山區公路中小跨徑橋梁設計研究

呂 浩

杭州市交通規劃設計研究院，浙江 杭州 310013

浙江西部山區地形多變，地質條件較為復雜，因此在進行橋梁設計時常采用中小跨徑橋梁。但是交通量日益增長，橋梁設計理念不斷變更，給橋梁的安全性和適用性帶來了很大的考驗。橋梁選型及方案的確定對施工及運營而言相當重要，故需要設計人員進行全面考慮，綜合各種影響因素確定科學的施工方案。目前由于裝配式橋梁具有技術成熟、施工簡單、造價較低的優勢，在山區中小跨徑橋梁中得到了廣泛應用。經過研究發現裝配式橋梁存在一定的病害，因此在設計時應重視該問題的存在。文章通過對中小跨徑橋梁設計中的關鍵問題進行研究，為該類橋梁的設計提供了理論依據和設計經驗[1]。

1 設計原則

設計人員在設計中小跨徑橋梁時，應滿足安全性、耐久性、經濟性的設計原則，還應該考慮地形的變化和高跨比等，這對橋梁的整體質量有較大的影響。

1.1 地質條件影響

設計人員在選擇橋梁結構及確定方案時，應考慮橋梁所處位置的地形條件和地貌特征，根據這些因素綜合考慮橋梁的布置形式、橋墩橋臺的位置、跨徑尺寸[2]。設計時應盡量避免出現過大山體開挖，防止山體發生滑坡等地質災害，導致橋梁的安全性受到威脅。在具體設計時，布局方式應與公路路線的走向相同，并將橋梁作為路線的控制點，還應考慮路線的影響因素[3]。與此同時，路線在布設時也應考慮橋梁的影響因素，二者相輔相成，保證設計方案的合理性。

1.2 高跨比協調

在進行山區中小跨徑橋梁設計時，高跨比主要影響橋梁的經濟性和美觀程度，因此高跨比應與自然環境相協調，選擇合理高跨比，使橋梁與環境相適應，提高橋梁的美觀度和經濟性[4]。

1.3 合理選擇結構形式

在進行中小跨徑橋梁設計時，多采用裝配式結構，因此橋梁應選擇標準化、裝配化較高的結構形式，通過這種形式可進行質量、進度控制。確定結構形式時應在最大程度上減少對斜交橋梁的使用，特殊地形的橋梁可考慮采用加大跨徑、改河改溝的方式[5]。

2 上部結構設計

2.1 結構選型

設計人員在進行中小跨徑橋梁上部結構設計時，通常采用裝配式，需按照相關規定的設計標準和設計要求來分析施工難易程度，并根據地形變化程度選擇空心板結構、小箱梁結構、T梁結構。

2.2 橋跨分聯設計

（1）橋梁伸縮縫型號的選擇應根據橋跨分聯長度來選擇，具體伸縮縫型號的選用如表1所示。

表1 伸縮縫型號

（2）連續體系進行分聯時應根據橋梁跨徑進行，若單孔跨徑的設計長度為40m，則橋跨一聯的長度不應超過200m；若單孔跨徑的設計長度為30m，則橋跨一聯的長度不應超過180m；若單孔跨徑的設計長度為20m，則橋跨一聯的長度不應超過100m。

（3）橋梁上部結構跨徑及結構形式的選取應根據平面線形和縱坡等綜合因素確定。根據浙江西部山區多個項目的經驗，橋梁上部結構形式的選取如表2所示。

表2 上部結構選取表

（4）橋墩高度不同，所選用的上部結構形式同樣不盡相同。山區地面起伏大，導致橋墩高度變動幅度大，需要具有針對性地選擇合適的上部形式，不同墩高下上部結構形式變化如表3所示。

表3 下部結構選取表

2.3 主梁設計

中小跨徑橋梁設計時主梁形式通常采用T梁、小箱梁、空心板，斷面形式如圖1所示。

圖1 主梁橫斷面

三種主梁形式各有優缺點和適用范圍，其中T梁的優點為耐久性和安全性良好、施工和養護簡單；其缺點為經濟性較差。小箱梁的優點為造價低、抗扭性能良好，適用于軟土地區和降低橋頭填土的路段；其缺點為工序多、重量大、腹板薄、質量控制難度較大。空心板常存在以下病害：支座脫空、混凝土剝落、鉸縫開裂等。當路線半徑較小或需要異形布置時，施工盡量采用整體現澆板。

3 下部結構設計

3.1 橋墩設計

設計人員在設計橋墩時，主要考慮的因素有主梁的結構形式、橋墩高度，以及地形條件等。結合設計經驗可知，橋墩主要采用的形式有圓柱形和方柱形以及薄壁墩。圓柱墩的特點是施工便捷、施工質量可控，橋墩的受力狀況可用過橋墩截面尺寸大小進行控制。橋墩的剛度可以通過增加系梁等方式進行調整或增強。圓柱墩是橋梁設計時最常采用的墩柱形式。當墩高不小于15m的情況下，應設置柱間系梁，其間距可控制在12～15m；當墩高小于7m時，樁間系梁可設可不設。整體橋梁墩柱的截面尺寸盡可能保持一致，為方便施工要求，截面尺寸的形式盡量控制在三種以內。

3.2 橋臺設計

設計人員在設計橋臺時，需綜合考慮施工的地質條件和地形變化，然后確定科學合理的橋臺設計方案。山區中小跨徑橋梁最常使用的橋臺有三種，分別是樁柱式橋臺、U形橋臺及肋板式橋臺。不同橋臺類型對應的適用范圍如表4所示。

表4 橋臺適應范圍表

3.3 基礎設計

橋梁的基礎設計應重點考慮地質條件、地形變化、水文環境等，通過分析以上因素確保橋梁的基礎具有較強的穩定性和承載力。

（1）U形橋臺基礎的覆土層厚度應大于1m，保證強風化層的埋深大于1m；處于陡坡地帶時，應進行放坡，前墻和基礎應為臺階式，通過實際地形設置支擋結構。

（2）橋梁樁位處縱橫向均存在陡坡時，應確保安全坡線的水平距離與基礎外緣距離不小于3m。

（3）橋梁位置和高度受洪水影響時，跨徑應滿足防洪要求。為保證橋墩和橋臺不受洪水沖刷，基礎頂面應在最大沖刷線以下0.5～1m的位置。

4 結論

文章通過對中小跨徑橋梁設計的問題進行分析，主要得出了以下結論。

（1）中小跨徑橋梁設計時應遵循適應地形條件、結構高跨比協調、結構形式合理的原則。

（2）橋梁上部結構設計時，主梁通過采用形式為T梁、小箱梁、空心板；橋梁分聯設計時，應根據橋梁跨徑選擇分聯長度。

（3）橋梁下部結構設計時，橋墩的選取應綜合分析主梁、結構體系、地形條件等的影響；基礎設計時應著重考慮地質條件、地形和水文環境的變化。