楊 芬，張 華

（湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051）

0 引言

近年來，隨著社會(huì)進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興,持續(xù)鞏固脫貧攻堅(jiān)成果，在“要致富，先修路”，“村村通”，“建設(shè)四好農(nóng)村公路”等一系列政策號(hào)召下，國(guó)家大力支持農(nóng)村公路事業(yè)的發(fā)展。我國(guó)地域遼闊，山區(qū)眾多，這就不可避免需要在山區(qū)建設(shè)跨越溝谷或小溪的橋梁，高等級(jí)公路上大跨徑橋梁作為線路的控制點(diǎn)，需把握大的線路走向。在山區(qū)農(nóng)村公路建設(shè)中，往往低等級(jí)路偏多，相比于大跨徑橋梁來說，往往中小跨徑橋梁占比更多。如何設(shè)計(jì)好山區(qū)公路中小跨徑橋梁，避免造成資源浪費(fèi)對(duì)設(shè)計(jì)者來說有著不小的挑戰(zhàn)。本文提出具體在山區(qū)公路中小跨徑會(huì)遇到的問題，具體問題具體解決，為廣大從事橋梁設(shè)計(jì)工作者一些建議和參考。

1 山區(qū)中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)總原則

1.1 橋梁選型原則

早些年代，公路設(shè)計(jì)者大多以“路隨橋走”的設(shè)計(jì)原則。就是說以橋梁作為控制點(diǎn)，路線服從橋梁的走向，但在山區(qū)公路橋梁建設(shè)中并不適用，往往一旦以橋梁為控制點(diǎn)，路線就會(huì)過多占用農(nóng)田或大挖大填山體和溝谷，這就與現(xiàn)代 “綠水青山就是金山銀山”的理念相悖。所以在山區(qū)中建設(shè)中小跨徑橋梁，應(yīng)服從“橋隨路走”的現(xiàn)代設(shè)計(jì)原則，控制點(diǎn)應(yīng)為那些高邊坡及高填方的路段，應(yīng)避免為了橋梁方便施工或好設(shè)計(jì)，對(duì)線路進(jìn)行不必要的調(diào)整，造成不必要的環(huán)境破壞。

在山區(qū)中小跨徑橋梁橋型選擇上，應(yīng)盡量簡(jiǎn)單明了，避免設(shè)計(jì)一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橋型，簡(jiǎn)支橋梁尤為合適，為首選。在低等級(jí)山區(qū)公路中，路線一般沿著原有老路設(shè)計(jì)，盡量避免大挖大填。橋梁作為跨越山區(qū)溪流或小溝谷的媒介，首先追求的是施工簡(jiǎn)單便捷，材料能夠就地取材為佳。簡(jiǎn)支橋梁結(jié)構(gòu)無論是現(xiàn)澆還是預(yù)制梁板，在施工中都最為方便，因其施工技術(shù)難度低，故而橋梁質(zhì)量能夠得到很好的保障。

1.2 上部結(jié)構(gòu)選擇

山區(qū)中小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)首選宜為預(yù)制矮T梁，空心板次之，對(duì)于單跨大于20 m 可選擇T 梁和小箱梁，對(duì)于單跨小于10 m 的橋梁也可以選擇現(xiàn)澆板，預(yù)制10 m 以上梁板應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考慮是否采用，最主要受限于當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸及入場(chǎng)道路是否能夠滿足超限車輛的通行。

山區(qū)公路中小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)首選矮T 梁，原因主要有以下兩點(diǎn)：

（1）山區(qū)公路路線崎嶇不平，為了避免過大的開采山體，設(shè)計(jì)路線選型時(shí)都會(huì)盡量沿原有山路設(shè)計(jì)，所以容易出現(xiàn)路線彎道占比較大。橋梁在“橋隨路走的”設(shè)計(jì)原則下，很有可能布置在彎道超高加寬段上，彎橋和斜橋出現(xiàn)可能性較大，實(shí)踐證明采用預(yù)制空心板，在超高加寬段過大的橫坡處，設(shè)計(jì)者一般采用三角楔塊加墩臺(tái)設(shè)置橫坡來調(diào)整，這就導(dǎo)致吊裝預(yù)制空心板時(shí)梁與梁之間鉸縫有錯(cuò)臺(tái)，很難像直橋一樣齊平，在鉸縫處容易出現(xiàn)剪切變形開裂，從而造成單板受力。而矮T 梁之間采用的是預(yù)留現(xiàn)澆濕接縫，就不存在鉸縫難以處理的問題。

（2）根據(jù)浙江省交通廳推廣矮T 梁時(shí)的經(jīng)驗(yàn)報(bào)告，根據(jù)多年運(yùn)營(yíng)顯示，空心板結(jié)構(gòu)在全壽命周期中容易出現(xiàn)板底裂縫、鉸縫脫落、單板受力等一系列病害。而上部結(jié)構(gòu)為T 梁橋在調(diào)查過程中病害較少，且矮T 梁具有施工速度快、預(yù)制簡(jiǎn)單、加固容易等特點(diǎn)，社會(huì)及環(huán)境效益顯著。同時(shí)研究表明通過全壽命經(jīng)濟(jì)成本分析，矮T 梁具有較高的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

1.3 下部結(jié)構(gòu)選擇

山區(qū)中小跨徑橋梁下部選擇應(yīng)根據(jù)地形具體情況進(jìn)行選擇，對(duì)于高度矮、跨徑小和地質(zhì)良好的地區(qū)，下部結(jié)構(gòu)首選為U 型橋臺(tái)，對(duì)于地質(zhì)不良地段，應(yīng)根據(jù)前后對(duì)比決定是否選擇樁基接耳背墻橋臺(tái)，特別是在深溝谷地段，采用樁基橋臺(tái)或U 型橋臺(tái)應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析。

近年有部分學(xué)者認(rèn)為在山區(qū)公路中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)問題上應(yīng)注重高跨比協(xié)調(diào)[1]，本人在此有不同的看法，山區(qū)公路上，特別是小跨徑橋梁，往往是高橋臺(tái)，小跨徑居多，主要是受山區(qū)地形影響，大多小跨徑橋梁位置處于傍山深沖溝處居多，如圖1 所示。為了節(jié)約造價(jià)，自然就會(huì)形成高橋臺(tái)、小跨徑這樣高跨比不相協(xié)調(diào)的橋梁。因此，山區(qū)中小跨徑橋梁下部結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)講究因地制宜，具體問題具體分析。

圖1 傍山小橋

1.4 中小跨徑橋梁經(jīng)濟(jì)分析

山區(qū)中小跨徑橋梁需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的情況，主要發(fā)生在橋跨和橋臺(tái)高度的選擇上，往往跨越溝谷地段，橋臺(tái)既可以選擇為U 型橋臺(tái)，也可以選擇多加10 m 或20 m 跨徑，橋臺(tái)采用埋入樁柱式橋臺(tái)。這兩種選擇就要進(jìn)行比對(duì)分析，具體需考慮以下三點(diǎn)：

（1）選擇U 型橋臺(tái)時(shí)，應(yīng)考慮滿足設(shè)計(jì)承載力要求的地基層與設(shè)計(jì)標(biāo)高之差。在過高的情況下，受力上就不宜采用U 型橋臺(tái)。U 型橋臺(tái)的混凝土方量隨著高度增加而增加，越高則基礎(chǔ)占地就越大。

（2）選擇埋入式橋臺(tái)時(shí)，優(yōu)先考慮采用嵌巖樁，此時(shí)就需判斷增加的樁長(zhǎng)和上部結(jié)構(gòu)是否會(huì)過大增加跨徑工程量。

（3）綜合兩種方案對(duì)水質(zhì)和環(huán)境的影響。需考慮采用U 型橋臺(tái)施工時(shí)產(chǎn)生的大挖大填，是否會(huì)造成環(huán)境破壞和水土流失，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）當(dāng)期的地材價(jià)格和鋼材價(jià)格。U 型橋臺(tái)往往不需進(jìn)行配筋，而樁基橋臺(tái)需要進(jìn)行配筋，地材價(jià)格和鋼材價(jià)格影響經(jīng)濟(jì)上選擇占比較大。

2 案例分析

某三級(jí)農(nóng)村公路，為使線形順直，經(jīng)過多方論證，采取穿越深溝谷地段，具體平面布置情況如圖2。

圖2 某橋平面布置圖（單位：m）

由圖2 可以看出，橋位所處高程與低點(diǎn)高程最大相差40 m，橋位縱斷布置如圖3 所示。

圖3 某橋縱斷面布置圖（單位：m）

2.1 方案選擇

對(duì)于此類穿越深溝地段的路線，通常我們有兩種大方案，一是填方鋪路，二是建設(shè)橋梁跨越。根據(jù)所給平面圖和縱斷面可知，填方最高高度為40 m，填方方量大，周邊等高線密集，坡度陡峭，需要借土填方，填方后對(duì)原有生態(tài)造成嚴(yán)重破壞，所以并不適合進(jìn)行填方處理，采用橋梁橫跨溝谷最為合適。

確定為橋梁橫跨溝谷方案后，我們就要進(jìn)行跨徑選擇，根據(jù)平面和縱斷面，該處橋梁可以采用跨徑3×30 m 連續(xù)橋梁，下部采用U 型橋臺(tái)或4×25 m連續(xù)橋梁、埋入式樁基。

2.2 兩個(gè)跨徑方案選擇分析

根據(jù)圖1 和圖2 所示，該橋橋?qū)?.5 m，選擇3×30 m橋跨方案時(shí)，橋臺(tái)和設(shè)計(jì)標(biāo)高相差將近10 m，必須進(jìn)行邊坡的開挖和回填。在確定對(duì)生態(tài)環(huán)境影響不大的情況下，就要進(jìn)行橋臺(tái)混凝土方量的計(jì)算。10 m 橋臺(tái)臺(tái)身加側(cè)墻和基礎(chǔ)為2 376 m3（最新公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范中，耐久度要求臺(tái)身混凝土設(shè)計(jì)100 a，最少需要用到C30 混凝土[2]），根據(jù)現(xiàn)有水泥價(jià)格，一方C30 混凝土大約需要300 元，兩個(gè)橋臺(tái)造價(jià)大約需要80 萬元（包括臺(tái)帽背墻）。挖土石方和臺(tái)背回填透水性材料大約10 萬元。支架等雜項(xiàng)工程按10 萬元計(jì)。上部結(jié)構(gòu)采用30 m 的T 梁，一片約10 萬，一跨包括橋面鋪裝大約需要50 萬元，3 跨150 萬元。

選擇4×25 m 橋跨方案時(shí)，橋臺(tái)正好可以采用埋入式橋臺(tái)，樁基深度20 m 即可到達(dá)中風(fēng)化巖層中，埋入式橋臺(tái)造價(jià)大約需要40 萬元，上部結(jié)構(gòu)25 m的T 梁約8 萬元一片，一跨包括橋面鋪裝大約需要40 萬元，4 跨160 萬元。

根據(jù)以上經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，顯然在橋跨長(zhǎng)度增加并不多時(shí)候，能夠避免采用高重力式橋臺(tái)，更為合適。

在選擇埋入式橋臺(tái)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）確保樁柱式橋臺(tái)埋入的土層為原狀土，未經(jīng)過長(zhǎng)期穩(wěn)定的人工填土地面線不可作為埋入式橋臺(tái)的起算點(diǎn)。

（2）埋入式橋臺(tái)的前墻放坡應(yīng)做好貼坡防護(hù)和排水，避免傍山橋梁受山間水流影響造成橋臺(tái)前的放坡土流失，樁基裸露。

（3）做好前期地質(zhì)鉆探，避免樁基布置在孤石或溶洞上。

2.3 橋墩的選擇

在山區(qū)建設(shè)橋梁，往往會(huì)跨越深溝，有時(shí)中小橋在最低點(diǎn)處距橋面設(shè)計(jì)高程可能超過50 m，在山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)上，圓柱式排架墩和矩形空心墩較為常見，中橋主要以圓柱式排架墩為主，高度在25 m以上往往采用墩梁固結(jié)形式，這樣可以最大限度發(fā)揮橋墩柔韌性的特點(diǎn)，使整個(gè)橋墩形成擺動(dòng)支座，提高了整個(gè)橋梁的整體性。

3 結(jié)語(yǔ)

在山區(qū)中小橋設(shè)計(jì)上，最需要的是因地制宜，沒有固定結(jié)構(gòu)形式，不可照搬套用。本文總結(jié)了多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過橋梁選型、上下部結(jié)構(gòu)選型并且進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行講解。提出了上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在山區(qū)宜為矮T，下部結(jié)構(gòu)可以選擇U 型橋臺(tái)和埋入式樁基橋臺(tái)，具體要根據(jù)施工地山區(qū)特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，得出最優(yōu)方案。