高速公路中小跨径桥梁设计

分类：交通运输论文发表 时间：2020-12-16 10:03 关注：(1)

　　以某山区高速公路中小跨径桥梁工程为例，对桥梁上下部结构设计进行探讨，上部结构设计包括预制装配式主梁及桥跨分联设计，下部结构设计包括桥墩设计和基础设计。分析结果表明，山区中小跨径桥梁设计必须坚持安全、适用、经济等原则，充分考虑施工环境及地形地质，优选高跨比协调、形式合理的结构，在把握上下部结构设计要点的基础上，提高设计方案的技术性与经济性。

　　关键词：山区高速公路；中小跨径；桥梁设计

　　1工程概况

　　山区某中小跨径桥梁为京珠高速公路工程桥梁标段，标段起讫桩号为0+454.7—0+662.5，桥梁全长207.8m，桥宽20m，第一标段桥梁工程孔跨为两联钢筋混凝土曲线桥形式，并按3×20m+（20.5m+25.5m+20.5m）布置。桥梁上部箱梁梁高1.5m，顶板和底板厚0.25m和0.2m，共设置4条等厚腹板，箱梁两侧设端部厚0.15m、根部厚0.5m、长3m悬臂，并将底板和顶板向圆弧内倾斜。本桥梁工程位于所在县城台面间坡地带，工程沿线基岩主要为暗红色侏罗系中统上沙溪庙组5层（J2S3-5）粉砂岩与灰绿色长石砂岩互层以及第四系松散堆积层（Q）。随着我国基础设施建设逐渐向重山丘陵地区的拓展，山区高速公路中小跨径桥梁项目日益增多，受山区地形地貌及地质条件所限，桥梁隧道长度在线路全长中占较大比例，中小跨径桥梁设计在保证桥梁工程质量、工期、投资等目标的实现方面具有重大意义。根据笔者长期从事的山区高速公路桥梁工程项目勘察设计方面实践来看，中小跨径装配式预制桥梁结构应用较为广泛，此类桥梁结构形式具有较高的标准化程度，设计施工技术较为完善，造价低。在充分结合山区地形地貌、水文地质条件的基础上进行中小跨径桥梁结构设计，以供桥梁设计人员参考。

　　2山区高速公路中小跨径桥梁设计

　　2.1上部结构设计

　　2.1.1预制装配式主梁根据《公路桥梁结构上部构造系列通用设计图》，预制装配式主梁主要有空心板梁、小箱梁、T形梁等主梁结构形式，而且三种主梁结构形式设计施工技术都较为成熟，均具有广泛的应用。各种主梁形式中10~40m跨径范围的形式应用最为广泛，将24.5m宽的分离式路基预制装配式单幅桥梁主梁尺寸形式汇总，如表1所示。根据表1所列数据不难看出，空心板能进行就地现浇，且对弯、坡、斜桥以及高度受限的中小跨径桥梁等均较为适用，我国当前20m以下中小跨径桥梁大多数都采用此结构，但空心板结构很容易出现铰缝开裂、横纵向裂缝、支座脱空、混凝土剥落等质量问题。小箱梁造价低，具有较好的抗扭性和跨越能力，适用于较低的建筑高度，在软基地区普遍采用，但小箱梁箱形断面形式存在内部空腔，腹板壁薄，对预制工艺要求较高，且比同跨径T形梁吊装质量大，吊装施工要求较高。T形梁的连接主要借助横隔板，其具有较大刚度和较好的跨越能力、整体性能，施工方便，吊装质量小，T梁按全预应力构件设计，安全性和耐久性较好，但其梁宽小、箱梁窄，所以会增加主梁片数，经济性稍劣[2]。2.1.2桥跨分联在确定好主梁结构形式后，还必须根据桥梁跨径设计、桥高、纵坡等情况，确定采用简支桥面连续、先简支后结构连续、先简支后连续刚构等结构体系设计，并加强分联长度与位置选择。单跨6~20m的标准跨径桥梁应按简支桥面连续设计，单跨20m以上跨径桥梁应按先简支后连续设计，并保证桥跨长度和分联长度的匹配性。具体而言，单孔20m、30m和40m跨径桥梁分联长度应在100m、180m和200m以内。桥面延伸量和伸缩缝型号根据分联长度确定：分联长度不足20m时，桥面一端连续，另一端按暗埋式小伸缩量伸缩缝设计；分联长度在20~40m、40~100m、100~180m及180~250m时，桥面一端连续，另一端分别按D40、D80、D160、D240模数式伸缩缝设计[3]。

　　2.2下部结构设计

　　2.2.1桥墩设计本桥梁工程采用分幅双柱墩下部结构，在地面横坡＞25°的地方采用薄壁墩或矩形墩以及大直径桩基础。下部结构设计中除桩径1.2m以上、桩长15m以内且地下水水位高、地层主要为流沙、卵石等易塌孔地质条件外，其余情况都可以采用挖孔桩设计。分幅双柱墩墩柱形式包括分离式双柱墩、整体式双柱墩和整体式三柱墩。分离式双柱墩有较为明确的受力体系和较强的平曲线适应性，盖梁横坡设置较为简单，且无需加宽处理。整体式三柱墩盖梁受力较大且较复杂，导致桩基础受力不均匀。为降低盖梁梁高，还必须加强预应力钢束设计，成本高，工期长。当同一横断面地表纵坡和落差较大时，必然增大墩柱高度差和墩柱受力的不均匀程度，根据受力程度计算结果，最矮墩柱和桩基所分配的剪力可达剪力均值的1.5~2.0倍，弯矩分配不均，桥墩设计过程中必须充分结合地面实际情况的变化。设置在陡峭横坡处的整体式双柱墩具有与整体三柱墩相似的受力形态，必须在盖梁处增设预应力钢束并进行二次张拉施工[4]，施工时间长。通过对分幅双柱墩墩柱形式的分析不难发现，在地质条件相同的情况下，分离式双柱墩形式能减小桥柱墩之间的高差，增强受力的均匀性，无需加宽盖梁和施加预应力，施工过程大大简化。同时，还使桩基自由长度减小，桩基及配筋直径优化，但可能开挖山体导致边坡失稳。独柱墩比双柱墩更具经济性，且桩基受力更加明确，挖方量少，环境影响小，在地面横坡＞25°的情况下，本工程推荐选用矩形墩或薄壁独柱墩+承台桩基的下部结构方案。2.2.2基础设计山区小跨径桥梁下部基础设计应充分结合地形地貌、水文地质条件，以保证基础的承载力、稳定性及施工的便利性。首先考虑陡峭坡地纵横断面线，防止小跨径桥梁基础设置于软硬不均地层或悬空状态。挖孔桩桩基直径至少为120cm，尽量避开地下水，桩基应位于密实土层、抗风化岩层，挖孔桩开挖深度见表2。桥位受洪水水位影响较大时，可基于水文计算结果布设孔跨，并充分考虑墩台埋深受洪水冲刷的具体影响，将桥位基顶标高设置在最大冲刷线下1.0m处。考虑到控制承台对工程区自然环境的不利影响，端承桩间距按桩径的2倍设计，且端承桩嵌入风化层深度应大于桩径的2倍。

　　3结语

　　山区高速公路桥梁设计往往面临地形多变、地质条件复杂的情况，中小跨径预制装配式桥梁在重山丘陵区的应用日益广泛，此种结构形式对于山区复杂地形、较差的施工条件较为适用，而且结构形式本身构造简洁，通过加强设计施工完全能实现其与山区地形的协调一致，缩短工期，节省工程投资，充分发挥山区高速公路中小跨径桥梁工程的经济效益和社会效益。

　　参考文献：

　　[1]交通部专家委员会.公路桥梁结构上部构造系列通用设计图[M].北京：人民交通出版社，2005.

　　[2]李艳青.中小跨径桥梁设计问题探讨[J].黑龙江交通科技，2020，43（4）：234.

　　[3]江林雁.山区中小跨径桥梁选型设计研究[J].交通世界，2020（10）：96-97.

　　[4]杨彩霞，汪俊.山区中小跨径桥梁设计原则与要点[J].公路交通科技（应用技术版），2020（2）：225-227.

　　[5]刘亚平.高速公路中小跨径桥梁加宽设计核心分析[J].人民交通，2020（5）：68-69.

　　作者：戴广鹏 徐远贺