談山區(qū)深溝彎梁橋的設(shè)計

解 磊

(山西省交通科學(xué)研究院,山西 太原 030006)

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談山區(qū)深溝彎梁橋的設(shè)計

解 磊

(山西省交通科學(xué)研究院,山西 太原 030006)

結(jié)合神池至岢嵐高速公路小口子大橋的工程概況，從橋型選擇、布梁方式、墩臺、全橋防護等方面，闡述了小口子大橋的設(shè)計要點，總結(jié)了山區(qū)深溝地形條件下，橋梁設(shè)計需考慮的因素，以供同類橋梁設(shè)計參考。

橋梁，U型溝，橋墩，懸臂

0 引言

近些年來，我國公路交通建設(shè)迅猛發(fā)展，西部地區(qū)建設(shè)的高速公路越來越多，而我國西部多山區(qū)高原，山體高聳而陡峭，需用比較高的橋墩來跨越河溝，橋墩彼此的高度相差也很大。此類橋大多都是墩高變化的曲線梁橋，公路路線平彎曲線半徑一般比較小，使得橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計中穩(wěn)定和防護都比較困難。本文將以神池至岢嵐高速公路小口子大橋的設(shè)計為依據(jù)，介紹和闡述一些在多山地區(qū)深溝等復(fù)雜條件下梁橋設(shè)計中需多注意的問題及采取的一般措施，今后此種類型的梁橋可參考和借鑒。

1 工程的背景

山西省神池至岢嵐高速公路是西縱高速公路右玉殺虎口—芮城風(fēng)陵渡段的重要組成部分，北接西縱朔州至神池段、第三橫靈丘至河曲高速公路，南連第四橫忻州到保德高速公路、西縱高速公路岢嵐到臨縣段，縱貫忻州西部腹地。該高速公路起點位于忻州市神池縣東湖鄉(xiāng)西北，途經(jīng)神池縣、五寨縣和岢嵐縣，于高家會鄉(xiāng)西會村到達本項目終點岢嵐樞紐，全長63.907 km，設(shè)計速度為100 km/h，采用一級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

整體來看，該項目位于山西忻州市西北部，地處晉西北的黃土高原中部，從地形地貌上，該地區(qū)是山西西部的丘陵山地。地勢東南高，西部低，中間為“丁”字形盆地，北部與西北部為黃土丘陵。路線走廊北端為朱家川河河流谷地，中間多為黃土梁峁或黃土平原地區(qū)，南端為嵐漪河河流谷底。

2 小口子大橋設(shè)計要點

2.1 橋梁地質(zhì)條件

小口子大橋位于五寨縣周家村，大橋全長156 m，地面標(biāo)高約1 485.00 m～1 550.00 m。橋址位于黃土梁峁和沖溝組合地區(qū)，跨越的沖溝顯U字形，地形起伏很大。橋址區(qū)表面濕陷性黃土厚度大，濕陷等級為Ⅱ級自重(中等)，樁長計算時需考慮負摩阻力的影響。本工點無不良地質(zhì)現(xiàn)象，抗震設(shè)防烈度為7度。地下水埋藏較深，勘探深度內(nèi)未揭露穩(wěn)定水位，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋的腐蝕性為微腐蝕。

2.2 橋型的選擇

小口子大橋全橋的跨徑組合為5×30 m，90°交角。對于橋梁上部結(jié)構(gòu)的選擇，因地形比較復(fù)雜，橋址區(qū)表面濕陷性黃土厚度大，兩側(cè)土體容易在施工中坍塌,為了降低工程造價，減少施工中不確定性，采用了可加快進度的裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，將預(yù)制好的箱梁簡支架設(shè)在橋墩上，各小箱梁之間濕接頭現(xiàn)場澆筑。

本橋跨越U型溝的地形，在其兩側(cè)的土體很不穩(wěn)定，雨水匯水面積很大，對橋梁的橋墩、基礎(chǔ)和承臺等有嚴(yán)重的沖刷，應(yīng)該盡量避免在溝底放置橋墩，既可以減少對其的雨水侵蝕，也適當(dāng)減少墩臺的高度，降低造價與施工難度。而在U型溝兩側(cè)坡體上的橋墩應(yīng)盡量保護原有土層，減少對坡體的開挖，在墩高允許情況下宜采用柱式墩。

本橋支座除橋臺和分聯(lián)墩處設(shè)置四氟滑板式橡膠支座外，其余橋墩上都使用板式橡膠支座；橋梁伸縮縫用毛勒伸縮縫，橋臺與分聯(lián)墩處分別使用D-80伸縮縫和D-160伸縮縫；橋面鋪設(shè)10 cm厚C50鋼纖維防水現(xiàn)澆混凝土，其上涂抹橋面防水涂料，最后鋪裝10 cm厚瀝青混凝土。

橋梁的橋型圖見圖1。

2.3 主梁的布梁設(shè)計

小口子大橋位于半徑為1 648 m的半徑曲線上，半徑較小，故徑向布置橋臺和橋墩。在橋梁大師中進行橋梁布梁設(shè)計時，可通過設(shè)置臨界半徑以確定是否將設(shè)計線偏置1/2的矢高。如果橋梁平彎曲線半徑過小，將會使左右幅邊梁的翼緣懸臂太長，而首先將路線中心線偏置1/2的矢高，以偏移后的設(shè)計線為基線進行布梁，可以使內(nèi)翼緣與外翼緣的懸臂長度比較平均，避免其長度過長的問題。根據(jù)布梁設(shè)計修改模型之后，主要影響橋梁上部結(jié)構(gòu)，但也可能會使橋梁的蓋梁長度加大，為保證該梁懸臂段對稱，樁位也會有相應(yīng)的改變。未偏置1/2矢高與偏置1/2矢高布梁之后的梁懸臂長度分別見表1和表2。

表1 未偏置1/2矢高的梁懸臂長度表

孔數(shù)左右幅懸臂類型小樁號梁端1/8L2/8L3/8L4/8L5/8L6/8L7/8L大樁號梁端1左幅內(nèi)懸臂1.6491.621.5991.5861.5821.5861.5981.6191.648外懸臂1.6511.681.7011.7141.7181.7141.7021.6811.652右幅內(nèi)懸臂1.6511.681.7011.7141.7181.7141.7021.6821.653外懸臂1.6491.621.61.5871.5831.5861.5991.621.6482左幅內(nèi)懸臂1.6481.6191.5981.5861.5821.5861.5981.6191.648外懸臂1.6521.6821.7021.7141.7181.7141.7021.6811.652右幅內(nèi)懸臂1.6531.6821.7021.7141.7181.7141.7021.6821.653外懸臂1.6481.6191.5991.5871.5831.5871.5991.621.6483左幅內(nèi)懸臂1.6481.6191.5981.5861.5821.5861.5981.6191.648外懸臂1.6521.6821.7021.7141.7181.7141.7021.6811.652右幅內(nèi)懸臂1.6531.6821.7021.7141.7181.7141.7021.6811.653外懸臂1.6481.6191.5991.5871.5831.5871.5991.621.6484左幅內(nèi)懸臂1.6481.6211.6021.5911.5871.5911.6031.6221.648外懸臂1.6521.681.6981.7091.7131.7091.6971.6781.652右幅內(nèi)懸臂1.6531.6791.6981.7091.7131.7091.6971.6791.653外懸臂1.6481.6211.6031.5921.5881.5921.6031.6221.6485左幅內(nèi)懸臂1.6481.6241.6071.5971.5941.5981.6081.6261.649外懸臂1.6521.6771.6931.7031.7061.7021.6911.6741.651右幅內(nèi)懸臂1.6531.6771.6931.7031.7061.7021.6911.6741.651外懸臂1.6481.6241.6071.5981.5951.5991.611.6271.649

表2 偏置1/2矢高的梁懸臂長度表

由表1和表2比較可得，未偏置1/2矢高時第一跨跨中處，內(nèi)懸臂長1.582 m，外懸臂長1.718 m，相差比較大，而將基準(zhǔn)線偏置1/2矢高后，內(nèi)懸臂長1.616 m，外懸臂長1.684 m，相比較而言，內(nèi)外懸臂差距較小，有效地避免了外懸臂長度過長的問題。

在實際公路橋梁設(shè)計中，平彎半徑較小的情況是比較常見的，這時橋梁的橋臺橋墩需要徑向布置，布梁設(shè)計中要以偏移1/2矢高的設(shè)計線為基準(zhǔn)線，翼緣的內(nèi)外懸臂長度比較均衡，有效地避免外懸臂長度過長的問題。

2.4 墩臺的設(shè)計

山區(qū)高速公路中跨越類似這種U型溝的梁橋，一般橋墩高度都比較大，此類橋墩的細長比比較大，并且溝底與坡上橋墩的高度差也很大，因此慎重的選擇橋墩的形式。小口子大橋是高墩的彎梁橋，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。對于一般連續(xù)梁采用的柱式墩，其橫向剛度比較大，而縱橋向的抗扭和抗彎性能不是很好，當(dāng)橋墩到一定高度后，細長比較大，在地震等荷載作用下易發(fā)生失穩(wěn)破壞，對橋墩的縱橋向剛度要求比較高，柱式墩已經(jīng)不能滿足要求。相比于柱式墩，橫向剛度比較大的矩形墩比較適合此類橋墩。小口子大橋的橋臺都使用柱式臺，1號和4號橋墩地處于兩側(cè)邊坡，采用雙柱式墩，減少開挖，因2號墩位于溝底墩高較大，采用更穩(wěn)定的矩形墩，承臺上移減少對溝底的開挖，而3號墩則采用雙柱式墩。小口子大橋抗震設(shè)防烈度為7度，且橋梁為重要工程，對抗震性能要求較高，為增加主梁整體性，提高抗震性能，可在主梁之間設(shè)置橫隔梁，防止橋梁上部主梁的落梁現(xiàn)象，需在每片主梁的端部位置設(shè)置防震擋塊。對于下部結(jié)構(gòu)的抗震性能，為提高其延性，在雙柱式墩的墩頂和墩底，以及樁頂都設(shè)置了加強箍筋。

2.5 全橋防護

橋址處于沖溝和黃土梁峁組合的地區(qū)，沖溝顯U字形，溝底較深，雨水沖刷大，并且地表為極不穩(wěn)定的濕陷性黃土，開挖時濕陷性黃土容易塌落，為了保障橋梁施工的順利進行，基坑要做好坑壁的支護和排水等。施工結(jié)束以后，回填基坑并夯平壓實，做好回填平臺的排水防護工作。橋臺處為挖方路段，為預(yù)防兩側(cè)邊坡出現(xiàn)土體失穩(wěn)情況，要在岸坡設(shè)置防護措施，從路基的邊坡防護順延至橋臺處，全護面墻的第一級邊坡設(shè)置在橋墩橋面寬度兩側(cè)3 m范圍內(nèi)，二級及以上邊坡設(shè)置30 cm厚漿砌片石護坡。

3 結(jié)語

在山區(qū)U型溝地形條件下，橋梁橋墩的高度一般較高，跨越的地形比較復(fù)雜，設(shè)計時需要考慮的因素很多，通過對小口子大橋的分析，可得出如下結(jié)論：

1)對于上部結(jié)構(gòu)的選擇，因U型沖溝地形陡峭，致使橋墩的墩高差距很大，彼此之間剛度與計算長度不同，各橋墩的縱橋向變形也會因此不同，架設(shè)在其上的主梁易發(fā)生落梁。為防止落梁現(xiàn)象，上部結(jié)構(gòu)宜采用整體性能較好的連續(xù)剛構(gòu)或者連續(xù)箱梁。

2)由于U型溝的地形實際情況，橋梁一般具有墩高差距很大的橋墩，要根據(jù)具體橋墩高度采用不同形式的橋墩。當(dāng)橋墩高度較低，應(yīng)采用雙柱式的橋墩，既能滿足設(shè)計要求，又可減少對坡體破壞，降低混凝土的用量；而當(dāng)橋墩較高時，下部結(jié)構(gòu)多采用穩(wěn)定性更好的矩形墩，增加墩柱的縱向剛度。

3)在實際公路橋梁設(shè)計中，如遇到其平彎半徑較小的情況，橋梁的橋臺橋墩需要采用徑向布置，布梁設(shè)計中要以偏移1/2矢高的設(shè)計線為基準(zhǔn)線，翼緣的內(nèi)外懸臂長度比較均衡，能有效地避免外懸臂長度過長的問題。

4)雨水對山區(qū)深溝彎梁橋的沖刷作用很大，應(yīng)采取多種防護措施，做好雨水導(dǎo)流、排放措施，確保施工順利和運營安全。

[1] 張科峰.山區(qū)橫向陡坡路段雙柱式墩設(shè)計探討[J].山西交通科技,2015(5):58.

[2] 鄧育林,雷 凡,何雄君.山區(qū)橫向陡坡路段雙柱式墩設(shè)計探討[J].山西交通科技,2015(5):58.

Discussion on the design of mountainous groove curved beam bridges

Xie Lei

(ShanxiCommunicationScienceInstitute,Taiyuan030006,China)

Combining with the engineering survey of Xiaokouzi Bridge along Shenchi-Kelan Expressway, the paper illustrates the design points for Xiaokouzi Bridge from the selection of bridge types, beam laying approaches, pier, and bridge protection, and sums up the factors in the bridge design under the trenches of mountainous regions, so as to provide some reference for similar bridges.

bridge, U-shaped trench, bridge pier, cantilever

1009-6825(2016)18-0165-03

2016-04-17

解 磊(1989- )，男，助理工程師

U442

A