山區(qū)高速公路橋梁工程方案設(shè)計

改造者：翟文濤

山區(qū)高速公路橋梁工程方案設(shè)計

改造者：翟文濤

論文選用的工程案例位于我國北方山區(qū)的某高速公路施工標(biāo)段，結(jié)合該標(biāo)段某橋梁的設(shè)計情況，分析了山區(qū)高速公路橋梁的設(shè)計特點，就山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計在結(jié)構(gòu)選型、總體布置和細(xì)部構(gòu)造設(shè)計等方面的方案比選設(shè)計。

我國是一個多山的國家，大小山脈和河流縱橫全國。為了保障交通運輸和方便人們出行，在山區(qū)建橋是勢所必然。同平原區(qū)公路相比，地形、地質(zhì)、水文條件復(fù)雜是山區(qū)高速公路的主要特點。地面高差變化大，溝壑多，橫坡陡；巖性、巖石風(fēng)化程度各有不同，存在不同程度的崩塌、滑坡、陡岸、巖溶、泥石流、斷層等；水文地質(zhì)復(fù)雜，水系眾多等。山區(qū)橋梁的建設(shè)具有地形起伏變化大，地質(zhì)情況復(fù)雜，水流沖刷嚴(yán)重，河中漂浮物多，施工場地受限制，機械、材料運輸困難等特點。設(shè)計中，需要從安全可靠性、耐久性、經(jīng)濟性、環(huán)保等方面的要求，合理地選擇橋梁結(jié)構(gòu)型式，綜合考慮橋梁各方面建設(shè)因素，進行適宜的構(gòu)造設(shè)計就顯得非常必要。

山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計案例及主要特點分析

我國北方山區(qū)的某高速公路施工標(biāo)段是一條典型的山嶺重丘區(qū)公路。地面標(biāo)高在海拔180m～300m之間，路線經(jīng)過區(qū)域地勢總體是北高南低，地形起伏較大，溝壑縱橫，河谷狹窄，河流彎道多、下切強烈。工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有道路等級低、路面窄，交通極不方便。場地地質(zhì)地層自老至新發(fā)育較全，主要為中元古界、青白口系、震旦系、寒武系、奧陶系次為少是志留系及侏羅系和白堊系。區(qū)域內(nèi)年平均降水時1400mm，降雨分配嚴(yán)重不均，主要集中在5～9月份。該標(biāo)段工程范圍內(nèi)分布有大、中小橋梁共計18座。

結(jié)合上述分析，山區(qū)高速公路的主要特點足地形地質(zhì)復(fù)雜等。受此影響，公路路線平縱橫設(shè)計都要受到地形的影響，經(jīng)驗分析，平面半徑小，平曲線多，縱坡大的特點。沿線的橋梁需要沿著道路的走向進行設(shè)計布置，也就同時具有了如下的幾個特點。

（1）路線基本沿山腰展布，平曲線多，因此，曲線橋梁也就多。并且很多橋梁的平曲線半徑都比較小，橋面超高變化復(fù)雜。

（2）路線所經(jīng)地段大多為地形起伏較大丘陵斜坡和丘陵間溝谷的重丘和多呈U形或V形或W地形地貌的峭壁深谷，相對于線位高度，許多溝谷深度達幾十米，最大溝深可超過百米。橋隧連續(xù)交替相連，橋高、橋長不受水文條件控制.主要決定于兩岸地形。從沿線地形、地貌、地質(zhì)等自然條件反映，多數(shù)橋梁施工點場地狹窄，高空作業(yè)地勢險峻，運輸較困難。同時。由于許多地段橋隧交替，緊密相連。施工十?dāng)_較大。這些影響I嗣素在橋型方案設(shè)計中均需作重點考慮。

（3）許多橋梁橫橋向地形陡。地形變化復(fù)雜，設(shè)計時需因地制宜的選用合適的墩臺形式，這就導(dǎo)致了墩臺的結(jié)構(gòu)形式比較多。

（4）山區(qū)高速公路橋梁最常用的基礎(chǔ)仍為擴大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)。但需根據(jù)實際情況采用，避免施下過程中因?qū)嶋H資料與設(shè)計采用資料不符合而變更墩臺基礎(chǔ)設(shè)計，從而影響整個工程的施工工期。

山區(qū)高速公路橋梁工程方案設(shè)計研究

山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計的總體原則

（1）公路設(shè)計中，橋位服從路線，這算路橋配合的基本原則，設(shè)計中，盡量合理的考慮大型構(gòu)造物兩端的接線順暢。

（2）山區(qū)中，需要利用橋梁進行跨越山谷，結(jié)合山谷的特點，大的河流較少，道路也不多，所以橋梁多設(shè)計為中、小跨徑梁式的結(jié)構(gòu)，不需要大的跨徑。

（3）結(jié)合多種因素，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、經(jīng)驗成熟的預(yù)制裝配施工技術(shù)進行橋梁的設(shè)計建造。

綜合分析，橋梁常采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑的預(yù)制梁板上部結(jié)構(gòu)，場地選擇須考慮至橋位的運輸、架設(shè)技術(shù)、經(jīng)濟可行性，沿線設(shè)置多個現(xiàn)場預(yù)制場。

橋型方案選擇

在橋型設(shè)計方案選擇時，設(shè)計人員根據(jù)線路總體走向，實地踏勘每座橋位的地形、地貌、水文和現(xiàn)場交通等情況，并做好詳細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查記錄，本著安全、實用、經(jīng)濟、有利于環(huán)保和方便施工的原則，合理選擇每一座橋梁建設(shè)方案。

（1）橋梁跨徑的比選設(shè)計

橋梁設(shè)計中，對于跨徑的選擇，除滿足基本功能需要外，還要充分考慮美學(xué)原則的影響，結(jié)合文小資料和設(shè)計案例，比值在0.618-1比較合理。由于山區(qū)地形起伏變化頻繁，應(yīng)根據(jù)地形盡量選擇一種跨徑，不宜根據(jù)墩高頻繁變化跨徑設(shè)計，如果墩柱高度變化很大，可根據(jù)全橋平均墩高綜合考慮跨徑。本著節(jié)約造價和方便施工的原則，在選擇橋梁跨徑布置時進行了多方案比選，選擇合適的橋梁跨徑布置。

1）當(dāng)橋梁下部高度較低（小于10m），地質(zhì)情況較好時，在滿足泄洪斷面需要的情況下，盡量選用小跨徑橋梁。同時為了減少施工模板，方便工程施工和管理，橋梁跨徑選用了13m和16m兩種跨徑。

2）當(dāng)橋梁下部高度在10m～30m之間，地質(zhì)情況適宜，河水較淺，選用中型跨徑布置，并盡量統(tǒng)一的原則選用了20m和30m兩種跨徑。

3）當(dāng)橋梁建設(shè)高度超過30m，河水較深時，選用了40m較大型橋梁跨徑布置。

4）當(dāng)橋梁建設(shè)高度超過50m，河中水深超過15m時，選用了120m大型橋梁跨徑布置。

（2）橋梁上部結(jié)構(gòu)比選設(shè)計

橋梁上部結(jié)構(gòu)根據(jù)橋位處水文、地質(zhì)、運輸條件和有利于施工的原則選擇適宜的結(jié)構(gòu)型式。

山區(qū)橋梁由于受線位走向需要，很多橋梁位于斜、坡、彎路段，預(yù)制梁板施工困難，還有一些橋梁受地形條件制約，橋位附近沒有預(yù)制場地，無法進行現(xiàn)場預(yù)制，此時，根據(jù)橋梁建筑高度和施工期過水?dāng)嗝嫘枰喜拷Y(jié)構(gòu)分別選用了滿堂支架或跨墩門架現(xiàn)場澆筑混凝土施工方案。當(dāng)橋位處路段線性比較平直且附近有預(yù)制場地時，常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)跨徑的橋梁上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場預(yù)制結(jié)構(gòu)，并綜合考慮橋下場地、橋梁跨徑和橋梁建筑高度等因素分別采用吊機安裝或架橋機安裝。對于河水較深，墩高較大，橋梁全長超過1km的標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋梁，上部結(jié)構(gòu)采用移動模架現(xiàn)場澆筑混凝土。對于大跨徑變截面連續(xù)結(jié)構(gòu)選用掛籃懸臂澆筑混凝土。

（3）橋梁下部結(jié)構(gòu)的比選

在橋梁下部結(jié)構(gòu)的選擇上，設(shè)計充分考慮了橋位處地形、地質(zhì)、河流沖刷、漂浮物情況和現(xiàn)場材料等因素。

對于河中有可能出現(xiàn)較大漂浮物的橋梁，為了提高橋梁墩臺的抗撞性能，下部結(jié)構(gòu)優(yōu)先選用重力式結(jié)構(gòu)，將迎水面做成圓弧形或錐形，以利于行洪和漂流物，并根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧锨闆r選用了混凝土或漿砌石結(jié)構(gòu)，其余優(yōu)先采用輕型墩臺。

當(dāng)河中水較深，河流沖刷較大時，橋墩盡量采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，當(dāng)橋位處地質(zhì)情況較好，河流枯水期水深較淺時，優(yōu)先采用擴大基礎(chǔ)。當(dāng)河流沖刷較大，巖層埋深較淺，基礎(chǔ)采用了擴大基礎(chǔ)下接短鉆孔群樁組合基礎(chǔ)。

山區(qū)高速公路橋梁過程中， 采用樁柱式或肋板臺限制較大，錐坡設(shè)置存在很大困難，可在錐坡底部設(shè)置與路基擋墻銜接的擋墻，采取組合式輕型橋臺的方式處理。

因為所處地形、地質(zhì)條件的復(fù)雜，所以該橋梁在路線布設(shè)上存在很大困難。橋梁建設(shè)受施工場地、運輸條件等的制約；平面線形以曲線為主；路線必須跨越山谷的地段，橋梁的橋墩較高，大型橋梁構(gòu)造物設(shè)置較多；同一座橋梁中的橋墩高度差別可能很大；如果從減少下部橋墩數(shù)量方面考慮，橋梁的下部橋墩可以采用全幅雙柱式或單幅單柱式，但是因為上部結(jié)構(gòu)連續(xù)引起高墩尺寸偏大的影響，進一步增大了下部蓋梁及橋墩的尺寸；采用雙幅雙柱式或單幅單柱式的設(shè)計，就需要采用預(yù)應(yīng)力蓋梁的結(jié)構(gòu)進行處理，不僅影響施工進度，還增加了造價和難度；所以，綜合方案設(shè)計，均采用單幅雙柱式墩進行后段全線工程的設(shè)計。

細(xì)部構(gòu)造設(shè)計

（1）墩梁固結(jié)設(shè)計

彎、坡、高、長橋等是山區(qū)高速公路橋梁的特點。設(shè)計中如果采用連續(xù)支承體系，容易產(chǎn)生橋梁的支座脫空、破壞的現(xiàn)象，甚至橋梁的梁體開裂的嚴(yán)重后果。所以設(shè)計中選擇使用墩梁固結(jié)體系結(jié)構(gòu)形式。

當(dāng)橋梁位于曲線、大縱坡的情況下，墩高超過20m的高墩橋，如果要有效的控制上部結(jié)構(gòu)施工過程中的墩頂位移量，就需要采用墩梁固結(jié)的剛構(gòu)體系，可以避免橋體的滑移，提高橋梁穩(wěn)定性、耐久性。

（2）防護設(shè)計

針對山區(qū)河流沖刷大的特點，在基坑回填時要求結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)周邊采用粘土回填，并在表面根據(jù)河水深度和流速狀況分別做了護砌、干砌、拋石等各種形式的防護。橋頭個根據(jù)現(xiàn)場地形分別做了錐坡、護坡、護岸等形式的防護，并為了做到與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)選用了漿砌石、混凝土預(yù)制塊和植被等多種防護類型。

（3）抗震設(shè)計

針對目前國內(nèi)、外橋梁的震害表現(xiàn)，加強了對橋梁的抗震構(gòu)造設(shè)計。對預(yù)制梁結(jié)構(gòu)采用分片設(shè)置縱、橫抗震擋塊，對現(xiàn)澆混凝土梁（板）或預(yù)制板結(jié)構(gòu)在墩臺兩側(cè)設(shè)置抗震擋塊，在抗震擋塊設(shè)置上采用了兩次設(shè)防，即內(nèi)側(cè)擋塊構(gòu)件做得纖細(xì)，地震時允許破壞以降耗地震能量，外側(cè)擋塊構(gòu)造較強，防止落梁。對簡支梁（板）結(jié)構(gòu)分別在縱、豎向設(shè)置抗震防落梁連接件，并在構(gòu)件接頭間設(shè)置橡膠減震塊，以便地震時能起到較好的緩沖作用。

結(jié)語

山區(qū)高速公路橋梁由于其所處位置地形多樣，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，水位變化大等特點，其設(shè)計應(yīng)具有很強的針對性。因此，在橋梁設(shè)計過程中，要對設(shè)計方案進行合理的選取，與其他構(gòu)造物的銜接處理要得當(dāng)，才能更好的體現(xiàn)設(shè)計水平。論文主要介紹了山區(qū)橋梁總體布置，結(jié)構(gòu)選型、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計等方面，對以后類似的設(shè)計有較好的指導(dǎo)作用。

翟文濤

包頭市公路規(guī)劃勘測設(shè)計院

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.026