面與公路線形相融合。一般橋梁按照“適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、耐久”的原則，貫徹設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)化，選用技術(shù)成熟、受力明確、外形簡潔且便于施工的橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁孔徑種類應(yīng)歸并減少，結(jié)構(gòu)類型宜盡量統(tǒng)一。

（2）充分利用山區(qū)的自然環(huán)境，靈活設(shè)計(jì)，做到貼近自然，與山川、溝谷、河流等自然景觀和諧共處，與人文環(huán)境協(xié)調(diào)，將橋梁融人自然之中，注重結(jié)構(gòu)與力學(xué)仿生，體現(xiàn)“尊重自然、保護(hù)環(huán)境”的生態(tài)設(shè)計(jì)理念。

（3）以綠色設(shè)計(jì)為主旋律，吸取建橋新技術(shù)、新工藝和先進(jìn)設(shè)備，盡量采用可降低能耗、易于再利用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的材料，打造“綠色橋梁之都”。

（4）橋型方案設(shè)計(jì)充分考慮結(jié)構(gòu)的耐久性和運(yùn)營期間的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，合理選用橋梁結(jié)構(gòu)型式、墩臺(tái)高度、建筑材料及橋面伸縮縫、排水系統(tǒng)等附屬設(shè)施，滿足運(yùn)營階段行車平順、舒適安全的要求，達(dá)到養(yǎng)護(hù)方便，體現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展、全壽命周期成本”的設(shè)計(jì)理念。

（5）重慶是我國著名的“橋都”，橋梁歷史悠久，形態(tài)各異且不乏獨(dú)創(chuàng)性，已建橋梁已從不同層面展示了重慶橋梁博物館的豐富多彩。通過細(xì)節(jié)景觀元素表達(dá)，以及風(fēng)格俊異的天橋造型，合理確定各種比例關(guān)系，使橋梁景觀表達(dá)與巴蜀地域特色融合，追求結(jié)構(gòu)與景觀、力學(xué)與美學(xué)的結(jié)合及協(xié)調(diào)，注重“傳承、發(fā)展和多元”的思想，彰顯橋都特有魅力。

3 對于關(guān)鍵技術(shù)問題的思考

3.1 山區(qū)橋梁孔跨布設(shè)總體思路

3.1.1 孔跨類型盡量統(tǒng)一，注重“韻律感”

根據(jù)地形及地質(zhì)條件合理布孔，橋墩盡量避讓溶洞、滑坡等不良地質(zhì)；韻律是一種重要的造型手法，橋梁孔徑種類應(yīng)歸并減少，結(jié)構(gòu)類型宜盡量統(tǒng)一，通過有規(guī)律的重復(fù)或變化形成韻律、節(jié)奏。

3.1.2 跨度與高度協(xié)調(diào)，避免形成密密麻麻的“墩林”

跨度與橋面高度應(yīng)大致協(xié)調(diào)，一般情況孔徑值取橋梁最大高度值的0.75～1.25倍。對于上跨道路的橋梁，布孔不宜局限于滿足通行，應(yīng)增強(qiáng)行車通透，并考慮道路遠(yuǎn)期規(guī)劃。

3.1.3 根據(jù)墩高合理分聯(lián)，各墩柱剛度盡量接近

根據(jù)墩高合理分聯(lián)，聯(lián)長一般不超過200 m為宜，盡量保證同一聯(lián)橋梁結(jié)構(gòu)的對稱性，橋墩剛度宜較為接近，若同一聯(lián)墩高差別較大，可通過支座及橋墩類型適當(dāng)調(diào)整各墩剛度。

3.1.4 結(jié)合地形，必要時(shí)采取左右錯(cuò)幅布置，確保基礎(chǔ)安全

橋梁分孔應(yīng)密切結(jié)合地形，盡量減少開挖，必要時(shí)可采取左右錯(cuò)幅布設(shè)，盡量保證橋臺(tái)處于穩(wěn)定的地層內(nèi)。

3.2 陡坡長聯(lián)橋的約束體系確定

對于高墩陡坡長聯(lián)橋，為防止橋梁產(chǎn)生向下坡方向的累計(jì)變形，應(yīng)使高墩具有適宜的縱向剛度，對此，宜采用墩梁固結(jié)方案。若橋墩高度較低不能采用剛性連接時(shí)，每聯(lián)在中墩設(shè)置一個(gè)摩擦擺盆式支座，在正常使用及小震作用下，發(fā)揮固定墩的作用，大震作用下發(fā)揮擺效應(yīng)以降低地震力。

3.3 主要不良地質(zhì)地段關(guān)鍵技術(shù)問題

3.3.1 巖溶地段橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

針對基礎(chǔ)類型、巖溶形態(tài)及發(fā)育程度、持力層情況，采取拋填片石夾粘土、注漿、溶洞頂板嵌巖樁基礎(chǔ)、打入鋼管樁等處理方案，并提出“逐樁鉆探”、“交替開挖”、“鋼護(hù)筒跟進(jìn)防護(hù)”、“工程樁試樁”等技術(shù)輔助措施（見圖7～圖10）。

圖7 拋填片石實(shí)景

3.3.2 順層邊坡橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

圖8 溶洞注漿實(shí)景

圖9 溶洞頂板嵌巖樁基礎(chǔ)實(shí)景

圖10 打入鋼管樁實(shí)景

順層邊坡承臺(tái)開挖過大會(huì)擾動(dòng)山體，宜修建可承受外力的大直徑樁基礎(chǔ)起抗滑作用，保證邊坡穩(wěn)定。當(dāng)設(shè)計(jì)外力較大時(shí)，可采用以錯(cuò)層群樁基礎(chǔ)順應(yīng)地形，以群樁共同抗滑（見圖11）。

3.3.3 傍山崩塌地段橋墩防護(hù)措施

當(dāng)橋墩位于河谷受滾石威脅時(shí)，應(yīng)采用外套鋼筒（鋼筒與墩柱留間隙，內(nèi)填柔性填充物）增強(qiáng)橋墩自身抗撞擊能力，同時(shí)采用主、被動(dòng)防護(hù)措施結(jié)合的方式。主動(dòng)防護(hù)可采用SNS柔性防護(hù)網(wǎng)、骨架防護(hù)，并結(jié)合邊坡植被綜合防護(hù)；被動(dòng)防護(hù)可采用落石槽、棚洞等措施（見圖12～圖15）。

3.4 注重結(jié)構(gòu)與力學(xué)仿生，使橋梁融入自然

圖11 群樁示意圖

圖12 外套鋼筒防護(hù)實(shí)景

圖13 柔性防護(hù)網(wǎng)實(shí)景

圖14 骨架防護(hù)實(shí)景

圖15 棚洞實(shí)景

自然界為原始人類提供了天然的躲避風(fēng)雨的場所和跨越河流的天然橋梁。運(yùn)用仿生學(xué)理念，從自然界中吸取靈感進(jìn)行創(chuàng)新，同時(shí)也是為了與自然生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，保持生態(tài)平衡，體現(xiàn)“尊重自然、保護(hù)環(huán)境”的生態(tài)設(shè)計(jì)理念（見圖16～圖19）。

圖16 橋梁防落石棚洞實(shí)景

圖17 重慶北碚區(qū)“恐龍之鄉(xiāng)”實(shí)景

圖18 山區(qū)斜拉橋?qū)嵕?/p>

圖19 羚羊生息之地實(shí)景

3.5 以綠色設(shè)計(jì)為主旋律，打造“綠色橋梁之都”

以綠色設(shè)計(jì)為主旋律，減少橋梁建設(shè)對自然景觀和資源的破壞。為減少山體開挖，陡坡段采用Y型墩、高低墩，溝谷狹窄地段采用整幅雙柱橋、雙層橋等結(jié)構(gòu)形式；跨線橋可采用鋼混組合結(jié)構(gòu)，利用鋼材可回收的優(yōu)點(diǎn)，起到節(jié)能減排的作用；防落石隔墻采用生態(tài)墻（見圖20～圖25）。

圖20 Y型墩實(shí)景

圖21 坡面采用高低墩實(shí)景

3.6 注重橋梁耐久性，引入可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)理念

目前規(guī)范對結(jié)構(gòu)耐久性的有關(guān)規(guī)定較少，對橋梁耐久性重視程度不夠。該項(xiàng)目吸收國內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)和做法，從結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、建筑材料等方面貫徹耐久性設(shè)計(jì)理念。山區(qū)橋梁由于橋墩普遍較高且橋下交通不便，高墩設(shè)養(yǎng)護(hù)安全護(hù)欄及檢修梯，為后期管養(yǎng)帶來方便；對于B類及以上腐蝕環(huán)境，通過調(diào)整混凝土配合比、增加保護(hù)層厚度、采用防腐添加劑等方法進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)；為提高結(jié)構(gòu)自身的耐久性，對部分橋梁可考慮采用耐候鋼、FRP纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等新型材料，并對超高性能纖維增強(qiáng)混凝土實(shí)用性進(jìn)行研究（見圖26）。

圖22 整幅雙柱橋?qū)嵕?/p>

圖23 雙層高架橋（武罐高速洛塘河大橋）實(shí)景

圖24 鋼-混結(jié)合梁實(shí)景

圖25 防落石生態(tài)墻實(shí)景

3.7 關(guān)于橋梁景觀的幾點(diǎn)思考

圖26 超高性能纖維增強(qiáng)混凝土橋（Wild)實(shí)景

重慶已有橋梁的數(shù)量、型式、大型橋梁密度和建造技術(shù)均居全國前列，在拱橋、連續(xù)剛構(gòu)橋方面尤為突出，重慶橋梁歷史悠久、形態(tài)各異，有“橋都”的美譽(yù)。該項(xiàng)目注重總體布局合理，墩、跨比例協(xié)調(diào)，注重橋梁與周邊自然及人文環(huán)境協(xié)調(diào)，追求結(jié)構(gòu)與景觀、力學(xué)與美學(xué)的結(jié)合與協(xié)調(diào)，為重慶橋梁博物館添彩（見圖27）。

圖27 與周邊自然環(huán)境相協(xié)調(diào)的橋梁實(shí)景

4 大跨徑橋梁方案研究

新橋大橋、御臨河大橋?yàn)榭缭缴顪霞昂恿鞫O(shè)，主橋均采用了（66+120+66）m連續(xù)剛構(gòu)橋（見圖28）。主跨120 m是連續(xù)剛構(gòu)橋的經(jīng)濟(jì)跨度，連續(xù)剛構(gòu)橋技術(shù)成熟，在山區(qū)橋梁中應(yīng)用廣泛。但大跨剛構(gòu)橋最大的缺點(diǎn)是腹板承受較大的主拉應(yīng)力，混凝土材料易開裂，致使結(jié)構(gòu)剛度降低，在徐變等因素影響下，撓度會(huì)持續(xù)加大，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力，降低結(jié)構(gòu)安全度。為解決上述問題，可考慮采用造價(jià)相對較高的梁拱組合橋作為比較，但考慮到拱圈與高墩組合對景觀效果具有一定影響，也可同時(shí)考慮波紋鋼腹板橋作為比較方案。

圖28 連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)嵕?/p>

近幾年國內(nèi)為解決大跨連續(xù)剛構(gòu)橋腹板開裂和下?lián)系耐ú。y鋼腹板橋逐漸興起，波紋鋼腹板橋因架設(shè)方便和自重輕特別適應(yīng)于山區(qū)橋梁的建設(shè)。該階段推薦連續(xù)剛構(gòu)橋，但下階段將對梁拱組合橋、波紋鋼腹板橋也進(jìn)行研究，擇優(yōu)選擇。

5 結(jié)語

本文以長合高速公路為工程背景，重點(diǎn)介紹了重慶地區(qū)橋梁建設(shè)條件、山區(qū)橋梁孔跨布設(shè)總體思路，以及大跨徑橋梁設(shè)計(jì)方案。本文在橋梁方案設(shè)計(jì)中引入了“仿生學(xué)”、“綠色設(shè)計(jì)”、“可持續(xù)發(fā)展”等理念，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及橋梁技術(shù)的進(jìn)步，這些理念將成為未來橋梁設(shè)計(jì)的主流。

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