長合高速公路山區橋梁設計思路

舒春生

（甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司，甘肅蘭州 730030）

1 對橋址建設條件的理解

項目沿線呈典型的低山、丘陵地貌，具有地表高差大、沖溝發育、橫坡陡直等特點，山區水系眾多，水文條件復雜，存在巖溶、滑坡、不穩定順層邊坡、崩塌、陡崖、煤礦采空區等不良地質(見圖1、圖2)。

圖1 巖溶地貌實景

圖2 陡崖地貌實景

斜彎坡橋多，墩臺樣式多、墩高差別大，橋梁基礎設計頻雜，橋梁施工場地狹窄，個別地段橋隧交替相連(見圖3、圖4)。

圖3 彎坡橋實景

圖4 橋隧相接實景

沿線地形、地質及水文條件復雜，分布有金刀峽景區、統景、張關景區、明月山等著名景點（見圖5、圖6），橋梁結構形式選擇需因地制宜，與周邊自然及人文環境協調。

圖5 金刀峽景區實景

圖6 明月山景區實景

2 總體設計思路

（1）橋梁服從于路線總體設計，其平、縱面與公路線形相融合。一般橋梁按照“適用、安全、經濟、美觀、耐久”的原則，貫徹設計施工標準化，選用技術成熟、受力明確、外形簡潔且便于施工的橋梁結構，橋梁孔徑種類應歸并減少，結構類型宜盡量統一。

（2）充分利用山區的自然環境，靈活設計，做到貼近自然，與山川、溝谷、河流等自然景觀和諧共處，與人文環境協調，將橋梁融人自然之中，注重結構與力學仿生，體現“尊重自然、保護環境”的生態設計理念。

（3）以綠色設計為主旋律，吸取建橋新技術、新工藝和先進設備，盡量采用可降低能耗、易于再利用和保護生態環境的材料，打造“綠色橋梁之都”。

（4）橋型方案設計充分考慮結構的耐久性和運營期間的養護費用，合理選用橋梁結構型式、墩臺高度、建筑材料及橋面伸縮縫、排水系統等附屬設施，滿足運營階段行車平順、舒適安全的要求，達到養護方便，體現“可持續發展、全壽命周期成本”的設計理念。

（5）重慶是我國著名的“橋都”，橋梁歷史悠久，形態各異且不乏獨創性，已建橋梁已從不同層面展示了重慶橋梁博物館的豐富多彩。通過細節景觀元素表達，以及風格俊異的天橋造型，合理確定各種比例關系，使橋梁景觀表達與巴蜀地域特色融合，追求結構與景觀、力學與美學的結合及協調，注重“傳承、發展和多元”的思想，彰顯橋都特有魅力。

3 對于關鍵技術問題的思考

3.1 山區橋梁孔跨布設總體思路

3.1.1 孔跨類型盡量統一，注重“韻律感”

根據地形及地質條件合理布孔，橋墩盡量避讓溶洞、滑坡等不良地質；韻律是一種重要的造型手法，橋梁孔徑種類應歸并減少，結構類型宜盡量統一，通過有規律的重復或變化形成韻律、節奏。

3.1.2 跨度與高度協調，避免形成密密麻麻的“墩林”

跨度與橋面高度應大致協調，一般情況孔徑值取橋梁最大高度值的0.75～1.25倍。對于上跨道路的橋梁，布孔不宜局限于滿足通行，應增強行車通透，并考慮道路遠期規劃。

3.1.3 根據墩高合理分聯，各墩柱剛度盡量接近

根據墩高合理分聯，聯長一般不超過200 m為宜，盡量保證同一聯橋梁結構的對稱性，橋墩剛度宜較為接近，若同一聯墩高差別較大，可通過支座及橋墩類型適當調整各墩剛度。

3.1.4 結合地形，必要時采取左右錯幅布置，確保基礎安全

橋梁分孔應密切結合地形，盡量減少開挖，必要時可采取左右錯幅布設，盡量保證橋臺處于穩定的地層內。

3.2 陡坡長聯橋的約束體系確定

對于高墩陡坡長聯橋，為防止橋梁產生向下坡方向的累計變形，應使高墩具有適宜的縱向剛度，對此，宜采用墩梁固結方案。若橋墩高度較低不能采用剛性連接時，每聯在中墩設置一個摩擦擺盆式支座，在正常使用及小震作用下，發揮固定墩的作用，大震作用下發揮擺效應以降低地震力。

3.3 主要不良地質地段關鍵技術問題

3.3.1 巖溶地段橋梁基礎設計

針對基礎類型、巖溶形態及發育程度、持力層情況，采取拋填片石夾粘土、注漿、溶洞頂板嵌巖樁基礎、打入鋼管樁等處理方案，并提出“逐樁鉆探”、“交替開挖”、“鋼護筒跟進防護”、“工程樁試樁”等技術輔助措施（見圖7～圖10）。

圖7 拋填片石實景

3.3.2 順層邊坡橋梁基礎設計

圖8 溶洞注漿實景

圖9 溶洞頂板嵌巖樁基礎實景

圖10 打入鋼管樁實景

順層邊坡承臺開挖過大會擾動山體，宜修建可承受外力的大直徑樁基礎起抗滑作用，保證邊坡穩定。當設計外力較大時，可采用以錯層群樁基礎順應地形，以群樁共同抗滑（見圖11）。

3.3.3 傍山崩塌地段橋墩防護措施

當橋墩位于河谷受滾石威脅時，應采用外套鋼筒（鋼筒與墩柱留間隙，內填柔性填充物）增強橋墩自身抗撞擊能力，同時采用主、被動防護措施結合的方式。主動防護可采用SNS柔性防護網、骨架防護，并結合邊坡植被綜合防護；被動防護可采用落石槽、棚洞等措施（見圖12～圖15）。

3.4 注重結構與力學仿生，使橋梁融入自然

圖11 群樁示意圖

圖12 外套鋼筒防護實景

圖13 柔性防護網實景

圖14 骨架防護實景

圖15 棚洞實景

自然界為原始人類提供了天然的躲避風雨的場所和跨越河流的天然橋梁。運用仿生學理念，從自然界中吸取靈感進行創新，同時也是為了與自然生態環境相協調，保持生態平衡，體現“尊重自然、保護環境”的生態設計理念（見圖16～圖19）。

圖16 橋梁防落石棚洞實景

圖17 重慶北碚區“恐龍之鄉”實景

圖18 山區斜拉橋實景

圖19 羚羊生息之地實景

3.5 以綠色設計為主旋律，打造“綠色橋梁之都”

以綠色設計為主旋律，減少橋梁建設對自然景觀和資源的破壞。為減少山體開挖，陡坡段采用Y型墩、高低墩，溝谷狹窄地段采用整幅雙柱橋、雙層橋等結構形式；跨線橋可采用鋼混組合結構，利用鋼材可回收的優點，起到節能減排的作用；防落石隔墻采用生態墻（見圖20～圖25）。

圖20 Y型墩實景

圖21 坡面采用高低墩實景

3.6 注重橋梁耐久性，引入可持續發展設計理念

目前規范對結構耐久性的有關規定較少，對橋梁耐久性重視程度不夠。該項目吸收國內外成功經驗和做法，從結構與構造、建筑材料等方面貫徹耐久性設計理念。山區橋梁由于橋墩普遍較高且橋下交通不便，高墩設養護安全護欄及檢修梯，為后期管養帶來方便；對于B類及以上腐蝕環境，通過調整混凝土配合比、增加保護層厚度、采用防腐添加劑等方法進行耐久性設計；為提高結構自身的耐久性，對部分橋梁可考慮采用耐候鋼、FRP纖維增強復合材料等新型材料，并對超高性能纖維增強混凝土實用性進行研究（見圖26）。

圖22 整幅雙柱橋實景

圖23 雙層高架橋（武罐高速洛塘河大橋）實景

圖24 鋼-混結合梁實景

圖25 防落石生態墻實景

3.7 關于橋梁景觀的幾點思考

圖26 超高性能纖維增強混凝土橋（Wild)實景

重慶已有橋梁的數量、型式、大型橋梁密度和建造技術均居全國前列，在拱橋、連續剛構橋方面尤為突出，重慶橋梁歷史悠久、形態各異，有“橋都”的美譽。該項目注重總體布局合理，墩、跨比例協調，注重橋梁與周邊自然及人文環境協調，追求結構與景觀、力學與美學的結合與協調，為重慶橋梁博物館添彩（見圖27）。

圖27 與周邊自然環境相協調的橋梁實景

4 大跨徑橋梁方案研究

新橋大橋、御臨河大橋為跨越深溝及河流而設，主橋均采用了（66+120+66）m連續剛構橋（見圖28）。主跨120 m是連續剛構橋的經濟跨度，連續剛構橋技術成熟，在山區橋梁中應用廣泛。但大跨剛構橋最大的缺點是腹板承受較大的主拉應力，混凝土材料易開裂，致使結構剛度降低，在徐變等因素影響下，撓度會持續加大，嚴重影響結構的耐久性和承載能力，降低結構安全度。為解決上述問題，可考慮采用造價相對較高的梁拱組合橋作為比較，但考慮到拱圈與高墩組合對景觀效果具有一定影響，也可同時考慮波紋鋼腹板橋作為比較方案。

圖28 連續剛構橋實景

近幾年國內為解決大跨連續剛構橋腹板開裂和下撓的通病，波紋鋼腹板橋逐漸興起，波紋鋼腹板橋因架設方便和自重輕特別適應于山區橋梁的建設。該階段推薦連續剛構橋，但下階段將對梁拱組合橋、波紋鋼腹板橋也進行研究，擇優選擇。

5 結語

本文以長合高速公路為工程背景，重點介紹了重慶地區橋梁建設條件、山區橋梁孔跨布設總體思路，以及大跨徑橋梁設計方案。本文在橋梁方案設計中引入了“仿生學”、“綠色設計”、“可持續發展”等理念，隨著社會經濟發展及橋梁技術的進步，這些理念將成為未來橋梁設計的主流。

[1]張太雄，孫立東.走向世界的重慶橋梁[J].公路交通技術，2005，(6)：21-22.

[2]黃志斌,劉志峰.當代生態哲學及綠色設計方法論[M].合肥:安徽人民出版社,2004.

[3]曹少中,涂序彥,楊國為.綠色循環經濟與綠色設計[J].機械設計,2004,21(4):1-5.

[4]范立礎.橋梁工程安全性與耐久性,展望設計理念進展[J].上海公路,2004,(1):1-5.

[5]鄭丹星,馮 流,武向紅.環境保護與綠色技術[M].北京:化學工業出版社,2002.

[6]謝茂林.山區高速公路橋梁設計[J].廣東建材,2005，(6).

[7]崔玥,李克軍.山區高速公路中橋梁結構設計的研究[J].林業科技情報,2005，(1)