太原繞城高速公路橋梁設計

施 藝

(中鐵二院華豐公司，四川成都 610000)

1 工程概述

太原繞城高速公路西北二環路線全長約158.918 km，其中西二環全長99.426 km，雙向4車道，設計速度為80 km/h。北二環路線全長60.042 km，雙向4/6車道，設計速度為80/100 km/h。

西二環設特大橋3 159 m,3座，大中橋19 204 m,52座；人行天橋12座，涵洞通道83座，橋隧比例40.46 %。北二環設大中橋8 497 m,29座；人行天橋8座，涵洞通道181座，橋隧比例38.68 %。

2 設計原則

對于大跨徑橋梁, 采用預應力混凝土連續梁、連續剛構等多種方案。在橋位基本確定以后，本著因地制宜，結合地質、水文、施工條件、景觀協調等因素綜合比選橋型方案，其主要原則是：

(1)橋梁設計應按照安全、耐久、適用、環保、經濟和美觀的原則。

(2)方案選擇及布設除考慮結構本身的合理性外，還應注重與周圍景觀的協調。

(3)橋梁必須服從于整體設計，其平、縱面與公路線形相融合。

(4)橋梁方案選擇應充分考慮施工場地、施工工藝及工期的要求，避免設計與施工脫節。

(5)橋梁布孔和分聯時，應充分考慮橋梁下部的剛度協調，以期達到最佳受力效果。同時要考慮平面影響，盡量使一聯處于同一平曲線內。聯長控制在150 m以內。

3 橋梁布設

該項目路線起伏較大，大部分為山脈，地勢高峻，山嶺縱橫，區內相對高差為415 m，橋梁布設顯得尤為重要，主要應堅持以下原則：

(1)橋梁跨越簸箕狀溝谷時，在保證結構安全的前提下，兩幅橋可按不等長布置。

(2)本項目大多橋梁布設于平曲線上，其平、縱面必須滿足路線的各項技術指標。主線橋梁總體布置一般采用墩臺軸線沿曲線徑向布置。

(3)橋跨按折線布置時，其邊梁翼緣與路線平曲線的最大矢高小于5 cm時可采用護欄調整，其余均采用加寬和減窄邊梁翼緣的方法進行調整。

(4)當橋梁布置在橫向高差較大的坡面上時，為減少基礎開挖，如采用樁柱結構，樁頂系梁埋置深度按高地面線以下0.5 m控制(特殊情況單個樁基可出露地面，露出長度不超過3 m進行控制，以減少開挖)，如采用空心墩結構，承臺埋置深度按低地面側承臺臺底不外露控制。樁基露出部分按自由長度計。

4 上部結構設計

橋梁上部結構設計，應結合橋梁具體情況，綜合考慮其受力特點和經濟性。太原繞城高速公路上的橋梁多為彎、坡、斜橋，交通運輸和場地預制等條件較差，上部結構應盡量采用標準化、裝配化設計，施工便利，節省造價。

上部結構的選取原則上采用30 m跨徑采用裝配式預應力混凝土簡支和連續T梁；40 m跨徑采用裝配式預應力混凝土簡支和連續T梁。上部結構應嚴格按照上部計算結果進行設計，同時應注意區分不同路基寬度情況下主梁正彎矩鋼束的差異。

為加強結構的整體性和提高橋面鋪裝的耐久性，橋面鋪裝鋼筋采用D10帶肋焊接鋼筋。

橋面防水材料采用防水粘結層，粘結力根據平面線性、路線縱坡的不同，采用不同指標的防水粘結層。路線縱坡不大于2.5 %，或平曲線半徑不小于3 500 m時，粘結強度不小于0.4 MPa；路線縱坡大于2.5 %，或平曲線半徑小于3 500 m時，粘結強度不小于0.6 MPa；設計中應同時考慮平面線形超高的影響。

橋梁最大連續長度，先簡支后連續不宜超過160 m；簡支梁橋面連續不宜超過120 m。

5 下部結構設計

下部結構的選取主要采用圓柱式墩、等截面薄壁墩、空心墩、柱式臺、肋板臺、重力臺。

針對不同跨徑和路基，橋墩高度小于30 m，采用柱式墩，根據橋面寬度采用兩柱或三柱。橋墩高度位于30～50 m之間，采用等截面矩形薄壁墩。橋墩高度大于50 m，采用等截面矩形空心墩，一座橋中有個別橋墩高度超限時，可就近統一選取橋墩形式。

同一標段段內大、中橋墩柱直徑不宜多于3種，以便于施工。在設計中應注意橋梁的橫橋向穩定性要求，盡可能少采用獨柱墩橋梁結構。橋梁墩臺均設置內擋塊。耳墻置于路基內側，耳墻頂面與橋面平齊，以適應防撞墻放置。

6 涵洞設計

涵洞結構型式的選擇應符合因地制宜、就地取材、利用地形、方便施工的原則。根據匯水面積、設計流量、使用性質、地質情況以及填土高度和地基承載力等條件，一般可選用鋼筋混凝土圓管涵、鋼波紋管涵、鋼筋混凝土蓋板涵及鋼筋混凝土箱涵等。

地震動峰值加速度0.15g范圍內，一般情況盡量采用鋼筋混凝土蓋板涵。地震動峰值加速度0.20g范圍內，一般情況盡量采用鋼筋混凝土箱涵或鋼波紋管涵。

軟基路基或地質條件較差路段，宜采用鋼筋混凝土箱涵，但是涵頂填土高度宜控制在0.5～6 m，盡量按正交布置。

涵洞布設應貫徹“以人為本、支援農業”的方針，原則上保持溝渠的自然狀態，涵洞交角宜順適天然溝渠的走向，不得大面積強行改溝、改渠，增加工程量、占用土地量和協調工作量。涵洞布置應依據準確的涵軸地形縱斷面測量資料、涵身及進出水口地形橫斷面測量資料，合理確定涵底縱坡及涵底標高，涵洞進出水溝應順接天然溝渠。

為貫徹環保設計理念，對土質溝渠、排洪涵洞的進出水口外，或排水溝坡度較陡處，適當設置沉砂池或鋪砌工程，減小淤積及沖刷，沉砂池大小應根據排洪流量合理設置。對于設置于陡坡上的涵洞，根據涵位條件，可設計為階梯涵、陡坡涵，進口設跌水井，出口設急流槽等構造，陡坡涵洞應設計足夠的消能構造物，不允許對農田、村落造成不利影響。

在路基填方高度和排水設施均滿足設置暗涵的條件下，涵洞應采用暗涵。

應根據涵位進出口處的地形、溝形、地質條件，宣泄徑流的需要及與路基排水系統的連接等，合理設計涵洞的進出水口型式。

一般通道與涵洞宜分別設置。設計流量較小的涵洞可視涵位地形條件、出行頻率，兼作通道使用；設計流量較大、通行頻率較高、山區主河溝流程較短的涵洞等，不宜設計為涵洞兼作通道。涵洞、通道合并設計時，必須保證暴雨氣象下行人的安全。

7 互通式立交區橋梁設計

對互通式立交區段橋型方案，施工圖設計階段應根據建設條件和環境景觀要求選擇，注意視覺及美觀要求。

針對本項目互通主線及匝道橋多、結構復雜的特點，設計前應充分做好與互通設計的協調工作，設計時優化設計方案，力求互通橋梁型式簡潔，盡量避免橋梁位于變寬或異形區段內及超高漸變段內，以簡化設計降低造價。

(互通式立交區內跨線橋，有條件時宜盡可能采用預應力混凝土組合箱梁結構，特別是跨越已建成公路的宜采用預制拼裝的上構型式，盡量降低對已建成公路的通行影響。

在互通式立交區內的匝道橋上部結構不可避免的要采用現澆連續箱梁結構。

跨線橋梁設計時，橋下凈寬應充分考慮發展的需要，根據相應發展規劃與其主管部門協商確定。

如互通式立交橋、分離式立交設置在主線凹形豎曲線底部，還應滿足橋下公路的視距和對前方信息識別的要求。

8 橋梁景觀設計

對公路建設與周圍環境和自然景觀相協調給予極大的重視，使公路建設對周圍環境和自然景觀的影響減少到最低程度。全線在路基段加強美化、綠化措施，橋梁結構力求美觀，與周圍環境相協調。

由于高速公路在修建階段會對自然地物、地貌、地域產生影響，發生區域性根本改變，在通車營運階段后更不能由于路容單調、溝壑縱橫導致駕駛人員和乘客視覺疲勞、倦怠。為此，需將己改變的自然地形、地勢重新納入環境組景中，在技術可行、經濟合理的前提下，綜合治理、因地制宜、因物巧借，回復其自然體勢，做到“雖由人作宛自天開”。

公路綠化設計首先要服從高等級公路的交通功能，使行車視線通暢。并突出綠地內交通標志，以誘導行車安全。綠化設計服從整個道路的總體規劃要求，和整個道路的綠地相協調，根據不同類型的互通立交特點，路基邊坡剛性防護與生物防護相結合，在確保穩定、安全的前提下，適當綠化美化。綠化美化景觀設計，應結合當地氣候及環境，運用多種設計手法，突出京昆國家高速公路高品質的景觀效果，進行造型設計做到層次分明，自然，協調，寓情于景，色彩豐富，一目了然。結合當地自然環境、氣候條件、地形、地物、地質等的不同情況，以植物為主，發揮植物的生態效益，在植物的配置上考慮其功能性與景觀性，在功能上充分考慮高等級公路的特點，提高邊坡的穩定性，防止水土流失，保護生態環境，美化沿線景觀，滿足公路交通安全及防眩要求。在設計中力爭做到四季常綠，色彩豐富，營造良好的公路生態系統和行車環境。公路主干道綠化應充分考慮通視性，形成綠色長廊。

樹木、草種選擇適宜當地土壤和氣候條件的優良品種，以常青、耐旱、易活、抗病蟲害、樹型較好、易于管理為主要原則。在適地適樹的原則上，既考慮提高公路綠化的檔次，同時考慮到總造價的平衡，力求低投入，高效果，創造最佳、最美的公路景觀。

9 結束語

太原繞城高速公路橋梁的橋梁設計，根據地形、地質、施工、使用等要求，對每座橋梁設計時均分析其具體情況，并結合全線橋梁情況綜合考慮，合理進行橋梁布設、選擇合理的上下部結構橋型方案，做好橋梁涵洞及橋梁景觀設計，達到橋梁設計的經濟、適用、安全、美觀的目標，希望為今后類似高速公路的設計提供參考。