山區公路中小跨徑橋梁設計問題探討

楊 芬，張 華

（湖北省城建設計院股份有限公司，湖北 武漢 430051）

0 引言

近年來，隨著社會進步，經濟發展，我國全面推進鄉村振興,持續鞏固脫貧攻堅成果，在“要致富，先修路”，“村村通”，“建設四好農村公路”等一系列政策號召下，國家大力支持農村公路事業的發展。我國地域遼闊，山區眾多，這就不可避免需要在山區建設跨越溝谷或小溪的橋梁，高等級公路上大跨徑橋梁作為線路的控制點，需把握大的線路走向。在山區農村公路建設中，往往低等級路偏多，相比于大跨徑橋梁來說，往往中小跨徑橋梁占比更多。如何設計好山區公路中小跨徑橋梁，避免造成資源浪費對設計者來說有著不小的挑戰。本文提出具體在山區公路中小跨徑會遇到的問題，具體問題具體解決，為廣大從事橋梁設計工作者一些建議和參考。

1 山區中小跨徑橋梁設計總原則

1.1 橋梁選型原則

早些年代，公路設計者大多以“路隨橋走”的設計原則。就是說以橋梁作為控制點，路線服從橋梁的走向，但在山區公路橋梁建設中并不適用，往往一旦以橋梁為控制點，路線就會過多占用農田或大挖大填山體和溝谷，這就與現代 “綠水青山就是金山銀山”的理念相悖。所以在山區中建設中小跨徑橋梁，應服從“橋隨路走”的現代設計原則，控制點應為那些高邊坡及高填方的路段，應避免為了橋梁方便施工或好設計，對線路進行不必要的調整，造成不必要的環境破壞。

在山區中小跨徑橋梁橋型選擇上，應盡量簡單明了，避免設計一些結構復雜的橋型，簡支橋梁尤為合適，為首選。在低等級山區公路中，路線一般沿著原有老路設計，盡量避免大挖大填。橋梁作為跨越山區溪流或小溝谷的媒介，首先追求的是施工簡單便捷，材料能夠就地取材為佳。簡支橋梁結構無論是現澆還是預制梁板，在施工中都最為方便，因其施工技術難度低，故而橋梁質量能夠得到很好的保障。

1.2 上部結構選擇

山區中小跨徑橋梁上部結構首選宜為預制矮T梁，空心板次之，對于單跨大于20 m 可選擇T 梁和小箱梁，對于單跨小于10 m 的橋梁也可以選擇現澆板，預制10 m 以上梁板應根據現場實際情況考慮是否采用，最主要受限于當地交通運輸及入場道路是否能夠滿足超限車輛的通行。

山區公路中小跨徑橋梁上部結構首選矮T 梁，原因主要有以下兩點：

（1）山區公路路線崎嶇不平，為了避免過大的開采山體，設計路線選型時都會盡量沿原有山路設計，所以容易出現路線彎道占比較大。橋梁在“橋隨路走的”設計原則下，很有可能布置在彎道超高加寬段上，彎橋和斜橋出現可能性較大，實踐證明采用預制空心板，在超高加寬段過大的橫坡處，設計者一般采用三角楔塊加墩臺設置橫坡來調整，這就導致吊裝預制空心板時梁與梁之間鉸縫有錯臺，很難像直橋一樣齊平，在鉸縫處容易出現剪切變形開裂，從而造成單板受力。而矮T 梁之間采用的是預留現澆濕接縫，就不存在鉸縫難以處理的問題。

（2）根據浙江省交通廳推廣矮T 梁時的經驗報告，根據多年運營顯示，空心板結構在全壽命周期中容易出現板底裂縫、鉸縫脫落、單板受力等一系列病害。而上部結構為T 梁橋在調查過程中病害較少，且矮T 梁具有施工速度快、預制簡單、加固容易等特點，社會及環境效益顯著。同時研究表明通過全壽命經濟成本分析，矮T 梁具有較高的經濟優勢。

1.3 下部結構選擇

山區中小跨徑橋梁下部選擇應根據地形具體情況進行選擇，對于高度矮、跨徑小和地質良好的地區，下部結構首選為U 型橋臺，對于地質不良地段，應根據前后對比決定是否選擇樁基接耳背墻橋臺，特別是在深溝谷地段，采用樁基橋臺或U 型橋臺應進行對比分析。

近年有部分學者認為在山區公路中小跨徑橋梁設計問題上應注重高跨比協調[1]，本人在此有不同的看法，山區公路上，特別是小跨徑橋梁，往往是高橋臺，小跨徑居多，主要是受山區地形影響，大多小跨徑橋梁位置處于傍山深沖溝處居多，如圖1 所示。為了節約造價，自然就會形成高橋臺、小跨徑這樣高跨比不相協調的橋梁。因此，山區中小跨徑橋梁下部結構的選擇應講究因地制宜，具體問題具體分析。

圖1 傍山小橋

1.4 中小跨徑橋梁經濟分析

山區中小跨徑橋梁需進行經濟分析的情況，主要發生在橋跨和橋臺高度的選擇上，往往跨越溝谷地段，橋臺既可以選擇為U 型橋臺，也可以選擇多加10 m 或20 m 跨徑，橋臺采用埋入樁柱式橋臺。這兩種選擇就要進行比對分析，具體需考慮以下三點：

（1）選擇U 型橋臺時，應考慮滿足設計承載力要求的地基層與設計標高之差。在過高的情況下，受力上就不宜采用U 型橋臺。U 型橋臺的混凝土方量隨著高度增加而增加，越高則基礎占地就越大。

（2）選擇埋入式橋臺時，優先考慮采用嵌巖樁，此時就需判斷增加的樁長和上部結構是否會過大增加跨徑工程量。

（3）綜合兩種方案對水質和環境的影響。需考慮采用U 型橋臺施工時產生的大挖大填，是否會造成環境破壞和水土流失，造成更大的經濟損失。

（4）當期的地材價格和鋼材價格。U 型橋臺往往不需進行配筋，而樁基橋臺需要進行配筋，地材價格和鋼材價格影響經濟上選擇占比較大。

2 案例分析

某三級農村公路，為使線形順直，經過多方論證，采取穿越深溝谷地段，具體平面布置情況如圖2。

圖2 某橋平面布置圖（單位：m）

由圖2 可以看出，橋位所處高程與低點高程最大相差40 m，橋位縱斷布置如圖3 所示。

圖3 某橋縱斷面布置圖（單位：m）

2.1 方案選擇

對于此類穿越深溝地段的路線，通常我們有兩種大方案，一是填方鋪路，二是建設橋梁跨越。根據所給平面圖和縱斷面可知，填方最高高度為40 m，填方方量大，周邊等高線密集，坡度陡峭，需要借土填方，填方后對原有生態造成嚴重破壞，所以并不適合進行填方處理，采用橋梁橫跨溝谷最為合適。

確定為橋梁橫跨溝谷方案后，我們就要進行跨徑選擇，根據平面和縱斷面，該處橋梁可以采用跨徑3×30 m 連續橋梁，下部采用U 型橋臺或4×25 m連續橋梁、埋入式樁基。

2.2 兩個跨徑方案選擇分析

根據圖1 和圖2 所示，該橋橋寬8.5 m，選擇3×30 m橋跨方案時，橋臺和設計標高相差將近10 m，必須進行邊坡的開挖和回填。在確定對生態環境影響不大的情況下，就要進行橋臺混凝土方量的計算。10 m 橋臺臺身加側墻和基礎為2 376 m3（最新公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范中，耐久度要求臺身混凝土設計100 a，最少需要用到C30 混凝土[2]），根據現有水泥價格，一方C30 混凝土大約需要300 元，兩個橋臺造價大約需要80 萬元（包括臺帽背墻）。挖土石方和臺背回填透水性材料大約10 萬元。支架等雜項工程按10 萬元計。上部結構采用30 m 的T 梁，一片約10 萬，一跨包括橋面鋪裝大約需要50 萬元，3 跨150 萬元。

選擇4×25 m 橋跨方案時，橋臺正好可以采用埋入式橋臺，樁基深度20 m 即可到達中風化巖層中，埋入式橋臺造價大約需要40 萬元，上部結構25 m的T 梁約8 萬元一片，一跨包括橋面鋪裝大約需要40 萬元，4 跨160 萬元。

根據以上經濟對比分析，顯然在橋跨長度增加并不多時候，能夠避免采用高重力式橋臺，更為合適。

在選擇埋入式橋臺時，應注意以下幾點：

（1）確保樁柱式橋臺埋入的土層為原狀土，未經過長期穩定的人工填土地面線不可作為埋入式橋臺的起算點。

（2）埋入式橋臺的前墻放坡應做好貼坡防護和排水，避免傍山橋梁受山間水流影響造成橋臺前的放坡土流失，樁基裸露。

（3）做好前期地質鉆探，避免樁基布置在孤石或溶洞上。

2.3 橋墩的選擇

在山區建設橋梁，往往會跨越深溝，有時中小橋在最低點處距橋面設計高程可能超過50 m，在山區公路橋梁設計上，圓柱式排架墩和矩形空心墩較為常見，中橋主要以圓柱式排架墩為主，高度在25 m以上往往采用墩梁固結形式，這樣可以最大限度發揮橋墩柔韌性的特點，使整個橋墩形成擺動支座，提高了整個橋梁的整體性。

3 結語

在山區中小橋設計上，最需要的是因地制宜，沒有固定結構形式，不可照搬套用。本文總結了多年設計經驗，通過橋梁選型、上下部結構選型并且進行經濟分析，結合實例進行講解。提出了上部結構設計在山區宜為矮T，下部結構可以選擇U 型橋臺和埋入式樁基橋臺，具體要根據施工地山區特點進行對比分析，得出最優方案。