杜廣偉

（貴州省交通科學研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

隨著我國交通基礎設施的大力發(fā)展，我國經濟發(fā)展逐步向貧困山區(qū)拓展。因山區(qū)水文、地質條件復雜，地形復雜多變，橋梁工程在整個工程項目中的占比較大，橋梁工程設計的科學性直接決定交通通行質量和安全程度，并對工程建設的造價有著決定性影響。所以橋梁的設計是整個交通工程設計的重中之重。本文結合某二級公路的實際案例，全方位分析和探究了山區(qū)二級公路橋梁工程設計的基本原則和重點環(huán)節(jié)，并根據工程項目現場實際地理條件，綜合分析各橋梁結構形式、適用環(huán)境及投資費用等各方面因素，最終制定科學有效的山區(qū)橋梁建設方案，以期能有效促進我國路橋事業(yè)的進步與發(fā)展。

1 工程概況

某公路為雙向四車道，設計速度為80km/h，路基寬25.5m，設計總長約93.6km。工程建設區(qū)域位于山嶺重丘區(qū)，地形復雜、山勢險峻，存在多處跨越山谷的橋梁工程，物資運輸困難，是極具代表性的山區(qū)公路，其橋梁設計結構方案需重點考慮山區(qū)項目的特質。

2 項目特點

2.1 地形條件復雜

該公路工程全部處于山區(qū)，地勢崎嶇不平，坡陡崖深，溝壑縱橫，施工區(qū)域高差最大位置約1 100m。橋梁、隧道在整個工程項目中占比超過70%。

2.2 地質條件復雜

工程建設區(qū)域大部分為不良地質條件發(fā)育區(qū)，是典型的地質災害易發(fā)區(qū)，結合現場實際地址勘察，全段經常出現坍塌，存在巖溶及危巖等不良地質；主要巖層分布為寒武系、奧陶系以及三疊系灰?guī)r等碳酸質巖石，質地堅硬，并距離構造斷裂帶較近，巖石整體性較差，發(fā)育情況為裂隙發(fā)育。所以在進行橋梁設計時要全面結合現場不良地質條件的影響，采取必要的技術措施保證邊坡穩(wěn)定性及橋梁墩臺基礎的安全性。

2.3 復雜的氣候環(huán)境

工程建設區(qū)域氣候垂直性變化強烈，周圍小氣候復雜多變，地形每升高100m，溫度下降約0.6℃。進入冬季海拔高度超過1km 會存在積雪現象，海拔高度超過1.2km 易產生結冰現象。由于施工區(qū)域地勢高、山勢險、山坡陡峭、積雪覆蓋，使得工程施工難度加大，安全問題極為突出。

2.4 環(huán)境保護及景觀要求突出

工程全線內生態(tài)資源多樣，自然風景區(qū)及保護區(qū)分布較廣。所以，要結合現場具體情況對橋梁設計方案實施全面優(yōu)化，并根據局部位置對設計進行細化，從而設計出合理的工程建設方案，盡可能降低對生態(tài)保護區(qū)的干擾和破壞；此外，還要注意對橋梁造型及景觀的設計，使建成后的橋梁盡可能與周圍自然環(huán)境相協(xié)調，真正實現工程建設與生態(tài)環(huán)境的統(tǒng)一發(fā)展。

2.5 橋梁項目形式較復雜

本工程橋梁設計時必須要對主橋、引橋、接線及建成后運營安全進行全面考慮，涉及項目形式及影響因素復雜多樣，是一項較為繁瑣的系統(tǒng)性工程。所以在對該工程進行設計時，必須綜合技術和管理運營等不同層面全方位進行考慮。

3 大跨徑橋梁方案比選

本項目中的柴埠溪大橋主要為路線跨越漁洋關大鯢省級自然保護小區(qū)而專門建設，保護小區(qū)長度為310m。根據環(huán)保審批的相關指示，在此范圍內嚴禁布置橋墩。結合現場實際地理特征和相關指示，該橋梁應采用大跨度橋梁。根據大跨度橋梁方案，建議采用的橋型包括斜拉橋、懸索橋及拱橋三種形式。

3.1 斜拉橋方案

斜拉橋方案應用主跨為480m 雙塔雙索面斜拉橋（見圖1）。該橋梁形式具有較強的跨越性能，總體造型巍峨聳立，能夠帶來強烈的視覺沖擊感，最大程度地實現橋梁與周圍環(huán)境的協(xié)調統(tǒng)一。結合本工程實際情況，其橋跨布置為（68+144+480+144+68）m 鋼混組合梁斜拉橋，半漂浮結構體系。和索塔下部橫梁位置安裝具有限位功能的縱向豁滯阻尼器。

圖1 主跨480m斜拉橋方案示意圖

針對主跨不超過800m的大跨度橋梁，該結構形式和懸索橋相比，抵抗風荷載的能力較強，穩(wěn)定性更高，其經濟效果更好，是該跨度橋梁結構形式的主要代表。

3.2 懸索橋方案

懸索橋主要是應用于超大跨度的橋梁結構形式，其主跨大多超過800m。其具有線形美觀、自重輕、跨度大等優(yōu)點。這一方案在設計時，要重點考慮主塔和錨固位置，主塔必須要與陡坡保持適當的安全距離。根據現場實際情況，該工程需采用跨度為660m鋼板梁方案，矢跨比為1/9.8（見圖2）。起點和終點錨旋均應用重力式錨旋。

圖2 主跨660m懸索橋方案示意圖

660m 跨度并非懸索橋的經濟跨度，成本較高，且施工錨旋花費工期較長，此外，施工錨碇基坑會破壞周邊環(huán)境，不適用于環(huán)保條件要求較高的工程。

3.3 拱橋方案

該工程因受地理及漁洋關西互通布置等情況限制，位置布設較高，通過分析決定，如果選擇拱橋方案，可采用主跨為380m 的上承式拱橋，其矢跨比為1/4.5（見圖3）。拱圈上部最高立柱約81m，現階段我國已建成的拱橋，拱圈上部最高立柱78m。

圖3 主跨380m拱橋方案示意圖

拱圈上部立柱和拱肋位置受力狀況及立柱穩(wěn)定性不易控制，施工難度較大、工期較長、成本較高。

3.4 方案綜合比選

結合工程實際，全面考慮造價、工期、環(huán)保、景觀以及質量控制等因素后，建議該橋選用斜拉橋方案。

4 橋梁上部結構形式

通常情況下，大中型橋梁在設計時上部結構形式主要采用空心板、組合箱梁以及裝配式T 梁三種形式。結合前期大量設計及施工案例，預應力混凝土裝配式空心板在施工和運營過程中通常會產生接縫和底板開裂等質量缺陷，因此本工程不建議采用此種結構，僅針對裝配式組合箱梁及T 梁兩種形式展開比選。

4.1 技術經濟比較

選擇路基寬度為26m，標準跨度為20～40m 組合箱梁及T 梁上部結構實施技術及經濟效果比較，具體情況如圖4～圖6所示。

圖4 梁高對比圖

圖5 梁的質量對比圖

圖6 估算對比圖

通過上述比較能夠看出，小箱梁在跨徑為20m 和25m 時具有較好的經濟價值。當跨徑逐漸增加時，其造價逐漸趨于T 梁造價。當跨度為30m、40m 時，二者經濟效果接近。

4.2 受力分析比較

組合箱梁和T 梁對比：單片組合箱梁具有較強的穩(wěn)定性能，其抗扭彎矩為1.19～2.37kn.m，高于單片T 梁。單幅單孔組合箱梁其整體抗扭彎矩比T 梁高，約為1.08～1.19kn.m，而單幅單孔T 梁的彎矩明顯高于組合箱梁，約1.19～1.33kn.m。

4.3 景觀性比較

組合箱梁只在橋墩頂部安裝隔板，具有良好的視覺效果。T 梁因尺寸較大、跨中位置通過橫隔板實現與各主梁的連接，視覺效果略遜于組合箱梁。但T 量具有較強的抗彎性能，在實際應用時，抗彎性能相比視覺效果更加重要。

4.4 施工控制及后期養(yǎng)護比較

就施工方式而言，預制箱梁具有可行性高、穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，且梁數量和T 梁相比要少很多。預制T梁單片重量和跨度相同的箱梁相比要輕約18%～23%，跨度超過40m 的預制T 梁同跨度預制箱梁相比其施工吊裝重量明顯較輕，施工較為便捷。

從質量把控方面來看，預制組合箱梁內部為中空內腔，對施工技術要求較為嚴苛；而預制T 梁在實際施工時，其質量更容易把控。

從使用階段維護情況來看，二者在后期維護方面均無需投入太多費用，但由于T 梁屬于密實構造，其質量缺陷更容易顯露，方便檢查和維護。

結合前期該地區(qū)類似橋梁工程設計及施工案例，并根據綜合比選結果，建議本工程橋梁采用T 梁設計方案。

4.5 橋梁墩高與跨徑的比選

根據山區(qū)實際地形特征，高橋墩已成為橋梁設計的必選方案，在確定橋梁跨度時要嚴格結合橋梁特征合理設置高跨比，確保在力學性能滿足規(guī)范要求的前提下，盡可能使造價降至最低。

當橋墩高度不超過30m 時，下部結構占比相對較小，這種情況下應用30m 跨度上部結構經濟性較好；而隨著橋墩高度的逐漸增大，下部結構占比越來越大。當橋墩高度增加至35m 時，跨度為30m 和跨度為40m 的橋梁工程造價大體相同。當橋墩高度處于二者之間時，更傾向于采用跨度為40m 的T 梁；而當橋墩高度超過40m時，應采用40m跨度T梁設計。

5 橋梁下部結構形式選擇

本工程涉及的橋梁大部分橋墩高度較大，在結構受力方面的考慮因素主要為抗壓和抗彎性能，所以，在進行橋墩設計時，除考慮強度達到標準要求外，還要全面考慮橋梁在施工及使用階段的整體穩(wěn)定性及安全性，以有效保證施工及使用階段不會發(fā)生橋墩失穩(wěn)狀況。目前，常用的橋墩結構形式主要包括雙柱墩、實體墩以及空心薄壁墩等。實際應用情況如表1所示。

表1 橋墩形式選取表

當橋墩高度超過25m 或縱向坡比高于3%時，應采用橋墩和上部結構固結的結構形式。橋臺設計要根據現場實際地形特征，通常狀況下，普遍應用樁柱式臺、肋板臺、U 臺以及板凳臺等幾種形式。在山區(qū)橋梁設計時，其橋臺要盡可能設置在挖方部位。

6 結語

山區(qū)二級公路橋梁設計在確保使用功能及安全的基礎上，要盡可能控制建設規(guī)模，降低投資成本；嚴格遵循技術先進、安全舒適、經久耐用、經濟合理、美觀協(xié)調、節(jié)能環(huán)保的設計理念。貫徹可接近、可監(jiān)測、可維護、可替換的控制思路，以有效降低使用階段維修、養(yǎng)護的工作難度，減少維護成本。此外，制定科學有效的設計方案，并對細部設計不斷優(yōu)化，能夠有效降低工程對環(huán)境的影響，實現工程建設與環(huán)境保護的協(xié)調發(fā)展。