徐詠梅

（河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限責任公司，河南 鄭州 450052）

0 引言

永順至吉首高速公路位于湖南省西部，全線位于湘西州境內(nèi)。北與在建的龍山至永順高速公路對接，南與吉首至茶洞高速公路對接，路基寬24.5m，河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限責任公司承擔設(shè)計為羅依稀至默戎鎮(zhèn)段。全線共有特大、大、中橋36座，橋梁比例占全線的47.5%，2／3橋跨為20～40m先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的預(yù)制結(jié)構(gòu)，1／3為連續(xù)剛構(gòu)；最大墩高為119m，橋梁最小平曲線半徑為400m，最大縱坡為40%，最大橫坡為6%，全線多數(shù)橋梁跨越溝谷，與溝谷并行的高架橋或不宜采用路堤方案而設(shè)置的高架橋，僅有少數(shù)為跨越較大河流和道路的橋梁。

本項目所經(jīng)地區(qū)為山嶺重丘區(qū)，地形起伏復(fù)雜，溝壑縱橫，縱、橫斷面高差相對較大；地質(zhì)復(fù)雜，表現(xiàn)為巖溶、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、陡崖、采礦區(qū)等不良地質(zhì)。受此影響，路線布設(shè)時平縱橫三個方面都受到約束，平曲線多、平面半徑小、縱坡大、橋梁比例高、橫坡陡、橋墩較高、墩臺形式多、半邊橋和高擋墻多等山區(qū)高速公路橋梁的特點，因此本項目能否順利實施，橋梁設(shè)計是關(guān)鍵制約技術(shù)之一。

1 結(jié)構(gòu)體系特性

山區(qū)高速公路橋梁多為長、彎、坡橋，曲線梁橋在彎扭耦合作用下，具有沿某一不動點變形的趨勢，單向行駛的大縱坡長橋在長期反復(fù)汽車制動力作用下，梁體具有沿汽車行駛方向滑移的趨勢，若采用全連續(xù)結(jié)構(gòu)，即上下構(gòu)之間為橡膠支座連接時，這種滑移趨勢往往造成梁體受力不平衡，支座脫空甚至破壞，從而導(dǎo)致梁體開裂。因此山區(qū)高速公路橋梁宜采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或墩梁固結(jié)的連續(xù)一剛構(gòu)混合體系，既適應(yīng)平面線形，又適應(yīng)橋梁受力特點。

全剛構(gòu)體系由于一座橋梁墩高相差較大，需要通過邊跨合攏前后加卸載、中跨合攏前頂推主梁的方法來調(diào)整墩身的受力，施工相對復(fù)雜。全連續(xù)結(jié)構(gòu)聯(lián)長不宜過長，舒適性差，墩臺水平位移較大，墩柱尺寸設(shè)計的相對較大，造成材料浪費。

為保證行車舒適，結(jié)構(gòu)安全、耐久、經(jīng)濟，永吉高速公路橋梁主要采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)體系，對于縱坡大于2.5%或平曲線半徑較小的橋梁，聯(lián)內(nèi)較高的中墩作墩梁固結(jié)，增強橋梁的整體性，限制梁體縱向滑移。

2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1.1 一般設(shè)計原則

山區(qū)高速公路，橋梁所占比重大，但大跨徑橋梁方案畢竟是少數(shù)，絕大部分還是采用施工方便、造價經(jīng)濟的標準化、預(yù)制裝配化結(jié)構(gòu)。大跨徑橋梁一般是控制因素不同，方案也各不相同，具有較強的個性特征，而標準跨徑橋則具有共性特征，所以本文重點探討標準化、裝配化橋梁的設(shè)計。

根據(jù)永吉高速公路的特點：橋梁比例大、長橋多，且墩高一般在20～50m，常規(guī)橋50m以上墩高不多，為減少施工難度，加快施工進度，降低工程造價，以及考慮到高跨比等因素，故選擇20m、30m、40m作為橋梁跨徑。20m跨徑對應(yīng)20m以下的橋梁，30m跨徑對應(yīng)墩高在20～40m之間的橋梁，40m跨徑對應(yīng)墩高在40m以上的橋梁?？梢杂幂^少的跨徑類型來滿足絕大部分橋梁。

2.1.2 空心板、T梁和裝配箱梁選擇

裝配式橋梁橫斷面型式有空心板、T梁和裝配箱梁，同一種跨徑所應(yīng)采用的橫斷面可通過對4孔－聯(lián)的24.5m路基寬半幅橋的造價對比（見表1）進行選擇。

由表1可知，裝配箱梁是介于空心板和T梁之間的一種橫斷面形式。20m跨徑時，T梁造價比空心板高20%，裝配箱梁造價比空心板高11%，空心板較為經(jīng)濟。

表1 24.5m路基寬半幅橋的造價對比表

根據(jù)工程數(shù)量和造價比較可以看出，同跨徑T梁的經(jīng)濟性均比箱梁略差，但兩者造價相差不大，跨徑20m、30m、40m的T梁比裝配箱梁造價高10%～14%。跨徑20m的橋梁數(shù)量不多，且橋長不長，一般為跨越道路或水溝，所在地形起伏不大，考慮到空心板經(jīng)濟技術(shù)指標較T梁、裝配箱梁有優(yōu)勢，且安裝重量輕，建筑高度最低，施工機具簡單，架設(shè)安裝方便，美觀方面優(yōu)于其他兩種斷面，因此跨徑20m橋梁上部結(jié)構(gòu)選用空心板。

永吉高速公路為山區(qū)高速公路，其平面曲線半徑小，大多數(shù)橋梁位于超高漸變或扭坡段上，若選用裝配箱梁，架梁時一片梁四個支點不宜調(diào)平，易造成支座脫空、受力不均勻的情況。且裝配箱梁的安裝重量較大，運輸、施工場地布設(shè)極其困難，后期維修養(yǎng)護困難，隨著跨徑的增大，其施工安裝難度也相應(yīng)增大；T梁安裝重量較輕，施工簡單、便捷安全，耐久性好，施工工藝成熟，跨越能力大，結(jié)構(gòu)剛度大，對施工場地要求較低，曲線上T梁邊梁的懸臂長度和墩頂連續(xù)段長度的調(diào)整較為方便，先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的設(shè)置及施工較裝配箱梁簡單，可以更好的適應(yīng)山區(qū)高速公路彎道多、半徑小、橋墩高的特點，因此本項目采用T梁作為30m、40m跨徑橋梁的上部構(gòu)造。

2.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 橋墩

本項目由于地形條件的限制，梁墩高一般在20～60m之間，為了盡可能的標準化和統(tǒng)一化，墩高在45m以下，橋墩形式基本以雙柱式墩為主。柱式墩是目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩形式，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，施工方便、結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀，橋墩布設(shè)靈活性大，可適應(yīng)不同類型的基礎(chǔ)。采用雙柱墩可減小曲率和縱向水平力的影響。對于墩高45m以上的橋墩推薦采用矩形空心薄壁墩，設(shè)計考慮了其穩(wěn)定性以及墩頂因活載或溫度荷載產(chǎn)生過大的水平位移對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

2.2.2 橋臺

山區(qū)高速公路由于縱橫向地形起伏大，地勢陡峭，橋臺應(yīng)基本伸入切方中。為避免因橋臺設(shè)置引起的大面積山體開挖和臺前錐坡的不穩(wěn)定性，橋梁布孔時應(yīng)適當增加橋長，盡量采用無填土高度的橋臺，如伸入切方中的柱式臺。只有在縱橫向地形起伏不大，且地質(zhì)情況良好無順層坡的情況下，才采用重力臺。

2.2.3 基礎(chǔ)

擴大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)是山區(qū)橋梁最常用的基礎(chǔ)類型。本項目沿線山嶺區(qū)地質(zhì)條件較好，板巖、灰?guī)r承載力較大，一般可滿足擴大基礎(chǔ)的要求。橋臺采用擴大基礎(chǔ)時，由于受地面縱、橫向坡度和巖性差異的影響，基礎(chǔ)宜分幅設(shè)置，縱、橫向亦可以采用臺階形式。多數(shù)高架橋跨深溝或位于隧道進出口等地形復(fù)雜路段，地面縱橫向坡度較陡，如采用擴大基礎(chǔ)，兩側(cè)基礎(chǔ)埋深相差很大，易引起基底受力不均勻；且基礎(chǔ)施工工作面大，基坑開挖工程量大，嚴重破壞山體、植被，造成水土流失和水體污染，對環(huán)境的破壞相當嚴重；由于山體橫坡較陡，基坑開挖后高邊坡也存在著防護困難、工程量大，邊坡穩(wěn)定性和安全等問題。因此，從施工難易程度、結(jié)構(gòu)安全性、工程造價和環(huán)境保護等方面綜合考慮，本項目橋墩基礎(chǔ)統(tǒng)一采用樁基礎(chǔ)。

3 橋梁設(shè)計的一般原則

3.1 山區(qū)高速公路橋梁很多不受水文控制而只受地形控制，因此不宜采用路基方案而設(shè)置為高架橋，路橋設(shè)置界限問題，一直是難以把握的關(guān)鍵問題，也是影響工程造價的問題。實際上，對于地質(zhì)情況較好，雖然填方中心高度為30m，但收斂較快的V型峽谷，且橋隧相連地段，為消化隧道廢方，考慮路基方案可能比橋梁方案更安全更經(jīng)濟。而對于寬而平緩地段，雖然填方高度只是20m左右，填方基底還需花大量資金處理的路段，反而考慮橋梁方案可能更安全更經(jīng)濟。對于填土高度超過20m的路段，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、前后構(gòu)造物、前后路段的廢方量、工程造價、環(huán)境保護和自然景觀等進行綜合比選后決定是否設(shè)置橋梁。

3.2 在同一標段內(nèi)，橋梁的孔徑與式樣力求統(tǒng)一，同時應(yīng)使其總造價較低；在同一座橋梁中，除通航或其他要求外，應(yīng)盡量采用相同的結(jié)構(gòu)并且等跨；對于跨度不超過30m、40m的簡支梁橋，其跨度應(yīng)采用標準跨度。以方便設(shè)計與施工，取得良好的經(jīng)濟效益。

3.3 對于半幅橋左右墩柱高差大的橋墩，應(yīng)保證同一標高處墩柱截面尺寸一致，其余部分加大截面尺寸，避免墩柱剛度差別過大造成上部構(gòu)造變形不協(xié)調(diào)。

3.4 橋墩基礎(chǔ)，嵌巖樁采用嵌固深度和基巖強度為雙控指標，對于陡坡位置，需按樁基礎(chǔ)外緣距離中風化巖面陡坡5倍樁徑的安全距離深度處計算有效嵌巖深度；摩擦樁要求：樁基應(yīng)位于穩(wěn)定的坡體上，樁基應(yīng)滿足在5倍樁徑之外邊坡深度處計算承載力。

3.5 陡坡位置空心墩承臺，為減少開挖、防護，避免開挖造成的邊坡不穩(wěn)定，橫向較低半幅承臺上抬，做成“高樁承臺”。

4 結(jié)語

橋型設(shè)計本身就是一項復(fù)雜和靈活的工作，對于永吉高速公路這樣的山區(qū)高速公路，具有曲線半徑小、超高大、縱坡大、高墩和長橋等特征的橋梁設(shè)計，有很多新的問題需要進一步的探討和研究。本文結(jié)合以往的工程經(jīng)驗和設(shè)計中遇到的一些實際問題，提出一些見解和思路，可供設(shè)計人員參考。

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

[2]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[3]霍明.山區(qū)高速公路勘察設(shè)計指南[M].2003版.北京：人民交通出版社，2003.