山區高速公路建設中的橋梁設計應注意的問題

摘要： 結合山區高速公路特點，介紹山區橋梁設計中跨徑選擇原則，墩、臺、基礎和結構體系宜采用的形式以及橋梁和路基之間的關系。 

關鍵詞：山區高速公路 標準跨徑 橫斷面 曲線半徑 橋墩 橋臺 基礎 路基

1 山區高速公路的主要特點 

山區高速公路的主要特點是地形地質復雜。地形復雜，表現為地面高差大，變化頻繁，橫坡陡；地質復雜表現為巖溶、滑坡、不穩定斜坡、崩塌、陡崖、煤氣地層等不良地質。受此影響，路線布設時平縱橫三個方面都受到約束，一般就是平曲線多，平面半徑小，縱坡大，橋梁比例高，橫坡陡，半邊橋和高擋墻多。山區高速公路橋梁也相應具有上述特點，彎坡橋多，高墩大跨多，墩臺形式多，設計中必須協調解決好橋梁各細部構造與地形地質之間的關系。 

2 橋梁上部構造設計 

2.1 一般設計原則。山區高速公路，橋梁所占比重大，但一般來講，大跨徑橋梁方案畢竟是少數，絕大部分還是采用施工方便、造價經濟的標準化、預制裝配化結構。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，而標準跨徑橋則更多的是具有共性特征，所以本文重點探討標準化、裝配化橋梁的設計。 

2.2 具體橋梁設計。具體到一座橋設計時，上部構造設計要處理好兩個關系。 

2.2.1 處理好跨徑與墩高的關系。跨徑與墩高的關系按橋梁美學原則，一般應選擇比值為0.618-1之間，通過經濟比較，往往又是經濟的，也就是說20m跨徑T梁適應的墩高一般為12-20m，30m跨徑適應的墩高一般為18-30m，40m跨徑適應的墩高一般為24m-40m。山區高速公路地形起伏變化頻繁，通常應根據地形選擇一種跨徑，不宜根據墩高頻繁變化跨徑，墩柱高度變化很大時，可以采用20m與30m或者30m與40m的組合跨徑。當一座橋梁，有幾種跨徑方案可選擇時，應結合上下構做造價分析比較再做選擇。 

2.2.2 處理好上部構造（板或梁）與平面曲線半徑的關系。橋位處平面曲線半徑對橋梁跨徑的選擇及平面布置影響較大，主要表現為兩個方面，第一是內外弧差，第二是中矢高。墩臺徑向布置時，由于曲率半徑的影響，內外梁梁長不等，半徑越小，內外梁梁長差越大。解決此問題一般兩種途徑，一種是根據平面半徑變化梁長，另一種是不變梁長通過加大帽梁，加大封錨端或加長現澆連續段處理。第一種方法變化梁長，設計簡單，帽梁尺寸較小、規格統一，但一個標段，如果有幾座橋處于不同的曲線半徑上時，預制梁長度種類就較多，頻繁調整模板雖不算很難，但每片梁都需要編號，堆放預制梁需要很大場地，這對“地無百米平”的山區確實是難以解決的問題，因此一般不采用變梁長方案。采用等梁長方案時，如果半徑較大，內外梁梁長差不大，可以采用內弧長等于標準跨徑布置，如果半徑較小，可以采用半幅橋中線弧長等于標準跨徑布置，這樣連續段長度一端比標準長度增加，一端減小。內外弧差的問題解決后，還有中矢高的問題，一般中矢高10cm以內，可以通過調整護墻內緣使之適應平面線形；半徑較小，中矢高大于10cm時，由于護墻一般為50cm寬，護墻調整太大外觀不美，護墻功能亦削減。此時亦有兩種解決辦法，一種是預制梁外緣按實際曲線預制，另一種是預制T梁邊梁時，將邊梁多預制一段長度，讓現澆橋面板和護墻來適應平面線形。邊梁按實際曲線預制時，邊梁翼緣板由于兩側不等寬，剛度不等，施加預應力時可能出現側向翹曲，且不同半徑外邊梁形狀不一樣，種類多施工較麻煩。第二種辦法雖然材料稍有浪費，美觀性稍差，仍優于前一種。 

3 橋梁下部構造設計 

3.1 橋墩。高度較矮的橋墩（h＜40m）多采用柱式墩，Y型薄壁墩，其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圓柱和方柱。圓柱施工中外觀質量易控制，且與樁基銜接方便，平原地區用的較多。但從美觀上來說，方柱有棱有角，與上構梁體協調，有一定的視線誘導性，較美觀。從受力上看，截面積相等的方柱和圓柱，方柱抗彎剛度大于圓柱，受力優于圓柱，當體系為連續剛構時，方柱可以方便地通過調整兩個方向的尺寸來調整墩柱的剛度，從而達到調整墩柱受力的目的。圓柱為各向同性，調整起來效果差一些。方柱的缺點是墩柱與樁基之間需通過樁帽連接，增加了工程數量，并且山區橋梁地面橫坡都較陡，增加柱帽構造還會增加挖方工程量，引起邊坡不穩，設計中應根據地形、上構結構形式、墩高綜合考慮選用方柱或是圓柱。 

3.2 高墩。一般矮橋墩的設計由強度控制，但當墩高較高時，就必須得考慮橋墩的穩定問題。《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62-2004）關于偏心受壓柱條文說明5.3.10條指出，“當l0/h＞30時，構件已由材料破壞變為失穩破壞。” l0為受壓柱的有效長度，在0.5～2倍墩高之間變化，究竟取值多少，與施工狀態、上構重量、上構和墩柱的連接方式即墩柱的支承剛度有關。大量的計算實驗表明對于先簡支后剛構（墩頂與上構為鋼板焊接）和先簡支后連續（墩頂與上構為橡膠支座連接）的多跨T梁橋來說，墩柱的有效長度l0=1.2～1.43l，l為墩柱高度，當l=40m且采用矩形截面時，h≥1.2～1.43×40/30=1.6～1.907m，h=50m時h≥2～2.383m，當墩厚大于2m時，實心矩形截面經濟性降低，所以可以得出一個結論：墩柱為材料破壞時，采用實心矩形截面，其高度不宜超過50m。當墩高大于50m時，宜采用空心薄壁墩截面。采用空心薄壁墩，墩高超過65m左右時順橋向應考慮放坡，因為采用等寬尺寸時施工雖然方便，但為了保證橋墩的穩定，墩柱和帽梁必將尺寸加大很多，這樣材料會浪費較大。 

3.3 橋墩與路幅的關系。山區高速公路有整體式路基，也有分離式路基。目前路線選線越來越強調減少占地，環保、與景觀協調的理念，除了中長隧道等設置分離式路基外，越來越多的采用整體式路基。整體式路基的雙幅橋，一般情況下下構按分幅單獨設計，即雙幅四柱。對于高墩長橋，為了減少開挖，增強邊坡穩定性，節約材料，降低造價，整體式下構即雙幅兩柱不失為一種較好的選擇。與雙幅四柱相比，在橋墩截面積及橫向寬度相當的情況下，整體式下構橫向和縱向剛度是分幅設置的兩倍以上，除了可以減少開挖，節約材料、施工面少外，還能減少墩頂變位。當然整體式下構帽梁跨度較大，還須考慮車輛雙向行駛時扭矩影響，帽梁需設置的強大一些。一座橋究竟是采用整體式下構還是分幅下構，需結合橋位處地形、地質、水文、墩高等多方面因素綜合考慮。 

4 結束語 

山區高速公路橋梁設計有很多區別于平原橋梁的地方，也更有很多方面需要探討，本文只是拋磚引玉，結合設計中遇到的實際問題，提出一些解決方法，敬請同行批評指正。