山區高速公路常規跨徑橋梁上部結構設計

高 璇

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032)

橋梁上部結構是指橋梁支座以上(無鉸拱起拱線或框架主梁底線以上)跨越橋孔部分的總稱，上部結構設計是橋梁工程設計重要內容，對保證橋梁整體質量和安全、穩定運營有重要作用，需要引起相關人員的高度重視，對包含地形地勢、跨徑條件、墩身高度和經濟性等在內的各項要素進行綜合考慮，以選取出常規跨徑條件下適宜的上部結構形式，包括空心板、T梁和小箱梁等。

1 不同跨徑條件上部結構設計

在山區高速公路中，由于受到地形地貌和水文地質條件因素的影響，橋梁十分常見。從現有工程經驗可以看出，在常規跨徑范圍內(即8～40 m)，如果橋梁跨徑在16 m以內，則其上部結構形式建議采用空心板；而如果橋梁跨徑在16 m以上，則其上部結構形式除了可以采用空心板，還可采用小箱梁與T梁等。在確保上部結構形式性能可以達到要求的基礎上，怎樣才能保證經濟性，是設計人員必須充分考慮的。不同跨徑條件下以上三種橋梁上部結構形式的經濟性如下。

(1)在40 m跨徑條件下，T梁與小箱梁的造價比分別為1 690.9和1 547.5；(2)在30 m跨徑條件下，T梁與小箱梁的造價比分別1 326.0和1 266.8；(3)在25 m跨徑條件下，T梁與小箱梁的造價比分別1 241.8和1 209.2；(4)在20 m跨徑條件下，T梁與小箱梁的造價比分別1 197.5和1 190.6；(5)空心板造價比為1 256.4。

為切實做好橋梁上部結構的設計，不僅要滿足經濟性方面的要求，還需綜合考慮各類上部結構形式優缺點，在對比和選擇具體上部結構形式時，通過綜合考慮來確定。對于空心板結構，其優點為施工工藝相對成熟，預制方便，使用范圍廣泛；缺點為使用時容易產生支座脫空和絞縫脫落等病害；對于T梁結構，其優點為結構保持連續，工藝相對成熟，預制方便和單孔跨徑相對較大；缺點為橋下的整體視覺效果相對較差，高度偏高；對于小箱梁結構，其優點為橋下的整體視覺效果良好，結構保持連續，工藝相對成熟，單孔跨徑相對較大，具有良好的抗扭能力與結構剛度；缺點為吊裝重量大，對設備有著很高的要求。根據以上結果可以看出，若從造價方面講，在20 m的標準跨徑條件下，以小箱梁的造價達到最低；在20～40 m的跨徑條件下，同樣以小箱梁的經濟性為最低。

以上三種橋梁上部結構形式有其各自的優缺點，在實際的設計工作中應充分考慮橋梁所在位置的地質條件、水文地質、地形地貌和實際交通運輸條件，然后通過綜合考慮選擇適宜的上部結構形式。

2 不同墩高條件上部結構設計

山區高速公路地形有很大的起伏，為適應地形起伏變化，橋梁墩身高度也趨于變化，選擇具體上部結構形式時，應對橋墩高度予以充分考慮。為了確定不同墩高可能對上部結構造成的影響，分析T梁和小箱梁兩種橋梁上部結構形式在不同墩高條件下的經濟指標，結果如表1所示。

表1 不同墩高條件下上部結構形式造價指標

從表1數據可以看出，如果橋梁平均墩高在35～40 m范圍內，則其上部結構形式以40 m連續T梁為宜；如果橋梁平均墩高在25～35 m范圍內，則其上部結構形式以30 m連續T梁為宜；如果橋梁平均墩高在18～25 m范圍內，則其上部結構形式以25 m簡支T梁位移；如果橋梁平均墩高在18 m以內，則其上部結構形式以20 m簡支箱梁為宜。除此之外，為保證橋梁質量，在墩高超過30 m情況下，其上部結構形式應優先考慮先簡支后連續形式。

為更深入的分析和評價墩高對跨度帶來的影響，以現有的研究成果為依據可獲得墩高和造價之間的關系，即：當橋梁墩高在35～50 m范圍內時，與30 m跨徑相比，40 m跨徑的造價較低，同時能有效縮短工期，基于此，在35～50 m的墩高條件下，以40 m跨徑為宜，應優先考慮；當橋梁墩高在30～35 m范圍內時，需根據橋梁所在位置的地形地勢、長度與跨越要求等確定適宜的跨徑；當橋梁墩高在15～30 m范圍內時，與40 m跨徑相比，30 m跨徑的造價較低，而且采用40 m跨徑難免增加運輸難度，不利于施工效率、安全和進度，故在15～30 m的墩高條件下，以30 m跨徑為宜；當橋梁墩高在20 m以內時，與30 m跨徑相比，20 m跨徑的造價較低，而且采用20 m跨徑時能方便運輸與安裝，結構還有較大的剛度，能有效縮短工期，減小吊裝重量，保證整體結構的簡潔性與美觀性，故在這一墩高條件下以20 m跨徑為宜。

3 實例分析

某山區高速公路橋梁的橋址為水庫大壩以下1 km處，橋梁高度在7～15 m范圍內，對其上部結構進行設計的過程中，提出了如下兩套方案。

方案一：小箱梁+現澆梁，從水庫和匝道上跨越的部分采用連續現澆箱梁，其它橋跨均為小箱梁。從水庫干渠跨越時，為盡可能減小阻水的面積，在設計過程中采用獨柱墩，其它橋墩則為雙柱墩。

方案二，空心板+現澆梁，從水庫和匝道上跨越的部分采用連續現澆箱梁，其它橋跨均為空心板，從水庫干渠跨越時，為盡可能減小阻水的面積，在設計過程中采用獨柱墩，其它橋墩則為雙柱墩。

對于以上兩套方案，在美觀性方面，方案一的跨徑相對較大，無明顯柱林現象，美觀性良好，而方案二跨徑較小，有明顯的柱林現象，美觀性不足；在舒適性方面，兩套方案的結構均連續，有良好舒適性；在經濟性方面，方案二稍低于方案一。通過綜合對比，以方案一為推薦方案，且經實踐，驗證了這一上部結構設計方案的合理性與可行性，在上部結構設計中所采用的方法及原則值得類似橋梁工程參考借鑒，從而不斷提高山區高速公路橋梁上部結構設計技術水平。

4 結 語

綜上所述，上部結構設計是橋梁工程設計重要內容，在實際的設計工作中，應考慮很多方面的因素，只有這樣才能保證所選上部結構形式的技術可行性和經濟合理性，為之后的橋梁施工建設和通行使用奠定良好基礎。