淺談山區V型溝梁橋設計

邢婷婷

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

近年來，隨著中國交通事業的迅猛發展，尤其在西部大開發的交通建設中，山區高等級公路的興建越來越多，由于地形復雜，山高坡陡，多采用高墩來跨越河谷和深溝，且各個橋墩之間的高差也很大。根據山區高墩橋梁的一般特點，平、豎曲線的半徑往往比較小，所以一般采用變墩高的曲線橋。由于這種斜、彎、坡、異形等特點，給橋梁的線型設計、構造處理及防護和穩定性帶來很大困難。本文通過神岢高速公路張家大橋4×40 m先簡支后連續裝配式預應力混凝土T梁彎橋的設計，以便進一步了解在V型溝地形條件下橋梁設計中需要注意和采取的有效措施，為以后同類型橋梁設計提供借鑒和參考。

1 工程介紹

神池至岢嵐高速公路位于山西省忻州市的西北部，行政區劃隸屬忻州市神池縣、五寨縣、岢嵐縣。從整體地形地貌上來看，項目區地處晉西北黃土高原中部，屬于山西西部丘陵山地。走廊帶內總體地勢較平坦，以侵蝕黃土溝谷及黃土臺塬、丘陵相間居多。

本項目起點位于忻州市神池縣東湖鄉西北，利用東湖樞紐（已列入神池至河曲高速公路項目）連接西縱高速公路朔州至神池段、大營至神池、神池至河曲高速公路，終點位于岢嵐縣高家會鄉西會村，接西縱高速公路岢嵐至臨縣段、忻保高速公路。全線均位于忻州市境內，路線全長63.907 km。張家大橋位于神池至岢嵐高速公路第TJ1合同段K30+640處。

2 張家大橋設計要點

2.1 地形地質

張家大橋位于五寨縣張家村，橋址位于黃土梁峁與沖溝組合地區，跨越V字形沖溝，地形起伏較大，地面標高約1 474.00～1 546.00 m左右。橋址區地層主要有第四系全新統沖洪積（Q4al+pl）及上更新統風積（Q3eol）粉土、中更新統沖洪積（Q2al+pl）粉質黏土。橋址區未見斷裂構造形跡。橋址區覆蓋層較厚，未揭示巖層節理裂隙發育規律，無不良地質現象。橋址區地下水主要為第四系松散層孔隙水，以大氣降水為主要補給方式，以蒸發為主要排泄途徑。地下水埋藏較深，勘探深度內未揭露穩定水位。地下水對工程影響較小。

2.2 橋型選擇

橋址地處V型溝，兩側坡體穩定性較差，一般設計時要注意對邊坡的影響控制到最小。橋墩應避免放置在溝底，雨水沖刷較嚴重，對下部結構、基礎影響較大。若由于實際情況綜合考慮無法避免，則應在設計時將承臺上移，盡量減少對河道的影響。處于V型溝兩側邊坡上的橋墩，應盡量采用開挖量小的橋墩形式。

張家大橋橋址跨越黃土V字形沖溝，地形起伏較大，自然坡度約為60°左右，表層土為濕陷性黃土，溝底和溝頂高差相對較大，地質情況較差，半徑相對較小，為縮短工期，減少造價，綜合比選，選用裝配式T梁結構，全橋采用一聯4×40 m裝配式預應力混凝土連續T梁，簡支安裝，現澆連續接頭的先簡支后連續的結構體系。

橋梁全長168 m，前右角90°，墩臺徑向布置。在橋臺處采用四氟滑板式橡膠支座，橋墩采用板式橡膠支座；橋臺采用D-80伸縮縫；橋面鋪裝瀝青瑪蹄脂碎石C50鋼纖維防水混凝土。在瀝青混凝土和鋼纖維防水混凝土之間設SJC-FⅡ型橋面防水涂料層。橋跨布置見圖1（圖中尺寸單位均以cm計）。

圖1 橋型布置圖 （單位：cm）

2.3 布梁設計

張家大橋位于小半徑曲線上（半徑900 m），墩臺徑向布置，在進行布梁方案設計時，考慮采用偏置設計中心線和偏移1/2矢高進行布梁兩種方法進行比較。因本橋半徑較小，采用偏置設計中心線的方法會導致邊梁翼緣懸臂過長，采用偏置1/2矢高的方法可以有效避免懸臂過長。在實際設計中，可以選定一個臨界半徑，對于曲線半徑小于臨界半徑的，就直接采用偏置1/2矢高方法進行布梁，減小設計中布梁的反復，減少設計工作量。偏置1/2矢高布梁后，對下部結構尺寸及位置會產生一定變化，設計中一定要注意偏置后的影響，避免上下部出現對立，導致橋梁下部和上部出現偏差。表1為張家大橋偏置1/2矢高后的預制梁懸臂參數表，由表1可看出，偏置1/2矢高布梁后，T梁的內外懸臂都更接近于標準懸臂長。

在山區高速公路橋梁設計中，往往會遇到平曲線的半徑較小的情況，當曲線半徑較小時，可考慮采用偏移1/2矢高布梁，減少弦弧差，使邊梁內外懸臂長度更接近，同時避免邊梁懸臂過長。而當曲線半徑較大，橋跨總長不是很長的情況下則可以考慮平行布梁[1]。

2.4 墩臺設計

在V型溝地形條件下的橋梁多為高墩的彎橋，墩高相差懸殊，結構復雜，長細比較大[2]，所以橋墩類型的選擇在設計中就顯得尤為重要。普通的雙柱式墩橫向抗彎剛度較好，但縱向抗彎剛度和抗扭剛度較差，在墩高較大時容易在荷載作用下發生墩柱的失穩。而薄壁空心墩其截面橫橋向尺寸較大，在各方向抗彎剛度都比較大，抗扭剛度大，且整體性好。

表1 預制梁懸臂參數表

張家大橋0號橋臺和4號橋臺均采用柱式臺，位于兩側邊坡上的1號和3號橋墩采用雙柱式墩，減少開挖，避免對原狀土的破壞，溝底2號墩，墩高較高，采用剛度較大的薄壁空心墩，承臺上提，減少對溝底的開挖。

張家大橋橋位處地震烈度較大，為了增強橋梁的抗震能力，避免落梁，在每片主梁端部都設置防震擋塊，同時主梁與主梁之間設置多道橫隔板，加強主梁的整體性。同時為加強橋墩的抗震能力，在柱頂、柱底和樁頂設置加強箍筋段，形成雙螺旋箍筋并排布設，提高橋墩塑性鉸區的延性抗震能力。

2.5 全橋防護

張家大橋跨越黃土V字形沖溝，地形起伏較大，表層土為濕陷性黃土，劈裂節理、落水橋、沖溝等黃土地貌發育，橋臺穩定性較差。施工完成后，需對橋臺岸坡進行防護，防止人工開挖造成邊坡失穩，故在設計時在橋臺處開挖邊坡防護順接路基邊坡防護，橋墩處橋面寬度兩側各3 m范圍內第一級邊坡設置全護面墻，二級及以上邊坡設置30 cm厚漿砌片石護坡。

橋臺處位于挖方段，為了防止主梁受腐蝕以及在后續運營便于更換支座，主梁下凈空控制在1.5 m左右，同時在主梁下設置縱坡為1%的開挖平臺。由于受地形影響，雨水沖刷對橋梁影響較大，施工時應根據現行施工規范做好基坑坑壁支護、排水等工作，以確保橋梁施工、運營安全。故在橋臺兩側設置急流槽，連接路基邊溝將水排到溝底，在墩臺開挖邊坡處均設置平臺排水溝及急流槽。施工完成后，將基坑回填壓實至基礎頂面以上，做好回填平臺的排水防護工作。

3 結語

由于V型山溝高墩橋梁的不規則性，使得山區高墩橋梁在設計過程中比較困難，通過本文的介紹，可得出以下結論：

a）在對V型溝地形條件下的橋梁進行設計時，應優先選擇抗彎剛度和抗扭剛度大的橋墩形式，故柱式墩多在梁橋墩高小于30 m時采用，而當橋梁墩高超過30 m時，下部結構多采用矩形墩、薄壁墩和薄壁空心墩。

b）在V型溝地形條件下，由于山谷兩側山體坡度較大，橋墩的高度往往相差較大，跨距不均勻，因此很容易形成剛度和受力不平衡的情況，從而造成墩頂位移較大，易發生落梁現象，所以上部結構通常選擇剛度平衡，整體穩定性好的上部結構形式，如采用多聯連續梁或連續剛構，以提高橋梁的整體穩定性。

c）在對彎橋進行布梁設計時，根據實際平曲線情況選擇合理的布梁方式，如若曲線半徑較小，建議選擇偏置1/2矢高的方法進行布梁，減少內外懸臂差。

d）在V型溝高墩橋梁的設計過程中，應全面考慮橋梁的防護措施，尤其注意V型深溝受地形限制，雨水沖刷對其橋梁基礎影響較大，應做好雨水導流、排放設施。