桥梁孔跨布置探讨

摘要：本文总结了铁路、公路及城市道路桥梁设计中常用的15条孔跨布置原则，提出了经济合理的相邻跨度之比值，并将之应用到具体的工程实例。

关键词：桥梁分跨原则实例

Abstract: this paper summarizes the railway, highway and city road bridge design used in article 15 holes across layout principle, puts forward the reasonable economy of the adjacent span ratio of, and will be applied to the practical examples.

Keywords: bridge points across principle examples

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：

一、引言

逢山开路、遇水搭桥，道出了桥梁架设的原始动机。随着现代社会交通的发展，又增加了道路的立交，引起大量的立交桥梁建造，这就要牵涉到桥梁的孔跨布置，即桥梁分跨或者叫桥梁墩台位置选择，它是桥梁总体设计亦或桥梁建筑设计当中的一项重要内容。作者以有关规程、规范为准则，结合桥址地形、地貌、地质、地震、水文、气象、通航、跨线要求及桥梁类型、荷载、采用材料、施工方法等情况，并结合近年来的工程实践，谈一谈在桥梁设计中孔跨布置的体会。

二、桥梁分跨原则

桥梁常常因跨越河流、峡谷、道路或铁路而设置。

桥梁分跨是桥梁总体设计的主要项目之一。大型复杂的桥梁，其方案设计有桥位选定、桥式及孔径确定等几项内容。桥梁在桥位确定之后，不但要进行不同桥式方案间的比较，而且要将同一桥式按不同的孔跨布置做为几个不同的方案进行比较，以求得较经济、合理的设计方案。

本文主要讨论一下桥梁分跨的原则。

1、桥梁孔跨的布置，在满足桥梁的使用功能条件下，结合线路的情况，应使其总造价较低。一般情况下，桥址地质条件越差或下部结构投资越大，就越宜采用较大的跨度，以减小下部结构及基础的工程量，从而节省投资，反之亦然。从投资和跨度方面来看，桥跨布置总体表现为：边跨小于中跨，引桥小于主桥。

2、一条长大铁路、公路干线，同一区段内桥梁的孔径与式样应力求简化。同一座桥梁，除通航和其他特殊需要外，应尽量采用等跨及相同的结构类型。跨度不超过60m的简支梁桥，其跨度应采用标准跨度，以达到方便设计和施工的目的，便于工厂化制造，取得经济效益。

3、桥梁路基相连，桥梁的经济起桥高度一般为5~6m，较小者可取至2～3 m，以此控制桥梁的长度。有条件设置挖方内桥台者，应优先采用，可保证桥台的稳定。

4、跨越河流的桥梁，孔跨布置不宜压缩天然河道。桥梁中线宜与天然河道洪水流向正交，避免水流在桥头形成水袋而产生三角回流，影响路基、桥梁安全。

5、水文控制的桥梁，其孔跨布置必须保证安全通过设计频率洪水、流冰、流木、泥石流及其他漂流物，其产生的冲刷系数宜小于冲刷容许值。桥跨结构底部应高出设计洪水频率水位并有足够的富余量。

6、通航河流上，桥梁中线应与航线正交。当不能避免斜交时，应适当加大通航净孔。通航桥孔位置应根据河流的中常水位及低水位时的航线确定，通航孔桥跨结构应高出桥下通航净空建筑限界。

7、连续梁桥或拱桥相邻跨度的比值（小跨比大跨）宜在0.4～1之间，当比值接近0.618时，桥跨结构会显得平顺流畅，结构受力合理，工程更经济。悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥或连续刚构桥，其跨度应满足施工时对称T形结构对跨度的要求。斜拉桥边跨与中跨之比宜在0.3～0.5间；悬索桥（吊桥）边跨与中跨之比宜在0.2～0.5间，具体跨度应根据地质条件、通航等级要求及气象条件而定。悬索桥因其特有的桥跨结构受力型式，令其成为当今世界上唯一单孔跨度超过1000m的桥式。

8、跨越铁路、公路及道路的立交桥梁，其桥梁孔跨布置应保证桥下净空限界符合相关行业的技术标准。应避免采用较大跨度，以减小梁部结构高度，降低桥梁建筑高度，缩短引桥长度，从而节省投资。

9、跨越宽浅河流的桥梁，多采用等跨简支梁桥。泥石流地区的桥孔，不宜压缩和过分扩大，应以单孔或多孔的较大跨度桥梁跨越，以免被泥石流冲毁。跨越V形峡谷时，桥梁主跨往往采用一跨跨过，并且优先采用拱桥或反吊桥方案。

10、修建深水高墩桥，河流水面较宽时，在技术经济条件许可下常常增大水中桥跨跨度，尽可能将桥墩设置于岸边、浅水区或礁石上，减小深水桥墩基础的工程量及施工难度，把深水基础问题转化成浅水基础来加以解决。这样可减少下部结构工程投资，上部结构工程投资虽增大，但桥梁总体投资仍应减小。同时也降低了桥墩对洪水的阻挡影响，有利于主河道的泄洪及水上交通，减小了船舶及漂流物撞击桥墩的概率，有利于桥梁的安全。此种情况适用于大跨度的悬索桥、斜拉桥、拱桥及连续梁桥。

11、当桥梁位于不良地质区域时，布置墩台应遵循如下几点：

（1）墩台基础应避免设置在软硬不均的地基土壤上。

（2）墩台基础位置应避开地基断层、滑坡、挤压破碎带、溶洞、黄土陷穴与暗洞或局部软弱地基等不良地质。

（3）在山区修建桥梁，位于陡峭山坡上的墩台应注意基础底面及侧面岩体的稳定性，宜选择桩基或挖井基础，并嵌固于基岩中。

（4）靠近陡峭岩壁的河槽边墩基础，应避免穿过水下山坡落石堆积层。

12、在老城区建造桥梁，应调查清楚桥址区域内的地上及地下构筑物，如地下各种管线(自来水管、排水管、热力管、煤气管、电力电缆、通讯光电缆等)，码头、防汛墙、堤岸及抛石护岸等各类水工构筑物，水下古代残留物，各种房屋建筑物的性质造价，以便确定桥墩基础位置时考虑避让。不能避让时，设计应考虑对既有构筑物进行拆迁、改造或采取防护措施。

13、互通式立体交叉桥梁，桥梁群在平面上的布置应匀称规则，选择合适的桥墩式样，保持桥下通透性良好。桥梁的平面布置应尽量避免出现分叉桥和急转弯桥，若无法避免，应于桥梁分叉处、桥面宽度骤然变化处设置桥墩，使桥梁受力状态良好。

14、邻近城市，桥梁跨越河流后又要与滨河路实现互通式立交，应妥善处理好跨河分跨与立交桥群布置之间的关系。

15、悬索桥的分跨布置，除了考虑桥梁主塔处于良好的位置外，应重视锚碇的设置位置，可选择地锚或自锚方式。其对主缆索的选择及设计方案、造价有较大影响。

三、工程实例

1、工程简介

某公路桥跨越广州市增步河，增步河是珠江的一条主要支流，承担着泄洪和航运的功能。既有桥梁的主桥为35m+50m+35m空腹式钢筋砼拱桥，两端引桥为跨径10m的简支梁桥，桥梁总长766.4m。既有桥于1982年建成通车，后发现主拱圈出现裂纹，两桥台因受纵向顶力作用产生竖向裂纹，河中桥墩产生纵向位移，桥梁出现险情。广州市政府决定拆除原桥，原址建造新桥。

2、设计经过

桥址处河宽139m，常水深4.5m，通航净高8m，钻孔揭示地基土壤表层为淤泥，其下为软塑黏土，距地表10m~30m均为浅黄色硬塑砂黏土，基本承载力σ0=300kpa。设计采用桥式为预应力混凝土连续梁桥，排架式桥墩，钻孔桩基础，桥跨结构受力均匀，又因为其立面面积小，线形轻巧流畅，在市区有较好的景观效果。因为桥址处地基条件差，拱桥立面面积大，阻水多有碍行洪，不适宜修建拱桥；修建斜拉桥因跨度小取不到经济的效果。

桥梁高度受水文控制。桥上纵坡1.5%，桥面宽50m，初步设计时拟定了两种孔跨布置：（1）35m+50m35m，（2）80m+110m+80m，具体布置见下图：

孔跨布置方案一保持原桥的孔数、跨度不变，减小主桥的长度。方案二采用一跨跨越河道，主桥长度为270m 。

方案一虽然短主桥的长度较短，降低了主桥的设计施工难度及造价，但由于两个桥墩位于原桥墩位上，虽然支座截面处剪力最大，但可通过适当加大截面高度、增加受剪钢筋来解决问题。再结合具体的地形条件，最后确定边跨跨度为80m。方案二引桥较方案一短，避免了河中两个桥墩的施工，经过综合比较，最后选定方案二。

此桥已于2000年底建成通车，使用效果良好。

四、结束语

以上桥例的孔跨布置只涉及到桥梁孔跨布置原则的几个方面，越是大跨度桥梁其孔跨布置越具有挑战性，尤其是大跨度桥梁的代表——斜拉桥和悬索桥，其孔跨布置主要结合桥址地形、地质、地震、气象、通航、采用材料及施工方法综合考虑，是一项复杂的系统工程。较简单的中小桥梁，在勘察地形之后，资深桥梁工程师凭经验便可以定出其合理的孔跨布置。但复杂、大型的桥梁设计，须有充分的前期方案研究、论证，听取各方面意见才能决定其设计方案，甚至最终设计方案由桥梁专家组历经数年才能定夺。

作者简介：吴晓如，中铁电气化勘测设计研究院，桥梁高级工程师，1970年3月出生，西南交通大学毕业。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。