山區高速公路雙層高架橋梁設計研究

徐樂惠

【摘 要】雙層高架橋梁是路橋工程建設中常用的一種橋梁形式，當下已經廣泛應用于城市立交橋等路橋工程中，但是在復雜的地勢與環境條件的山區中其應用難度比較大，必須進行仔細的設計。文章以雙層高架橋梁為研究對象，重點對其在山區高速公路工程中應用的一些設計要點進行了探討。

【關鍵詞】山區;高速公路;雙層高架橋梁;設計;要點

【中圖分類號】U448.28 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）12-0060-02

隨著路橋事業的飛速發展，高速公路建設項目不斷增多。相較于平原地區的高速公路項目，山區具有復雜的地勢和地形條件，生態環境比較脆弱，且容易出現泥石流、滑坡等不良地質災害，極大地增加了該地區高速公路工程項目設計與施工的難度。由于受到山區地形、地勢及河道等因素的限制，因此高速公路橋梁路線無法與地形進行有效融合，這種情況促使雙層高架橋梁的設計形式得到了廣泛應用。

1 合理選擇雙層高架橋梁結構的形式

1.1 合理選擇橋梁結構體系

在選擇與設計雙層高架橋梁結構體系時，為了增強橋梁結構整體的耐久性與舒適性，一般會將其設計成預應力連續結構。不同于一般的高速公路橋梁結構體系設計中常用的“簡支—連續—鋼構”組合體系、簡支轉連續體系、簡支結構橋面連續體系等體系形式，雙層高架橋梁結構體系設計中更適宜分別確定上部橋梁和下部橋梁的結構體系，這使得它們在組合受力情況下的結構設計更加復雜，具體需要結合山區地區高速公路建設實際情況選擇橋梁結構體系。

1.2 合理選擇上部構造形式

在明確雙層高架橋結構體系的基礎上，設計人員要合理地選擇橋梁上部構造形式，具體選擇要點在如下。

（1）合理選擇橋梁跨徑。當下，山區高速公路建設中的上部橋梁結構一般主要采取裝配式結構，其中雙層高架橋梁結構的最佳跨徑適宜控制在20～40 m，避免過大或過小。過大的跨徑會增大橋梁橋墩橫截面積，影響整體橋梁結構的協調性，同時過大的路拱橫坡會影響行車的安全性。而過小的跨徑則需要相應地設置比較多的橋墩，會對下層橋梁的行車視線造成干擾。針對工程建設實踐與相關研究可知，山區地區的雙層高架橋梁結構的最佳跨徑一般主要有25 m、30 m、35 m等規格，可以在滿足高速公路建設經濟性的基礎上，增強橋梁結構的美觀性。

（2）選擇恰當的上部結構類型。在選擇上部構造形式期間，要結合山區高速公路建設的實際情況，綜合考慮結構設計的經濟性與受力特性等，靈活地選擇組合“T”形梁或組合小箱梁等上部結構類型，這些結構形式的工廠化生產工藝比較成熟。

1.3 合理選擇下部橋墩形式

當下，國內在建設高速公路中，下部橋墩結構中有許多類型的橋墩，例如空心墩結構形式、薄壁墩結構形式、柱式墩結構形式、“Y”形墩結構形式、花瓶墩結構形式等，空心薄壁墩結構形式和柱式墩結構形式（如圖1所示）最為常用。通常而言，橋墩結構的高度一般小于50 m，如果橋墩結構對強度具有較高的設計要求，那么實際選擇橋墩結構形式的時候適宜采用柱式墩結構形式;如果橋墩結構高度大于50 m，那么更加適宜采用基于穩定控制設計理念的空心薄壁墩機構形式。此外，對山區的高速公路建設項目而言，適宜結合山區的一些特殊地形條件等，靈活地選擇一些特殊結構形式的橋墩結構。例如，可以有效地利用山區地區凸出來的獨立山包或巖嘴等，科學地設計門架式或懸臂式橋墩結構形式等。如果雙層高架橋梁的橋墩結構整體不高，那么不宜應用空心薄壁墩結構形式，而分離式部分橋梁橋墩結構設計中則適宜應用柱式墩結構形式。如果部分橋梁結構存在上下疊置部分，那么此時更加適合應用雙層框架式橋墩結構形式，從而確保下部橋墩機構形式設計的質量。

2 山區高速公路雙層高架橋梁設計的要點

2.1 荷載組合設計的要點

當下，在設計雙層高架橋梁的過程中還沒有形成特定的設計細則，尤其是針對上層結構與下層結構的活載組合取值還缺乏具體、明確的規定。一般依據上層橋梁與下層橋梁兩層橋梁結構開展荷載組合，具體就是將上層橋梁與下層橋梁機構的各自最不利荷載組合集中整合在一個橋墩上，之后分別設計各部分的構造。針對雙層框架橋墩機構而言，一般可以將其當成一個空間框架開展結構分析，其中上、下兩層橋梁結構的汽車制動力具有相反的方向，要分別進行設計。例如，針對上層橋梁結構設計而言，要考慮冰雪荷載、汽車離心力、汽車沖擊系數等要素;靠河側或靠山側的橋梁墩柱結構要分別考慮河道滾石等撞擊荷載或山坡滾石沖擊荷載;下層橋梁防撞護欄設計中要考慮汽車撞擊荷載，避免其對框架墩柱帶來不利的影響，同時要注意結合山區高速公路建設的實際情況，對框架橋墩的實際受力情況進行全面分析。

2.2 結構抗震設計的要點

在當下的高速公路設計中，結構抗震設計也是非常關鍵的一個環節。在對雙層高架橋梁結構開展抗震設計期間，一般需要依據三級抗震設防原則開展三階段抗震設計：首先，要基于抗震概念設計的合理運用，科學、合理地進行結構布局，精準地選擇出地震中可能出現彎曲塑性鉸的具體位置，確保可以使結構在地震力下形成一個恰當的塑性耗能機制，同時要科學設計其延性和強度，確保塑性鉸區域截面具有良好的延性性能。其次，依據能力設計原則，通過科學設計可以使結構體系中的能力保護構件或延性構件都能夠構成強度等級差異，避免所設計橋梁結構的構件不會出現脆性破壞問題。針對雙層高架橋梁結構設計而言，其塑性鉸區域一般位于上、下墩柱的底部和頂部，所以可以將上、下墩柱當成延性構件進行結構設計，確保墩柱的極限彎矩、剪力與軸力等相關指標滿足實際設計要求與規定。最后，依據三級設防的抗震設計原則，在地震作用下適合應用反應譜法驗算立柱的強度，還要靈活地運用非線性時程方法驗算上、下部之間的連接構件，確保它們可以在地震作用下保持良好的彈性，避免出現脆性破壞問題。此外，要注意結合雙層高架橋梁設計需求，做好抗震構造細節設計工作。

2.3 陡坡橋墩設計的要點

在山區的雙層高架橋梁機構設計中，橋墩一般常常會處于陡邊坡上，地形差的存在常常使得同一橋墩兩墩柱的高度具有比較大的懸殊。墩柱的高度差使得下部結構容易出現受力不均勻的情況，甚至會極大地增加其中一個墩柱的受力值。如果墩柱具有明顯的高度差，那么它們之間的受力差也比較大，此時在設計相應橋墩結構期間可以在較矮橋墩的地面下合理地設置一定長度的套筒結構，以此增加矮墩的高度，或者也可以采取在較高高度的橋墩地面上一定長度范圍內適當地增加橫截面積，這樣可以起到減小高墩結構高度和兩墩柱的剛度差的作用。此外，陡坡邊上橋墩結構下部的樁基抗力一般相對較弱，具體與樁基的埋置深度有關，所以在設計橋梁結構的時候，要對陡坡部位橋墩部位處的樁基長度進行科學的設計，確保其可以滿足實際的承載需求，避免因為樁基承載不足而影響上部橋墩結構的整體穩定性。

3 結語

總之，雙層高架橋梁是當下山區高速公路建設中比較常用的一種橋梁形式，實際的設計中首先需要選擇雙層高架橋梁結構的形式，然后要注意做好荷載組合設計、結構抗震設計和陡坡橋墩設計等設計工作，力求全面確保雙層高架橋梁結構設計的質量。

參 考 文 獻

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