鐵索橋改公路橋項目中橋梁設(shè)計要點分析

何弘、范安軍

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司，四川成都 610000）

0 引言

近年來，四川省農(nóng)村公路發(fā)展成效顯著，農(nóng)村群眾出行難問題已基本解決。但受地形、地質(zhì)條件和經(jīng)濟社會發(fā)展基礎(chǔ)等影響，部分偏遠(yuǎn)山區(qū)仍然存在依靠鐵索橋出行的現(xiàn)象。根據(jù)《四川省2021—2023 年農(nóng)村鐵索橋改公路橋?qū)ｍ椡七M方案》，四川全省現(xiàn)有農(nóng)村鐵索橋788 座，因群眾通行需求較大且無適宜繞行路線，故對存在安全隱患的176 座鐵索橋合并建設(shè)，改為171 座公路橋；對存在安全隱患的30 座鐵索橋，因無人通行予以拆除；對安全狀況良好且能滿足當(dāng)前交通需求的582 座鐵索橋，加強管理和養(yǎng)護，以保障安全通行水平。“鐵索橋改公路橋”項目的建設(shè)給周圍的群眾帶來了無限希望，對提高當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姲踩鲂械臈l件，完善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，改善當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有交通狀況，促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，有十分重要的意義[1]。為此，應(yīng)科學(xué)、合理地對改造公路橋進行方案設(shè)計，并分析其中的設(shè)計要點，從而更好地改善人們的出行效率與質(zhì)量。

1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

鑒于擬改造的農(nóng)村鐵索橋連接道路大多為村組道路、機耕道等，道路多位于農(nóng)村邊遠(yuǎn)山區(qū)，交通流量小，既有道路等級多為等外公路，因此原則上新建橋梁按《小交通量農(nóng)村公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 2111—2019）中規(guī)定的四級公路（Ⅱ類）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

設(shè)計速度：15km/h；橋梁主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限：單孔跨徑≥40m 時，不應(yīng)低于100 年；單孔跨徑＜40m時，不應(yīng)低于50 年；汽車荷載等級：公路-Ⅱ級；橋面凈寬：不應(yīng)小于4.5m；設(shè)計洪水頻率：單孔跨徑≥150m時，為100 年一遇；單孔跨徑＜150m 時，為50 年一遇；其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：按現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）執(zhí)行。

2 橋位選址原則

橋位選址應(yīng)按以下幾項原則開展：

第一，充分重視橋位的安全性，在受條件限制而選取不利橋位時，必須采取防控措施并進行嚴(yán)格論證，充分重視橋梁的抗災(zāi)能力，避讓滑坡、斷裂帶、危巖落石、泥石流等不良地災(zāi)路段。

第二，應(yīng)綜合考慮工程造價、施工條件、對周圍環(huán)境影響等因素做好橋位比選，橋位選取原則上以原老橋位為宜，部分困難地段新建橋位離原橋位不宜超過200m，以便周圍群眾生產(chǎn)、生活。

第三，選擇橋梁位置時，充分考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，確保各項資源得到合理分配，橋位布置應(yīng)與水利、航運、鐵路、大型管道、電站、高壓電纜、重要通信線路等相關(guān)部門做好銜接[2]。

第四，應(yīng)根據(jù)民眾出行及農(nóng)村運輸實際需要做好橋頭引道路基銜接。

3 橋梁設(shè)計

3.1 橋型總體設(shè)計原則

第一，采用技術(shù)成熟、經(jīng)濟性好、施工便捷的梁板橋，優(yōu)先選擇標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)制梁，盡量采用20m、25m 兩種橋跨，其他標(biāo)準(zhǔn)橋跨可選用13m、16m、30m、40m。

第二，跨徑適中，盡量減少水中橋墩，同時考慮預(yù)制梁的運輸、架設(shè)條件。

第三，墩位盡量避開主河床，優(yōu)先采用奇數(shù)橋跨，并盡量與河道正交。

第四，適當(dāng)增加橋梁富余長度，盡量不要壓縮河道（河床斷面）。

第五，盡量采用等橋跨布設(shè)。

3.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

對于該項目中小跨徑橋梁（主要指單孔最大跨徑≤40m 的橋梁），其上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計目前以預(yù)制拼裝為主，主要的上部結(jié)構(gòu)形式有空心板梁、小箱梁和T 梁三種，部分地區(qū)采用現(xiàn)澆梁的結(jié)構(gòu)形式[3]。上部結(jié)構(gòu)選型綜合比較如表1 所示。

表1 上部結(jié)構(gòu)選型綜合比較

綜合上述綜合比較，該項目橋?qū)?.5m，若采用T梁，主梁片數(shù)較多，濕接縫較窄，吊裝施工難度大且工程造價費用高，所以項目優(yōu)先選用跨徑20m 和25m 小箱梁，大型吊裝設(shè)備進場困難時可選擇空心板；針對部分交通條件差、預(yù)制梁架設(shè)困難的橋位，選擇現(xiàn)澆梁，現(xiàn)澆梁優(yōu)先采用箱形梁，跨徑較小時可采用現(xiàn)澆板。

3.3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

橋梁下部結(jié)構(gòu)選擇應(yīng)遵循以下原則：

第一，橋墩選型依據(jù)主要是橋墩高度、地震烈度（動峰值加速度）。

第二，橋墩選型重點是確保橋墩的穩(wěn)定性、抗震安全性及抗風(fēng)險能力。

第三，常用橋墩形式主要有圓柱式橋墩（一般適用高度在40m 以下），空心墩（一般適用高度在40～70m）。

第四，根據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02—2013）第5—7 條，基本地震動峰值加速度大于或等于0.10g 的地區(qū)，不應(yīng)采用獨柱式結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)采用雙柱式或多柱式橋墩，并應(yīng)加強橫向連接，保證橋墩的延性。下部結(jié)構(gòu)選型比較如表2 所示。

表2 下部結(jié)構(gòu)選型比較表

通過表2 中的選型比較，基于橋墩的穩(wěn)定性、施工的便捷性、下部結(jié)構(gòu)抗風(fēng)險能力三個因素綜合考慮，該項目推薦采用雙（圓）柱墩+雙樁的下部結(jié)構(gòu)形式。

根據(jù)該項目橋梁寬度（5.5m）和汽車荷載等級，雙（圓）柱墩+雙樁的下部結(jié)構(gòu)尺寸建議值如表3 所示。

表3 雙（圓）柱墩結(jié)構(gòu)尺寸一覽表

4 工程實例

4.1 工程概況

擬建橋梁位于樂山市夾江縣華頭鎮(zhèn)，原橋為鐵索橋，橋面寬度1.5m，全長60m，上跨稚川溪，橋面鋪裝為木板。原鐵索橋經(jīng)過多年使用，僅為人行通過，車輛無法通行，道路服務(wù)水平無法滿足當(dāng)前通行要求，橋位上游50m 處現(xiàn)有漫水路，汛期無法保證車輛通行且存在較大安全隱患。

4.2 地形地貌及水文

擬建橋梁上跨稚川溪，河道寬約35m，河溝谷深約6.2m，擬建橋位屬中丘河谷地貌，所跨河谷呈寬緩“U”字形，地面高程為450～467m，相對高差為17m。橋址橫坡較緩，自然坡度5～15°，坡面為坡殘積及沖洪積層零星覆蓋；縱坡局部較陡，特別是大樁號橋臺處，坡度約30°。

4.3 橋位

根據(jù)地方的意見，橋位選擇在滿足《四川省2021—2023 年農(nóng)村鐵索橋改公路橋?qū)ｍ椡七M方案》要求的同時，立足全縣綜合交通運輸網(wǎng)絡(luò)的合理布局，實施鐵索橋改公路橋，解決鐵索橋兩岸的交通現(xiàn)狀，消除群眾的出行安全隱患，進而帶領(lǐng)當(dāng)?shù)厝罕娒撠氈赂弧Ｍㄟ^對橋位地形地質(zhì)、河槽寬度、水文、建設(shè)施工條件等綜合研究比較后確定，橋址距離原鐵索橋上游約60m位置，如圖1 所示。

圖1 橋位平面圖

4.4 橋跨、橋型

該橋橋梁平面位于直線上，縱斷面縱坡為2%，橋梁起止點可接當(dāng)?shù)毓贰？紤]橋位地形、地質(zhì)、水文、河道寬度及施工便捷等因素，應(yīng)盡量減少水中墩。同時考慮預(yù)制梁運輸、架設(shè)條件，該橋采用3～20m 預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）簡支小箱梁，橋長68.5m，橋墩采用柱式墩、樁基礎(chǔ)，0 號橋臺采用重力式橋臺、擴大基礎(chǔ)，3 號橋臺采用柱式臺、樁基礎(chǔ)。橋型布置如圖2所示。

圖2 橋型布置圖（單位：cm）

4.5 建設(shè)成果

在群眾眼中，171 座索改橋不僅便利了出行，更是架起了當(dāng)?shù)厝嗣癖枷蛐】档目登f大道，是平安橋、連心橋、致富橋。夾江縣華頭鎮(zhèn)公路橋已于2022 年建設(shè)完成，橋梁建成實景如圖3 所示，該橋的建成為當(dāng)?shù)卮迕癯鲂邪踩峁┝吮Ｕ希?dāng)?shù)睾⒆由蠈W(xué)和村民上街也不會再因為河流漲水而發(fā)愁。

圖3 橋梁建成實景

5 結(jié)語

從結(jié)構(gòu)抗風(fēng)險能力、施工難易程度、工程造價費用等考慮，經(jīng)過綜合比選，確定了上部結(jié)構(gòu)優(yōu)先選用跨徑20m 和25m 小箱梁，下部結(jié)構(gòu)推薦采用雙（圓）柱墩+雙樁的鐵索橋改公路橋方案。方案實施后，大幅度提升了當(dāng)?shù)厝嗣竦某鲂行剩Ｕ狭巳嗣癯鲂邪踩４送猓嚓P(guān)方案比選與要點分析可為類似橋梁設(shè)計提供一定的借鑒和參考。