福建山區(qū)公路橋梁設計方案的選擇

■連勵瓊

(福建省交通規(guī)劃設計院，福州 350004)

1 前言

山區(qū)公路的主要特點是地形、地質(zhì)較為復雜，構造物多，橋梁占公路長度比例大，具體表現(xiàn)為地形陡峻、變化頻繁，平、縱、橫相對高差大；地質(zhì)多為巖堆、坡積、陡崖、斷裂帶等不良地質(zhì)。受自然條件等諸多因素的影響，橋梁布設時平縱橫三個方面都受到約束，多為彎坡橋、橋墩高、跨徑大，墩臺型式多樣，橋梁設計必須解決好各細部構造與地形地質(zhì)相適應之間的關系。橋梁作為公路的重要組成部分，在橋型方案的比選上有相當難度和復雜性，若要設計成功一條山區(qū)公路，做好橋梁設計方案就顯得十分重要。

2 路橋方案的選擇

山區(qū)公路因受地形地質(zhì)等自然條件的制約，在溝谷、高填、陡坡地段，修建路基或橋梁方案的選擇，一直是難以把握的關鍵問題。由于山區(qū)公路一般為挖多填少，路基土石棄方較多，橋梁造價相對于路基一般較高，路橋方案很多只受地形控制，在路基不宜填筑的條件下采取橋梁方案，所以合理路橋方案選擇，直接關系公路工程造價。

根據(jù)公路路基設計規(guī)范，當路基中心填方高度超過20m 時，宜結合路基與橋梁方案進行比選。在實際路橋方案比選中，不能直接考慮以中心填高20m 為界選擇路或橋方案，應詳細了解現(xiàn)場地形地質(zhì)自然條件。

當中心填高超過20m，如果地質(zhì)情況較好、溝谷較平坦、可利用涵洞排水、附近棄方又可利用的,如圖1所示，可考慮路基設計方案。

當中心填高低于20m，如果地質(zhì)情況較差、溝谷較陡峻、設置涵洞排水工程量大、附近又棄方?jīng)]可利用的，如圖2 所示，即可考慮橋梁設計方案。

圖1 高填路堤處理設計圖

圖2 路基橋梁方案比較

所以山區(qū)公路高填路段，路橋方案比選不能一概而論，應綜合施工和自然條件，進行方案比選和造價比較，合理選擇路橋設計方案。

3 橋型方案的選擇

山區(qū)公路地形起伏變化頻繁，橋型方案的選擇著重要處理好與跨徑、墩高三者之間的關系，應結合沿線自然條件、施工難度和環(huán)保要求，考慮其受力特點和經(jīng)濟性，一般以經(jīng)濟、常用的橋型為主，方便梁板預制與施工。橫斷面形式有空心板、T 梁、小箱梁等三種結構可以選擇，對于跨徑16m、20m 的一般采用空心板較為經(jīng)濟，跨徑25m、30m、35m、40m 的一般采用T梁較為合適，小箱梁是介于空心板和T 梁之間的一種橫斷面形式。為了保證行車舒適，結構耐久適用，一般采用先簡支后結構連續(xù)或墩梁固結的連續(xù)一剛構混合體系。

山區(qū)高架橋采用連續(xù)梁橋方案時，跨徑與墩高的關系一般選擇比值為0.618～1 之間，20m 跨徑適應的墩高一般為10～20m；25m 跨徑適應的墩高一般為15～25m；30m 跨徑適應的墩高一般為20～30m；40m 跨徑適應的墩高一般為25～40m。通常根據(jù)地形選擇一種跨徑，不宜根據(jù)墩高頻繁變化跨徑，墩柱高度變化很大時，可以采用20m 與30m 或者30m 與40m 的組合跨徑。如圖3所示，根據(jù)地形、地質(zhì)條件橋位處可布設30m、35mT梁，但從施工便利、工程造價等因素綜合比選，推薦30m T 梁方案。

圖3 橋梁方案比較表

山區(qū)公路橋梁經(jīng)常出現(xiàn)平面半徑小、縱坡大、橫坡陡、彎坡橋等特點，必須著重處理好上部構造(板或梁)與平面曲線半徑的關系。橋位平面曲線半徑對橋梁跨徑的選擇及平面布置影響較大，主要表現(xiàn)為內(nèi)外弧差和中矢高，由于曲率半徑的影響，內(nèi)外梁梁長不等，解決途徑一般根據(jù)平面半徑變化梁長或不變梁長加大帽梁處理。

變化梁長具有帽梁尺寸較小、規(guī)格統(tǒng)一，但預制梁長度種類就較多，頻繁調(diào)整模板，堆放預制梁需要很大場地；等梁長可采用內(nèi)弧長等于標準跨徑布置，這樣連續(xù)段長度一端比標準長度增加或減小，中矢高可以通過調(diào)整護墻內(nèi)緣使之適應平面線形。山區(qū)地形狹窄處地形陡峭，預制場地狹窄，宜采用等梁長布置較為妥當。

橋型的選擇應根據(jù)適應、經(jīng)濟、美觀、安全以及施工的難易程度等因素進行綜合分析，以便最終確定橋梁實施方案.對于山區(qū)公路而言，還應著重考慮施工難易程度、山區(qū)地質(zhì)病害及環(huán)境保護等影響因素。

4 橋墩型式的選擇

橋墩應該滿足上部的所要求應具有的支撐力，同時還要注意布置的是否合理均勻。橋墩型式應根據(jù)墩高的不同，可采用柱式墩、Y 型墩、薄壁墩等型式。柱式墩具有結構穩(wěn)定性好、施工方便、外觀輕穎、布設靈活等特點，可適應不同類型的基礎，所以山區(qū)橋梁廣泛采用柱式墩。墩高與墩柱直徑成正比對應關系，墩高越高，墩柱直徑越大，同一座橋梁盡量采用1～2 種墩柱直徑為宜，以減少模板的種類。

山區(qū)公路橋梁跨溝谷、斜交大，可用單柱墩，以減小阻水面積；曲線半徑較小或大縱坡的橋梁，可用雙柱墩，以減小曲率和縱向水平力的影響；橋斷面較寬的橋梁，可用三柱墩，適用不同橋?qū)挼淖兓粯蚨招褪降倪x擇，可結合具體的橋型，地形和地質(zhì)狀況，技術經(jīng)濟和美觀等因素綜合考慮。

5 橋臺型式的選擇

橋臺是橋梁兩端橋頭的支承結構，是道路與橋梁的連接點，橋臺類型有重力式橋臺、埋置式橋臺和輕型橋臺。山區(qū)跨谷橋不宜在陡峻山坡上修筑高橋臺，橋臺型式應根據(jù)地質(zhì)及橋型具體情況，常用橋臺型式有U 型臺、肋板臺、樁柱臺等。

重力式U 型臺：橋臺高度一般采用在10m 之內(nèi)。U型橋臺構造簡單，基礎底承壓面大，應力較小，但圬工體積大，可根據(jù)地形在縱向和橫向合理分臺階，以更好適應地形，減小開挖，節(jié)約圬工方量。

樁柱式橋臺：一般臺后填土高度宜控制在5m 以下，聯(lián)長宜控制在150m 以內(nèi)，否則樁柱式橋臺因抗推剛度小不宜使用。山區(qū)公路橋梁縱向地形陡峭，往往不能設置錐坡，這時采用樁柱式會受到較大限制。

埋置式肋板臺：一般適用于地形較平緩，地質(zhì)覆蓋層較厚，填土較高，但橋臺高度也不宜超過12m。肋板臺其臺身挖空率高、擋土面積小、抗推剛度大、工程費用省，是一般梁式橋常用的橋臺類型。

6 橋梁基礎的選擇

橋梁基礎承擔著全橋重量以及橋上的可變荷載，山區(qū)公路橋梁常用的基礎為擴大基礎與樁基礎，橋梁基礎應根據(jù)橋位地形、水文、地質(zhì)等自然條件合理選用。

山區(qū)一般地質(zhì)情況較好，地基承載力大，對于橋位地形縱橫坡相對平緩的，常用擴大基礎。具有施工簡單，就地取材，穩(wěn)定性好，承受較大的荷載，主要特點是基礎外伸長度與基礎高度的比值必須限制在材料剛性角的正切tanα 的范圍內(nèi)。

對橋位地形縱、橫坡較陡，如采用擴大基礎，應考慮基礎擴散角、覆蓋層厚度和施工相互影響等因素。當基坑開挖量大、邊坡穩(wěn)定性差、破壞山體嚴重、地基承載力差的宜選用樁基礎。

樁基礎所承受的荷載由樁身與周圍土之間的摩阻力及樁底地層的抵抗力來支承，具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降均勻等特點。山區(qū)樁基礎多為嵌巖樁和柱樁，地質(zhì)情況較差地段采用摩擦樁。樁基礎不管受力形式如何，施工方法上多為鉆孔灌注樁。

7 橋梁設計方案實例

如圖4 所示，該橋為某國省道工程中一座中橋，典型的彎、坡、斜橋。橋址位于在溝谷、陡坡地段，設計時采用橋梁方案：上部結構采用3×20 米PC 連續(xù)空心板，造價低、較為經(jīng)濟；且構造輕、架設方便，利于施工。橋位處平面半徑R=200m，采用等梁長布設，平面小半徑通過橫向移動空心板梁及調(diào)整外翼緣懸臂來擬合曲線。橋臺處地質(zhì)好，設置U 臺配擴大基礎。該項目目前已建成通車，實現(xiàn)工期短、效益好。

8 結論

(1)針對于山區(qū)公路橋梁設計而言，因山區(qū)公路具有平面半徑小、橫向超高大、縱向縱坡陡、水文地質(zhì)復雜等特征。合理選擇橋梁設計方案，有利于工程建設、生態(tài)保護、縮短工期和節(jié)省工程造價。

(2)山區(qū)公路橋梁彎坡橋多，高墩大跨多，墩臺形式多，設計中必須協(xié)調(diào)解決好橋梁各細部構造與地形地質(zhì)之間的關系。

(3)山區(qū)公路橋梁設計方案選擇，本身就是一項既復雜又靈活的工作，需不斷認真總經(jīng)驗，不斷實踐與探索，不斷更新與提高，使設計理念、構造方式和唯美造型結合，使用價值和效益實用相輔。

[1]李雄飛.談滬蓉西高速公路橋梁設計[J].中國水運(下半月),2008.04.

[2]魏少楠,劉建州.談山區(qū)高速公路橋梁設計[J].城市建設理論研究,2014.10.