談山區高速公路橋梁設計
發布時間：2010-01-14 共2頁
【摘 要】結合我國山區高速公路特點，介紹山區橋梁設計中跨徑選擇原則，墩、臺、基礎和結構體系宜采用的形式以及橋梁和路基之間的關系。
【關鍵詞】山區高速公路 標準跨徑 橫斷面 曲線半徑 橋墩 橋臺 基礎 路基
隨著我國經濟建設的發展，特別是西部大開發戰略的實施，我國在山區修建的高速公路越來越多，山區高速公路地形地質復雜，構造物多，橋梁隧道總長占路線長度的比例大，有的山區高速公路，橋隧比例高達70%—80%。所以要設計成功一條山區高速公路，設計好其中的橋梁部分就顯得十分重要。
1、山區高速公路的主要特點
山區高速公路的主要特點是地形地質復雜。地形復雜，表現為地面高差大，變化頻繁，橫坡陡；地質復雜表現為巖溶、滑坡、不穩定斜坡、崩塌、陡崖、煤氣地層等不良地質。受此影響，路線布設時平縱橫三個方面都受到約束，一般就是平曲線多，平面半徑小，縱坡大，橋梁比例高，橫坡陡，半邊橋和高擋墻多。山區高速公路橋梁也相應具有上述特點，彎坡橋多，高墩大跨多，墩臺形式多，設計中必須協調解決好橋梁各細部構造與地形地質之間的關系。
2、橋梁與路基的關系
2.1 橋梁跨越方案與高填方路基方案的比較
山區高速公路橋梁很多不受水文控制而只受地形控制，因不宜采用路基方案而設置為高架橋，路橋設置界限問題，一直是難以把握的關鍵問題，也是影響公路造價的問題。路基規范強調，“路基中心填方高度超過20m時，宜和橋梁做方案比選。”，項目實際運作中，往往由于工期緊，或認為橋梁跨越方案安全省事，就直接考慮橋梁方案。實際上，對于地質情況較好，雖然填方中心高度為30m，但收斂較快的V型峽谷，且橋隧相連地段，為消化隧道廢方，考慮路基方案可能比橋梁方案更安全更經濟，因為這樣的地形架橋，場地局促，難度大，橫縱坡陡，極易引發邊坡不穩；而對于寬而平緩地段，雖然填方高度只是20m左右，但如果需跨標段借方，且運距遠，填方基底還需花大量資金處理的路段，反而考慮橋梁方案可能更安全更經濟。所以筆者認為，山區高速公路路橋界限，不能一概而論，對于填土高度超過20m的路段，應根據地形、地質、前后構造物、前后路段的廢方量、工程造價等進行綜合比選后決定是否設置橋梁。不能圖快圖省事，直接考慮橋梁方案。
2.2 半邊橋與擋墻的關系
山區高速公路地形橫坡陡峭，雖然可以通過設計為左右幅路基不一樣高的錯臺路基來處理，但有時由于左右幅路基橫向交通要求，需要設置轉向車道，錯臺式路基方案不易實現，這時就不可避免地會出現半邊橋。當最低一側填土高度15m左右時，應綜合地形、地質將加筋擋墻，錨桿擋墻、棄土方案與半邊橋做綜合比較后決定是否設置橋梁。
3、結構體系特性
為了保證行車舒適，結構耐久適用，山區高速公路標準跨徑大中橋一般均采用先簡支后結構連續或墩梁固結的連續一剛構混合體系。全剛構體系由于一座橋梁墩高相差較大，需通過調整橋墩的線剛度來改善橋墩受力，這樣一來，橋墩尺寸種類就比較多，美觀性降低，施工相對麻煩一些。全連續結構聯長不能太長，舒適性差，墩臺水平位移較大，墩柱尺寸需設計的相對大一些，材料較費。根據地形，將中間墩高較高，剛度相差不大的相鄰幾個橋墩固結起來，利用其柔性適應橋墩所受的水平力，較矮的邊墩設置滑板支座或橡膠支座，形成連續梁。這樣的剛構一連續體系，高墩、矮墩的受力性能都得到了改善，且適應地形特點。
山區高速公路橋梁多為彎、坡橋，曲線梁橋在彎扭耦合作用下，具有沿某一不動點變形的趨勢，單向行駛的大縱坡長橋在長期反復的汽車制動力作用下，梁體具有沿汽車行駛方向滑移的趨勢，如果采用全連續結構，即上下構之間為橡膠支座連接時，這種滑移趨勢往往造成梁體受力不平衡，支座脫空甚至破壞，從而導致梁體開裂。因此山區高速公路橋梁宜采用先簡支后結構連續或墩梁固結的連續一剛構混合體系，既適應平面線形，又適應橋梁受力特點。
4、橋梁上部構造設計
4.1 一般設計原則
山區高速公路,橋梁所占比重大，但一般來講,大跨徑橋梁方案畢竟是少數,絕大部分還是采用施工方便、造價經濟的標準化、預制裝配化結構。大跨徑橋梁一般是控制因素不同，方案也各不相同，具有較強的個性特征，而標準跨徑橋則更多的是具有共性特征，所以本文重點探討標準化、裝配化橋梁的設計。
山區高速公路橋梁常用標準化、裝配化跨徑有16、20、25、30、40、50m，橫斷面形式有空心板、T梁、小箱梁等。對于跨徑小于30m的，有空心板、小箱梁、T梁等三種結構可以選擇，對于40、50 m跨徑，根據梁的受力特點，宜采用T梁。30 m以下，同一種跨徑，究竟應當采用哪一種橫斷面形式，通過表1，就可以作出選擇。
一孔上部構造主要材料指標表 表1
梁高跨徑橫斷面形式橋寬(cm)工作面積(m2)混凝土(m3/m2)綱絞線(kg/m2)普通鋼筋(kg/m2)數據來源
90cm20空心板122400.54712.8484.49(贛粵高速)
100cm20小箱梁122400.3809.08267.85(京珠北)
120cm20T梁122400.3698.11285.24(三福線)
從表1可以看出，小箱梁是介于空心板和T梁之間的一種橫斷面形式。20米跨徑時，T梁較為經濟。30m跨徑以下，三種橫斷面比較，基本也是上述規律。當然，這是山區的情況，平原地區則另當別論。平原地區受凈空和橋臺填土高度的限制，橋梁上構要求盡可能降低建筑高度，這樣可以減小縱坡，降低路基填土高度，減少占地及降低路基處理難度，對土源缺乏，軟基較多的平原地區有顯著的經濟性。20m空心板建筑高度最低，與路基綜合起來比較具有優勢，平原地區路網發達，分離式立交較多，空心板在美觀方面優于另外兩種斷面，所以平原地區較多采用空心板。山區高速公路橋梁一般凈空無嚴格限制，另外，山區高速公路平面半徑較小，超高緩和路段不可避免會出現在橋上，如果選用空心板和小箱梁，架梁時一片梁四個支點不易調平，易造成支座脫空，受力不均勻的情況，所以山區高速公路橋梁標準橫斷面宜優先采用T梁。對于50m跨徑T梁，在小半徑平曲線上，由于內外梁梁長差較大，跨中矢高較大，對路線的適應性要差一些。另外山區高速公路，交通運輸、場地預制條件均較差，大型機具進入困難，50mT梁單片重150多噸，架設設備要求較高，運輸及安裝過程中變形不易控制，因此一般情況下不選用50m跨徑T梁，所以山區高速公路橋梁，宜采用的常用標準跨徑為20、25、30、40m。T梁之間的橫向連接有鉸結和剛接兩種形式，采用鉸聯結時，鉸只傳遞剪力，車輛荷載作用在鉸縫處時，彎矩主要由現澆橋面來承受，這樣一來，現澆橋面的厚度就必須加厚，否則，鉸縫處橋面板易出現通長的縱向裂縫。現澆橋面板厚度增加，意味著恒載增加，T梁配筋和鋼索必須增加，經濟性下降，所以T梁橫向連接采用剛接較好。《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62—2004）9.3.16條也有相應規定：“預制T形截面梁的橫隔梁連接，宜采用現澆混凝土整體連接”，當然在斜交橋及異形橋中需要橫向弱聯結時，鉸結也是很好的選擇形式。
【關鍵詞】山區高速公路 標準跨徑 橫斷面 曲線半徑 橋墩 橋臺 基礎 路基
隨著我國經濟建設的發展，特別是西部大開發戰略的實施，我國在山區修建的高速公路越來越多，山區高速公路地形地質復雜，構造物多，橋梁隧道總長占路線長度的比例大，有的山區高速公路，橋隧比例高達70%—80%。所以要設計成功一條山區高速公路，設計好其中的橋梁部分就顯得十分重要。
1、山區高速公路的主要特點
山區高速公路的主要特點是地形地質復雜。地形復雜，表現為地面高差大，變化頻繁，橫坡陡；地質復雜表現為巖溶、滑坡、不穩定斜坡、崩塌、陡崖、煤氣地層等不良地質。受此影響，路線布設時平縱橫三個方面都受到約束，一般就是平曲線多，平面半徑小，縱坡大，橋梁比例高，橫坡陡，半邊橋和高擋墻多。山區高速公路橋梁也相應具有上述特點，彎坡橋多，高墩大跨多，墩臺形式多，設計中必須協調解決好橋梁各細部構造與地形地質之間的關系。
2、橋梁與路基的關系
2.1 橋梁跨越方案與高填方路基方案的比較
山區高速公路橋梁很多不受水文控制而只受地形控制，因不宜采用路基方案而設置為高架橋，路橋設置界限問題，一直是難以把握的關鍵問題，也是影響公路造價的問題。路基規范強調，“路基中心填方高度超過20m時，宜和橋梁做方案比選。”，項目實際運作中，往往由于工期緊，或認為橋梁跨越方案安全省事，就直接考慮橋梁方案。實際上，對于地質情況較好，雖然填方中心高度為30m，但收斂較快的V型峽谷，且橋隧相連地段，為消化隧道廢方，考慮路基方案可能比橋梁方案更安全更經濟，因為這樣的地形架橋，場地局促，難度大，橫縱坡陡，極易引發邊坡不穩；而對于寬而平緩地段，雖然填方高度只是20m左右，但如果需跨標段借方，且運距遠，填方基底還需花大量資金處理的路段，反而考慮橋梁方案可能更安全更經濟。所以筆者認為，山區高速公路路橋界限，不能一概而論，對于填土高度超過20m的路段，應根據地形、地質、前后構造物、前后路段的廢方量、工程造價等進行綜合比選后決定是否設置橋梁。不能圖快圖省事，直接考慮橋梁方案。
2.2 半邊橋與擋墻的關系
山區高速公路地形橫坡陡峭，雖然可以通過設計為左右幅路基不一樣高的錯臺路基來處理，但有時由于左右幅路基橫向交通要求，需要設置轉向車道，錯臺式路基方案不易實現，這時就不可避免地會出現半邊橋。當最低一側填土高度15m左右時，應綜合地形、地質將加筋擋墻，錨桿擋墻、棄土方案與半邊橋做綜合比較后決定是否設置橋梁。
3、結構體系特性
為了保證行車舒適，結構耐久適用，山區高速公路標準跨徑大中橋一般均采用先簡支后結構連續或墩梁固結的連續一剛構混合體系。全剛構體系由于一座橋梁墩高相差較大，需通過調整橋墩的線剛度來改善橋墩受力，這樣一來，橋墩尺寸種類就比較多，美觀性降低，施工相對麻煩一些。全連續結構聯長不能太長，舒適性差，墩臺水平位移較大，墩柱尺寸需設計的相對大一些，材料較費。根據地形，將中間墩高較高，剛度相差不大的相鄰幾個橋墩固結起來，利用其柔性適應橋墩所受的水平力，較矮的邊墩設置滑板支座或橡膠支座，形成連續梁。這樣的剛構一連續體系，高墩、矮墩的受力性能都得到了改善，且適應地形特點。
山區高速公路橋梁多為彎、坡橋，曲線梁橋在彎扭耦合作用下，具有沿某一不動點變形的趨勢，單向行駛的大縱坡長橋在長期反復的汽車制動力作用下，梁體具有沿汽車行駛方向滑移的趨勢，如果采用全連續結構，即上下構之間為橡膠支座連接時，這種滑移趨勢往往造成梁體受力不平衡，支座脫空甚至破壞，從而導致梁體開裂。因此山區高速公路橋梁宜采用先簡支后結構連續或墩梁固結的連續一剛構混合體系，既適應平面線形，又適應橋梁受力特點。
4、橋梁上部構造設計
4.1 一般設計原則
山區高速公路,橋梁所占比重大，但一般來講,大跨徑橋梁方案畢竟是少數,絕大部分還是采用施工方便、造價經濟的標準化、預制裝配化結構。大跨徑橋梁一般是控制因素不同，方案也各不相同，具有較強的個性特征，而標準跨徑橋則更多的是具有共性特征，所以本文重點探討標準化、裝配化橋梁的設計。
山區高速公路橋梁常用標準化、裝配化跨徑有16、20、25、30、40、50m，橫斷面形式有空心板、T梁、小箱梁等。對于跨徑小于30m的，有空心板、小箱梁、T梁等三種結構可以選擇，對于40、50 m跨徑，根據梁的受力特點，宜采用T梁。30 m以下，同一種跨徑，究竟應當采用哪一種橫斷面形式，通過表1，就可以作出選擇。
一孔上部構造主要材料指標表 表1
梁高跨徑橫斷面形式橋寬(cm)工作面積(m2)混凝土(m3/m2)綱絞線(kg/m2)普通鋼筋(kg/m2)數據來源
90cm20空心板122400.54712.8484.49(贛粵高速)
100cm20小箱梁122400.3809.08267.85(京珠北)
120cm20T梁122400.3698.11285.24(三福線)
從表1可以看出，小箱梁是介于空心板和T梁之間的一種橫斷面形式。20米跨徑時，T梁較為經濟。30m跨徑以下，三種橫斷面比較，基本也是上述規律。當然，這是山區的情況，平原地區則另當別論。平原地區受凈空和橋臺填土高度的限制，橋梁上構要求盡可能降低建筑高度，這樣可以減小縱坡，降低路基填土高度，減少占地及降低路基處理難度，對土源缺乏，軟基較多的平原地區有顯著的經濟性。20m空心板建筑高度最低，與路基綜合起來比較具有優勢，平原地區路網發達，分離式立交較多，空心板在美觀方面優于另外兩種斷面，所以平原地區較多采用空心板。山區高速公路橋梁一般凈空無嚴格限制，另外，山區高速公路平面半徑較小，超高緩和路段不可避免會出現在橋上，如果選用空心板和小箱梁，架梁時一片梁四個支點不易調平，易造成支座脫空，受力不均勻的情況，所以山區高速公路橋梁標準橫斷面宜優先采用T梁。對于50m跨徑T梁，在小半徑平曲線上，由于內外梁梁長差較大，跨中矢高較大，對路線的適應性要差一些。另外山區高速公路，交通運輸、場地預制條件均較差，大型機具進入困難，50mT梁單片重150多噸，架設設備要求較高，運輸及安裝過程中變形不易控制，因此一般情況下不選用50m跨徑T梁，所以山區高速公路橋梁，宜采用的常用標準跨徑為20、25、30、40m。T梁之間的橫向連接有鉸結和剛接兩種形式，采用鉸聯結時，鉸只傳遞剪力，車輛荷載作用在鉸縫處時，彎矩主要由現澆橋面來承受，這樣一來，現澆橋面的厚度就必須加厚，否則，鉸縫處橋面板易出現通長的縱向裂縫。現澆橋面板厚度增加，意味著恒載增加，T梁配筋和鋼索必須增加，經濟性下降，所以T梁橫向連接采用剛接較好。《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62—2004）9.3.16條也有相應規定：“預制T形截面梁的橫隔梁連接，宜采用現澆混凝土整體連接”，當然在斜交橋及異形橋中需要橫向弱聯結時，鉸結也是很好的選擇形式。
