復雜山區高速公路橋梁設計要點淺析

摘要：隨著四川公路建設的不斷推進，高速公路開始向地形起伏大、地質條件復雜、走廊帶狹窄、地震多發的西部山區延伸，這給中小跨徑橋梁設計建造帶來了挑戰。以G0611線川主寺至汶川高速公路為背景，介紹了山區高速公路的橋型選擇并對陡峻地形、橋隧相接、復雜地質條件、跨越河流、高地震烈度區的橋梁設計要點進行淺析，為同類工程提供參考。

關鍵詞：山區高速； 陡峻地形； 橋隧相接； 復雜地質； 跨越河流； 高地震烈度區

中國分類號：U442.5+4A

［定稿日期］2023-02-10

［作者簡介］雷春煦（1989—），男，碩士，工程師，研究方向為橋梁工程設計。

0 引言

隨著我國交通強國戰略的實施，四川高速公路建設迅猛發展，公路修建規模不斷攀升，并不斷向地形起伏大、地質條件復雜、走廊帶狹窄、地震多發的西部山區延伸。

G0611線川主寺至汶川段高速公路位于四川省阿壩藏族羌族自治州境內，地處四川盆地西部邊緣與青藏高原的深切割大斜坡過渡帶，是《國家高速公路網規劃（2013-2030）》中第6條首都放射線北京—拉薩（G6）聯絡線（張掖—汶川）的重要組成部分，也是《四川省高速公路網布局規劃（2019—2035）》中16條成都放射線之一的成都至若爾蓋至甘肅高速公路的重要組成部分。項目起于松潘北黃勝關，順接規劃中的郎木寺至川主寺高速公路，向南經松潘、鎮江關、疊溪、茂縣、汶川，止于汶川樞紐，接都汶、汶馬高速公路，路線全長約197 km，其中橋梁占比約34%。受地形地貌條件影響，路線走廊帶狹窄，沿溪展線，整體線位較高，斜坡橋多，橋隧比高，橋隧相接較多。

1 建設條件

1.1 地形地貌特點

沿線地處青藏高原東南緣，橫斷山脈北端與川西北高山峽谷的結合部，地貌以高原和高山峽谷為主。地形總體趨勢為西北高，東南低，自西北向東南傾斜。主要分為高原地貌和高山峽谷地貌兩類，其中川主寺至鎮江關為高原山原地貌，鎮江關至汶川為高山峽谷地貌。

1.2 地物特點

項目沿岷江兩岸布線，路線方案多次跨越岷江或者順岷江布設。同時，沿線有老G213線、多條高壓線路、多座成蘭鐵路棄渣場、多座中小型水電站以及各種城鎮規劃，走廊內線位資源極其有限。

1.3 地質構造及斷裂

本項目地質構造形態復雜，斷裂、褶皺十分發育，對項目有影響的近場區域性斷裂主要為：岷江斷裂、茂汶斷裂、松坪溝斷裂，均為全新世活動斷裂。受活動斷裂帶影響，項目區地質災害頻發，泥石流、滑坡發育。

1.4 地震動峰值參數

根據GB 18306—2015《中國地震動參數區劃圖》，項目所經地區設計地震動峰值加速度值為0.20g，地震動反應譜特征周期為0.35～0.40 s，對應地震基本烈度為Ⅷ度。

2 橋型選擇

本項目沿溪展線，橋梁以跨越溝谷、岷江和G213為主，橋梁體量大、分布廣，橋梁設計是否合理對工程的可靠性、后期項目運維的可操作性以及結構耐久性等影響重大，也直接影響項目的投資收益。因此，預應力橋梁因為其標準化、成熟技術、后期養護要求低等特點作為本項目主推橋型。

預應力混凝土裝配式T梁屬于較為常見的結構型式，其設計和施工技術較成熟，跨越能力較強，與預應力混凝土小箱梁相比沒有內模板，安裝重量較輕，預制、架設更加簡單，也更適用于變寬橋梁。結合四川省公路橋梁施工經驗和常用的模板裝備，為了減少施工模板的投入、降低工程投資及方便施工，本項目上部構造主推采用預應力混凝土T梁。

橋梁大部分位于左右分線上，且橫向地形較為陡峻，下部結構一般推薦半幅雙柱式橋墩，而不用整幅雙柱墩，以利于適應路線總體及地形。同時，半幅雙柱墩也加大了橋墩的橫向抗彎剛度，提高了橋梁結構的整體抗震能力，也避免了因半幅破壞而造成整幅癱瘓橋梁。本項目位于8°區，橋墩墩高不大于40 m時，一般采用半幅橋雙柱式圓柱墩；墩高40～50 m之間，橋墩采用半幅雙柱矩形實心墩；橋梁墩高50～75 m之間，橋墩采用半幅獨柱空心薄壁墩。橋墩樁基應優先采用鉆孔樁，當樁位地形陡峻，機械設備較難進場，且基巖較好、覆蓋層較淺、地下水位較低、樁基較短時，可考慮采用人工挖孔工藝。

3 橋梁設計要點

3.1 陡峻地形下橋梁設計要點

本項目路線部分段落沿山坡布設，橫向地面線較陡，施工難度較大，大量開挖可能造成邊坡失穩，為保證橋梁安全，主要采取對策有：

（1）陡峻斜坡路段的橋梁，宜適當增大跨徑，減少斜坡上墩柱數量，進而減小對坡體的擾動，降低結構安全風險。橋梁位于陡斜坡上，即使橋高較矮，雖然采用小跨徑25 m橋梁經濟性更好，但是為減小橋梁下部開挖對山體的擾動，也建議采用跨徑稍大的40 m T梁跨越。

（2）充分重視便道的設計和防護，便道防護措施可永臨結合設置，避免重復施工及浪費。開挖便道時，應根據開挖揭露的地質情況，邊開挖邊防護，嚴禁隨意大開挖。

（3）項目存在大量橋隧相接工點，在陡斜坡橋隧相接段應加強隧道洞口上邊坡危巖落石風險評估，必要時延長隧道明洞或者設置橋上防護棚架。

3.2 隧間短橋設計要點

本路段橋隧相連的情況較多，隧道之間有較多切割較深的沖溝、泥石流溝，需設置1～2孔中小跨徑橋梁跨越。位于長隧道之間的短橋，預制場地獲取一般較為困難，架橋機拼裝場地往往也較為受限，架設梁板時洞口干擾較大，左右線分離同時又帶來架橋機轉場難度。此外，預制梁需在隧道打通后方有條件架設與安裝，施工進度受制于隧道打通時間。因此，為節省施工周期，隧道間的短橋宜考慮采用現澆梁方案。另外，對于V谷地形的隧間橋，若橋位較高，橋墩施工困難或支架搭設風險較大時，可考慮采用隧道內鋼結構頂推方案［1］。

3.3 復雜地質條件下橋梁設計要點

本項目的主要不良地質有：斷裂構造帶、滑坡、崩塌、泥石流等。橋位選擇應盡可能避開滑坡、崩塌、泥石流等發育的地段，選擇區域穩定性條件較好、地質構造簡單、斷裂不發育的地段；路線應盡量與主要構造線垂直或大角度通過［2］。

（1）中小型滑坡路段：路線在選線時已繞避大型滑坡，對一些無法完全避開的中小型滑坡體，采取工程處治措施，確保橋梁的安全。

（2）崩塌路段：路線在選線時已避開大型崩塌巖體，對于路線無法完全避開的一些局部崩塌地段，若崩塌巖體與橋梁的安全距離不足時，應對崩塌的巖體進行加固處理。

（3）泥石流路段：橋梁跨越泥石流溝時，應結合地形條件、過水流量、溝槽寬度、泥石流性質、流勢及發展變化的規律等，綜合確定橋梁的孔跨。泥石流溝中不宜設墩，不宜采取挖深溝槽的方法來增大橋下泄洪凈空。對高頻、易發、爆發規模較大的泥石流溝，可在溝谷上游選擇適當位置設置攔擋壩，做好定期清淤，保證橋梁的安全。

3.4 跨岷江橋梁設計要點

項目沿岷江兩岸布線，為使水流舒順，橋涵的布設以減少壓縮河、溝斷面，不降低排洪能力為原則，橋梁布跨時盡量不在河流及沖溝底布置橋墩，免受漂流物撞擊。本項目與岷江多次交叉，在擬定跨河橋梁布孔方案是主要采取原則：

（1）跨岷江橋梁原則上采用40 m及以上跨徑。

（2）跨越岷江或其支流的跨河橋梁和順河橋梁，通過橋跨正交錯孔布設，盡量讓出河流的主河床，以減少橋梁對行洪的影響。

（3）對河道橋墩防沖刷、磨蝕及滾石沖擊應予以重視，在常年洪水位至最大沖刷線之間采用外包鋼管的形式對墩柱、樁基進行防護。

3.5 高地震烈度區橋梁設計要點

本項目所在區域構造活動整體強烈，屬于地震強烈活動區。地震動峰值加速度為0.20g，地震動反應譜特征周期為0.35 s及0.40 s，橋梁抗震設防烈度為Ⅷ度。

結合和近些年橋梁抗震隔震技術的研究，本區域的橋梁設計有如下要點。

3.5.1 抗震設計原則

（1）高地震烈度地區應注重橋梁結構的規則性，橋梁宜采用構造簡單、標準化程度高、剛度和質量均勻、易于修復的全預應力預制簡支梁橋體系。

（2）由于斜交橋在地震反應當中容易發生平面轉動，在實際地震中比正交橋梁震害嚴重一些，因此盡量布置正交橋梁，減少斜交橋梁布置，必要時可加大跨徑、斜橋正做、錯孔布置。

（3）連續結構橋梁應均勻設置上、下部連接，慎用采用固定連接，以便讓各個橋墩共同承擔的地震力，避免固定墩因受力過大而破壞。

3.5.2 橋梁減隔振設計

減隔震技術是一種簡便、經濟、先進的工程抗震手段，在四川高烈度地區采用減隔震體系來滿足橋梁抗震的需求的工程實踐較多［3］。本項目沿線多為少數民族聚居區，抗震設防烈度達到Ⅷ度，為避免在高烈度地區采用延性體系導致整體結構出現過大的損傷，提高高速公路在震后救援中發揮交通干線的力量，本項目推薦采用減隔震設計。

常用的減隔震支座主要有高阻尼橡膠支座、鉛芯橡膠支座、拉索減震支座、摩擦擺支座等，其中高阻尼橡膠支座抗震性能優良且環保無污染，工程中應用較為廣泛。采用高阻尼隔震橡膠支座使得上下部結構處于弱連接狀態，地震時可由橡膠支座剪切變形使上下部地震運動隔離，減小橋梁的地震響應。此外，高阻尼橡膠支座頂、底板分別有螺栓與上下部結構進行可靠連接，不會發生梁體與支座、支座與蓋梁之間的相對滑動，使得的上下部結構間的相對位移可控，力學性能可靠［4］。

3.5.3 橋梁抗震措施

為了保證整體橋梁的抗震性能，防止在超預期地震作用下發生落梁震害，本項目采用了多重抗震構造措施來防止落梁：

（1）保證足夠的支撐寬度。上部構造梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣應有足夠距離，并滿足規范［5］的要求。

（2）在橫橋向和縱橋向設置防落梁擋塊，保證上部梁體在每個墩臺上均有縱橫向擋塊進行限位，并在擋塊內側設置橡膠墊塊以緩和沖擊作用。

（3）過渡墩及橋臺處支座墊石順橋向宜與墩、臺最外邊沿緣平齊，以避免強震下梁體位移過大從墊石上滑落［5］。

（4）加強防落梁設計，對簡支梁橋在橋面連續處兩側梁體設置縱向拉桿以加強梁-梁連接，在伸縮縫處設置縱向防落緩沖鏈。

4 結束語

本文以G0611線川主寺至汶川高速公路為背景，介紹了山區高速的橋型選擇并以粗淺的角度分析了陡峻地形、橋隧相接、復雜地質條件、跨越河流、高地震烈度區的橋梁設計要點，供相關設計人員參考。對于復雜山區公路的橋梁設計，還有很多方面值得思考、解決并運用到實際的工程當中，以便科學、經濟、可靠地進行橋梁設計。

參考文獻

［1］ 陳軍剛，陳孔令.西南山區常規橋梁設計典型問題分析［J］.交通科技，2020（6）：56-59.

［2］ 倪川，孔凡芬.淺談橋梁工程巖土工程勘察［J］.技術與市場，2011，18（8）：102.

［3］ 王崇漢，姜博.四川省高烈度地震區公路橋梁設計要點［J］.四川建筑，2022，42（6）：106-107.

［4］ 趙利強. 橋梁HDR高阻尼橡膠支座減隔震性能研究［J］.山西交通科技，2016，（6）：101-103.

［5］ 公路橋梁抗震設計細則： JTG/T 2231—01—2020［S］.北京：人民交通出版社股份有限公司，2020.