宮玉明，徐百成，唐興哲

（中交第一公路勘察設(shè)計研究院，陜西 西安 710068）

1 工程概況

神木至府谷高速公路（以下簡稱“神府高速”）位于毛烏素沙漠至黃土高原過渡地帶的東南部，采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度為80km/h，路基寬度為32m，采用公路－Ⅰ級荷載。路線總長為56.036km，共設(shè)橋梁78座，橋梁總長為20.1km。

神府高速大部分路段位于黃土梁峁溝壑區(qū)，地面起伏大，河谷梁窄溝深，地形破碎，沖溝發(fā)育，形態(tài)多呈樹枝狀。地表以黃土為主，厚度大、承載力較低。下伏基巖的強風(fēng)化層厚度薄，承載力較低，中風(fēng)化砂巖、泥質(zhì)砂巖厚度大，分布較均勻，承載力較高。泥巖、砂質(zhì)泥巖厚度不大，分布不均勻，呈薄層或夾層分布，承載力較低，遇水易軟化。

2 橋梁上部結(jié)構(gòu)型式選擇

根據(jù)沿線地形、地質(zhì)、水文等情況，結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗，神府高速常規(guī)橋梁上部結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑的預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)。

目前國內(nèi)山嶺重丘區(qū)高速公路上廣泛采用先簡支后連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁、先簡支后連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁、先簡支后連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板和簡支橋面連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板四種預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)。本文針對上述結(jié)構(gòu)型式，從主要經(jīng)濟指標(biāo)、結(jié)構(gòu)性能、施工工藝等方面進行比較分析。

2.1 上部主要經(jīng)濟指標(biāo)比較

標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)制拼裝橋梁上部結(jié)構(gòu)主要材料指標(biāo)見表1。

表1 橋梁上部結(jié)構(gòu)主要材料指標(biāo)對比表

分析表中數(shù)據(jù)，結(jié)論如下：

b）相同跨徑的預(yù)制箱梁基價較預(yù)制T梁低20%～27.9%；

c）單片預(yù)制T梁施工吊裝重量均較相同跨徑預(yù)制箱梁輕12%～15%。

2.2 上部結(jié)構(gòu)性能和施工工藝比較

比較上部結(jié)構(gòu)的性能和施工工藝，結(jié)論如下：

a）先張法空心板施工工藝成熟、施工快捷，但需要制作張拉平臺且結(jié)構(gòu)非連續(xù)，影響行車的舒適性，高速公路的大橋不宜采用非連續(xù)結(jié)構(gòu)的橋型方案；

b）后張法空心板具有施工便捷、建筑高度小、外形美觀、結(jié)構(gòu)連續(xù)的優(yōu)點，但受結(jié)構(gòu)尺寸限制，張拉工藝要求較高；

c）預(yù)制箱梁具有施工工藝成熟、外型美觀、結(jié)構(gòu)整體剛度大、施工穩(wěn)定性好的優(yōu)點，并且梁片數(shù)少，安裝便捷；

（四）強化生態(tài)環(huán)境保護能力保障體系。增強科技支撐，開展大氣污染成因與治理、水體污染控制與治理、土壤污染防治等重點領(lǐng)域科技攻關(guān)，

d）預(yù)制T梁施工工藝成熟、簡單，吊裝重量輕，安裝便捷，對小半徑平曲線適應(yīng)能力強。

2.3 上部結(jié)構(gòu)型式選用原則

根據(jù)橋址處的地形特點，結(jié)合上述結(jié)構(gòu)的基價比較結(jié)果以及施工階段的實際吊裝能力、施工預(yù)制場地和運輸條件等，確定橋梁上部結(jié)構(gòu)型式選用原則如下：

a）20～40m跨徑橋梁采用先簡支后連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；

b）40m跨徑以上橋梁采用先簡支后連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁。

3 橋梁下部結(jié)構(gòu)型式選擇

橋梁下部結(jié)構(gòu)的型式結(jié)合地形、地質(zhì)、施工工藝、施工工期、造價、結(jié)構(gòu)安全等因素綜合確定。

3.1 墩臺型式選擇

神府高速橋址處地形起伏較大，橋臺的填土高度一般控制在8m以內(nèi)，根據(jù)橋臺處實際地形、地質(zhì)情況，選用重力式U臺、柱式橋臺和肋板式橋臺三種型式。若橋梁伸入挖方段內(nèi)，且橋臺處地基整體性較好（承載力大于600kPa）時，可設(shè)置簡易橋臺。

考慮到本項目最大墩高為56m，橋墩采用了圓柱墩和空心薄壁墩兩種型式。圓柱墩具有外形整潔美觀、與地形適應(yīng)性強、施工工藝簡單快捷、與樁基礎(chǔ)銜接好的優(yōu)點；空心薄壁墩具有剛度較大，施工穩(wěn)定性好，適應(yīng)高度能力強等優(yōu)點。神府高速橋墩型式的選取采用如下原則：

a）墩高H≤35m，選用圓柱式橋墩；

b）墩高H＞35m，選用空心薄壁墩。

3.2 基礎(chǔ)型式選擇

根據(jù)橋址處地形、地質(zhì)情況，對橋墩采用擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)進行工程量比較（見表2）。由于地形復(fù)雜，坡面陡峭，除考慮基礎(chǔ)的工程量外，還應(yīng)考慮基坑開挖對環(huán)境的破壞以及開挖和坡面防護工程量。針對原地面的不同坡度，列舉擴基基坑開挖和防護工程量（見表3）。

表2 擴大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)工程數(shù)量對比表

表3 擴基基坑開挖和防護工程數(shù)量表

從表3可以看出，當(dāng)橋址處地面橫坡較陡時，基坑開挖方量和坡面防護工程量較大，不利于生態(tài)環(huán)境保護。綜上所述，確定墩臺基礎(chǔ)型式的原則如下：

a）對于地勢平坦路段的橋梁，若橋墩計算樁長小于擴基換算樁長，采用樁基礎(chǔ)，反之采用擴大基礎(chǔ)；

b）對于陡坡路段橋梁，當(dāng)橋址處地面橫坡陡于1∶1.5時，采用樁基礎(chǔ)，當(dāng)橋址處地面橫坡緩于1∶1.5時，若橋墩計算樁長大于擴基換算樁長，采用擴大基礎(chǔ)，反之采用樁基礎(chǔ)；

c）對于河道內(nèi)的橋梁，由于項目區(qū)內(nèi)河流具有比降大、流速大、沖刷深的特點，從基礎(chǔ)安全方面考慮，采用樁基礎(chǔ)；

d）符合上述采用擴基的條件，但基坑開挖對自然環(huán)境、地表植被造成較大破壞的情況，所以采用樁基礎(chǔ)。

4 跨徑組合比選

橋梁結(jié)構(gòu)型式選擇應(yīng)高跨比協(xié)調(diào)，使得橋梁上、下部結(jié)構(gòu)整體造價最低。神府高速設(shè)計過程中，針對常規(guī)橋梁，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計原理，對具有典型樣本特征的方案進行經(jīng)濟比選，達到優(yōu)選跨徑組合的目的。比選時，上部主要采用20～40m標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)制箱梁，根據(jù)橋址處工程地質(zhì)特點分區(qū)，并以平均墩高H為基礎(chǔ)，劃分典型橋梁樣本進行比較。本文僅以部分樣本舉例說明。

橋梁樣本Ⅰ（10m＜H≤15m）和橋梁樣本Ⅱ（15m＜H≤20m）上部分別采用10m×20m和8m×25m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部采用柱式墩臺和樁基礎(chǔ)。橋梁樣本Ⅲ（15m＜H≤20m）上部分別采用6m×25m和5m×30m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部采用柱式墩臺和樁基礎(chǔ)。上述樣本主要經(jīng)濟指標(biāo)分別見表4、表5和表6。

表4 橋梁樣本Ⅰ主要經(jīng)濟指標(biāo)比較表

表5 橋梁樣本Ⅱ主要經(jīng)濟指標(biāo)比較表

表6 橋梁樣本Ⅲ主要經(jīng)濟指標(biāo)比較表

在同等施工條件下，由表4可知，當(dāng)10m＜H≤15m時，20m和25m跨徑箱梁經(jīng)濟指標(biāo)接近；由表5可知，當(dāng)15m＜H≤20m時，25m跨徑較20m跨徑箱梁經(jīng)濟性好；由表6可知，當(dāng)15m＜H≤20m時，25m跨徑較30m跨徑箱梁經(jīng)濟性好。綜上所述，得出橋梁跨徑組合方案比選結(jié)論如下：

a）當(dāng)10m＜H≤15m時，20m和25m跨徑箱梁經(jīng)濟指標(biāo)接近，應(yīng)結(jié)合平曲線半徑、實際橋長、地形條件、施工條件和前后相鄰橋梁的跨徑組合方案等情況綜合比選，確定跨徑組合；

b）當(dāng)15m＜H≤20m時，25m跨徑較20m和30m跨徑箱梁經(jīng)濟性好，應(yīng)優(yōu)先選用。

5 結(jié)語

本文結(jié)合實際工程的地形、地質(zhì)和水文等建設(shè)條件，對山區(qū)高速公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)型式、下部墩臺型式、基礎(chǔ)型式和跨徑組合方面進行分析研究，確定選用原則，并提出基于數(shù)理統(tǒng)計原理的跨徑組合比選方法。經(jīng)過實踐證明，上述原則和方法在山區(qū)高速公路設(shè)計中，對優(yōu)選橋梁方案有積極作用，取得了良好的效果，可供同類工程項目借鑒參考。

[1]JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[2]JTG D63—2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTG TF50—2011，公路橋涵施工設(shè)計規(guī)范[S].