山地高速公路標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁設(shè)計(jì)

魏周博

（甘肅天成道橋勘察設(shè)計(jì)有限公司，甘肅 蘭州 730200）

1 引言

我國(guó)很多橋梁設(shè)計(jì)師在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)綜合考慮多種影響因素，選擇最為合適的標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁方式，標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁的結(jié)構(gòu)符合標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，還可以為其他橋梁的建設(shè)提供有效的參考依據(jù)。橋梁建設(shè)機(jī)械化水平較高，我國(guó)橋梁建設(shè)主要采用的是標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁并結(jié)合預(yù)定安裝技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用提高了我國(guó)橋梁建設(shè)的質(zhì)量和效率。

2 山地高速公路標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和原則

2.1 山地高速公路標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)

山區(qū)地形、地勢(shì)復(fù)雜多變，進(jìn)行高速公路橋梁施工的過(guò)程中很容易受到地勢(shì)和地形的限制，影響高速公路橋梁施工質(zhì)量。另外，山地區(qū)域生態(tài)環(huán)境比較脆弱，高速公路周?chē)淖匀痪坝^和公路橋梁景觀在融合方面有一定的困難。山地區(qū)域的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，很多巖石都有風(fēng)化的情況，甚至一些地區(qū)還出現(xiàn)陡崖、滑坡、巖溶和泥石流等情況。受到這些不良地質(zhì)的影響，使得高速公路橋梁設(shè)計(jì)和建設(shè)難度增加，甚至給橋梁的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)很大影響。

山地區(qū)域的地形多變、地面變化和差距比較大，在高速公路建設(shè)過(guò)程中需要沿溪展線，施工線路會(huì)多次經(jīng)過(guò)河岸地區(qū)、橋梁和隧道交替出現(xiàn)，穿山跨河。這種自然環(huán)境的影響，造成高速公路的設(shè)計(jì)和施工呈現(xiàn)出橋梁和隧道相連的情況，并且小半徑平曲線的橋梁、大縱坡、錯(cuò)幅橋梁和半路半橋性的橋梁施工比較多，橋梁的橋墩結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜多變。另外，山地區(qū)域的地形起伏比較大，溝壑縱橫，施工的自然條件比較復(fù)雜，很多大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法應(yīng)用，在橋梁施工過(guò)程中難度很大。預(yù)制安裝橋梁工藝的標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁可以更好地適應(yīng)這種地形和地勢(shì)，為山地高速公路橋梁施工創(chuàng)造便利。因山地區(qū)域的高速公路橋梁施工受自然環(huán)境的影響比較大，所以，在設(shè)計(jì)和施工的過(guò)程中需要充分考慮到自然環(huán)境的影響，盡量減少對(duì)大型山體的挖填作業(yè)，要根據(jù)土方調(diào)配、隧道棄渣、地形條件變化情況等選擇合適的高填方路基。

2.2 山地高速公路標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行高速公路標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)山地高速公路橋梁的特點(diǎn)，遵循標(biāo)準(zhǔn)化跨徑式橋梁設(shè)計(jì)原則。

（1）在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要時(shí)刻謹(jǐn)記安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀和環(huán)保的總原則。

（2）在大橋和控制性特大橋橋位設(shè)計(jì)時(shí)，需要從橋梁設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)性，結(jié)合高速公路線路來(lái)綜合考慮、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

（3）根據(jù)橋位縱線、平線和高跨比，科學(xué)合理地進(jìn)行補(bǔ)孔，以美觀為出發(fā)點(diǎn)選擇高跨組合形式，同時(shí)，還要綜合考慮橋梁下部的剛度情況，在滿足小半徑平曲線橋梁受力需求和大縱坡橋梁結(jié)構(gòu)受力需求的基礎(chǔ)上，盡量避開(kāi)人工構(gòu)造物、機(jī)耕道和沖溝。

（4）要結(jié)合橋梁橋位的地形情況和地質(zhì)情況合理選擇墩臺(tái)位置，也可以通過(guò)錯(cuò)幅橋梁和半路半橋的方式來(lái)實(shí)施，避免出現(xiàn)墩臺(tái)位置和山體沖突的問(wèn)題，同時(shí)，避免因臺(tái)尾陡坡短距離填方造成山體地質(zhì)病害問(wèn)題。

（5）高速公路橋梁的選型需要因地制宜，并根據(jù)高速公路橋梁項(xiàng)目建設(shè)地區(qū)的自然環(huán)境、橋位施工條件、材料供應(yīng)、工期和工廠造價(jià)等情況進(jìn)行綜合性的考慮和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形式的統(tǒng)一和有效結(jié)合。需要借助于裝配式、標(biāo)準(zhǔn)式和工廠式的標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁設(shè)計(jì)方式進(jìn)行高速公路橋梁設(shè)計(jì)施工。

3 山地高速公路標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁設(shè)計(jì)分析

3.1 橋梁上部構(gòu)造設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

在對(duì)山地區(qū)域高速公路標(biāo)準(zhǔn)式跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要嚴(yán)格按照公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)。結(jié)合公路橋涵通用圖綜合考慮橋梁施工的安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和美觀性，以此來(lái)提高山地區(qū)域高速公路橋梁設(shè)計(jì)施工的安全性和穩(wěn)定性，提高我國(guó)資源的利用率。

3.1.1 橋梁標(biāo)準(zhǔn)式跨徑的選擇

在對(duì)山地高速公路標(biāo)準(zhǔn)式跨徑橋梁設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了要考慮工程造價(jià)等因素，還要考慮橋梁設(shè)計(jì)的美學(xué)因素。通常情況下高速公路橋梁高跨比要在0.618～ 1之間，但是橋梁的高跨比也需結(jié)合橋梁施工的位置、地理形勢(shì)和地質(zhì)情況等進(jìn)行綜合性考慮，在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中要進(jìn)行綜合性分析，根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。另外，如果橋墩的高度控制適宜，那么，橋梁的跨徑可設(shè)置為40m，雖然美觀性不會(huì)很好，但40m的跨徑可以更好地滿足吊裝機(jī)械設(shè)備的施工，從而節(jié)約施工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.2 橋梁上部結(jié)構(gòu)形式的選擇

高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)主要包括行車(chē)道、欄桿和人行橫道、橋梁跨越部分的承載結(jié)構(gòu)、橋梁的支架結(jié)構(gòu)等。在標(biāo)準(zhǔn)式跨徑裝配橋梁時(shí)，需要對(duì)橋梁主梁的主要承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合性研究。橋梁的主梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型比較多，從橫向連接方式來(lái)看，有濕接縫進(jìn)行連接的小箱梁和T梁，其中連接的方式主要以空心板為主。不同的主梁結(jié)構(gòu)采用不同的連接方式，以減少一些不必要的損失。如果橋梁的跨徑比較小，且兩個(gè)橋墩之間的距離在20m以?xún)?nèi)的話，則可以使用空心板。

3.1.3 大縱坡橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一般情況下大縱坡橋梁的坡度都比較大，坡度大會(huì)增加施工的難度，因?yàn)闃蛄菏┕げ粌H需要關(guān)注橋梁的穩(wěn)定性，還要避免橋梁兩側(cè)出現(xiàn)移動(dòng)，設(shè)計(jì)施工人員需要從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

①橋梁的底部要具備很強(qiáng)的承載能力，要對(duì)橋梁的基底結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

②要綜合考查橋梁施工的地理位置、周?chē)匦巍⒌刭|(zhì)和環(huán)境情況，聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)地質(zhì)勘查研究人員對(duì)橋梁周?chē)氖┕きh(huán)境情況進(jìn)行分析和總結(jié)，提供橋梁設(shè)計(jì)施工的專(zhuān)業(yè)性意見(jiàn)和建議，提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

③有效控制橋梁橋臺(tái)的背墻，計(jì)算和分析不同坡度情況的橋臺(tái)背墻，合理控制和調(diào)整橋梁傾斜度。

3.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

高速公路橋梁下部結(jié)構(gòu)包括橋墩、橋臺(tái)和橋梁三部分，而這三部分的設(shè)計(jì)需要根據(jù)山地高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)形式、山地區(qū)域的地質(zhì)、地形、地勢(shì)、河流、山谷等斷面變化情況和橋梁位置的工程地質(zhì)情況來(lái)進(jìn)行綜合性考慮。

3.2.1 橋梁、橋墩設(shè)計(jì)

山地區(qū)域高速公路標(biāo)準(zhǔn)式跨徑橋梁橋墩的設(shè)計(jì)需要結(jié)合施工地形、地質(zhì)、橋墩高、橋墩上部結(jié)構(gòu)形式等情況，選擇合適的橋墩形式，常用的包括圓柱墩、方柱墩、薄壁墩等。

①圓柱墩。圓柱墩的施工比較方便，一般情況下，圓柱墩的墩高不會(huì)超過(guò)35m。同一座橋梁的橋墩高矮如果差距比較大時(shí)，橋墩的柱徑可以不同，但盡可能減少不同柱徑的選擇，以便于后期施工。另外，還要根據(jù)橋墩墩身的剛度情況和橋梁的抗震性，選用橫向樁頂系梁和主間系梁的方式。山地地區(qū)斜坡上的樁頂系梁需要設(shè)置在比較高的位置，另外一端需要和柱間進(jìn)行連接，以減少挖方量。

②方柱墩。方柱橋墩的墩身剛度較大，比圓柱墩的受力性能好，但在施工工序方面比較復(fù)雜，并且橋墩墩身和樁基之間需要用承臺(tái)進(jìn)行連接，在山地區(qū)域進(jìn)行施工過(guò)程中，山體的挖方量就會(huì)大大增加。所以，方柱墩在山地高速公路橋梁施工中的使用較少。

③薄壁墩。薄壁墩的墩身高度在35m以上時(shí)，其穩(wěn)定性會(huì)較強(qiáng)，墩身的高度在35～ 50m時(shí)，施工最為方便，薄壁墩的截面多為實(shí)心；如果墩高在50m以上，就需要采用等截面或變截面的空心墩，以保證墩身高度。

3.2.2 橋臺(tái)的設(shè)計(jì)

山地區(qū)域高速公路標(biāo)準(zhǔn)式跨徑橋梁橋臺(tái)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)橋臺(tái)位置的地形、地質(zhì)等自然情況，通常采用的橋臺(tái)有樁式臺(tái)、肋板式橋臺(tái)、輕型一字臺(tái)等。樁式臺(tái)需要橋臺(tái)位置的地形可以設(shè)置臺(tái)前錐坡，橋頭填土高度在6m以?xún)?nèi)時(shí)，可以選擇樁式臺(tái)橋臺(tái)，但如果橋頭位置的填土高度大于6m時(shí)，需選擇肋板式橋臺(tái)。如果橋臺(tái)縱向地面坡度比較陡時(shí)，需根據(jù)橋梁布孔情況選擇橋臺(tái)位置，選擇輕型的一字臺(tái)或樁式臺(tái)。橋臺(tái)位置的地面是橫向坡度時(shí)，則需選擇組合式橋臺(tái)。

3.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

山地區(qū)域高速公路標(biāo)準(zhǔn)式跨徑橋梁的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和地勢(shì)平坦地區(qū)的公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本相同，不同的地方是山地區(qū)域高速公路橋梁的基礎(chǔ)要考慮施工的便利、地形地質(zhì)的變化，來(lái)選擇不同類(lèi)型的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。如果橋梁的橋墩處于陡坡位置時(shí)，需要控制基礎(chǔ)開(kāi)挖的工作量，并選擇不同樁頂高的樁基礎(chǔ)。計(jì)算樁長(zhǎng)時(shí)，需要準(zhǔn)確計(jì)算樁和地面陡坡邊緣2.5倍樁徑的水平安全距離，如果比水平安全距離小，則應(yīng)嚴(yán)密控制巖層的傾向和穩(wěn)定性。

挖掘孔樁時(shí)，樁徑要大于1.2m，選擇地下水較少、土層地質(zhì)比較密實(shí)或風(fēng)化巖層。孔樁的挖掘深度要根據(jù)樁直徑的大小來(lái)選擇，通常情況下孔樁的深度不能大于30m。

4 結(jié)語(yǔ)

山地區(qū)域高速公路橋梁設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按照橋梁設(shè)計(jì)安全、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)式跨徑橋梁施工特點(diǎn)科學(xué)合理設(shè)計(jì)橋梁上部構(gòu)造和下部構(gòu)造，靈活把控橋梁的設(shè)計(jì)方法，選擇科學(xué)合理、安全可靠的設(shè)計(jì)施工方案，提高山地區(qū)域高速公路標(biāo)準(zhǔn)化跨徑橋梁設(shè)計(jì)施工質(zhì)量和效率，推動(dòng)我國(guó)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的發(fā)展。