浅谈山区V型沟梁桥设计

邢婷婷

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

近年来，随着中国交通事业的迅猛发展，尤其在西部大开发的交通建设中，山区高等级公路的兴建越来越多，由于地形复杂，山高坡陡，多采用高墩来跨越河谷和深沟，且各个桥墩之间的高差也很大。根据山区高墩桥梁的一般特点，平、竖曲线的半径往往比较小，所以一般采用变墩高的曲线桥。由于这种斜、弯、坡、异形等特点，给桥梁的线型设计、构造处理及防护和稳定性带来很大困难。本文通过神岢高速公路张家大桥4×40 m先简支后连续装配式预应力混凝土T梁弯桥的设计，以便进一步了解在V型沟地形条件下桥梁设计中需要注意和采取的有效措施，为以后同类型桥梁设计提供借鉴和参考。

1 工程介绍

神池至岢岚高速公路位于山西省忻州市的西北部，行政区划隶属忻州市神池县、五寨县、岢岚县。从整体地形地貌上来看，项目区地处晋西北黄土高原中部，属于山西西部丘陵山地。走廊带内总体地势较平坦，以侵蚀黄土沟谷及黄土台塬、丘陵相间居多。

本项目起点位于忻州市神池县东湖乡西北，利用东湖枢纽（已列入神池至河曲高速公路项目）连接西纵高速公路朔州至神池段、大营至神池、神池至河曲高速公路，终点位于岢岚县高家会乡西会村，接西纵高速公路岢岚至临县段、忻保高速公路。全线均位于忻州市境内，路线全长63.907 km。张家大桥位于神池至岢岚高速公路第TJ1合同段K30+640处。

2 张家大桥设计要点

2.1 地形地质

张家大桥位于五寨县张家村，桥址位于黄土梁峁与冲沟组合地区，跨越V字形冲沟，地形起伏较大，地面标高约1 474.00～1 546.00 m左右。桥址区地层主要有第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）及上更新统风积（Q3eol）粉土、中更新统冲洪积（Q2al+pl）粉质黏土。桥址区未见断裂构造形迹。桥址区覆盖层较厚，未揭示岩层节理裂隙发育规律，无不良地质现象。桥址区地下水主要为第四系松散层孔隙水，以大气降水为主要补给方式，以蒸发为主要排泄途径。地下水埋藏较深，勘探深度内未揭露稳定水位。地下水对工程影响较小。

2.2 桥型选择

桥址地处V型沟，两侧坡体稳定性较差，一般设计时要注意对边坡的影响控制到最小。桥墩应避免放置在沟底，雨水冲刷较严重，对下部结构、基础影响较大。若由于实际情况综合考虑无法避免，则应在设计时将承台上移，尽量减少对河道的影响。处于V型沟两侧边坡上的桥墩，应尽量采用开挖量小的桥墩形式。

张家大桥桥址跨越黄土V字形冲沟，地形起伏较大，自然坡度约为60°左右，表层土为湿陷性黄土，沟底和沟顶高差相对较大，地质情况较差，半径相对较小，为缩短工期，减少造价，综合比选，选用装配式T梁结构，全桥采用一联4×40 m装配式预应力混凝土连续T梁，简支安装，现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。

桥梁全长168 m，前右角90°，墩台径向布置。在桥台处采用四氟滑板式橡胶支座，桥墩采用板式橡胶支座；桥台采用D-80伸缩缝；桥面铺装沥青玛蹄脂碎石C50钢纤维防水混凝土。在沥青混凝土和钢纤维防水混凝土之间设SJC-FⅡ型桥面防水涂料层。桥跨布置见图1（图中尺寸单位均以cm计）。

图1 桥型布置图 （单位：cm）

2.3 布梁设计

张家大桥位于小半径曲线上（半径900 m），墩台径向布置，在进行布梁方案设计时，考虑采用偏置设计中心线和偏移1/2矢高进行布梁两种方法进行比较。因本桥半径较小，采用偏置设计中心线的方法会导致边梁翼缘悬臂过长，采用偏置1/2矢高的方法可以有效避免悬臂过长。在实际设计中，可以选定一个临界半径，对于曲线半径小于临界半径的，就直接采用偏置1/2矢高方法进行布梁，减小设计中布梁的反复，减少设计工作量。偏置1/2矢高布梁后，对下部结构尺寸及位置会产生一定变化，设计中一定要注意偏置后的影响，避免上下部出现对立，导致桥梁下部和上部出现偏差。表1为张家大桥偏置1/2矢高后的预制梁悬臂参数表，由表1可看出，偏置1/2矢高布梁后，T梁的内外悬臂都更接近于标准悬臂长。

在山区高速公路桥梁设计中，往往会遇到平曲线的半径较小的情况，当曲线半径较小时，可考虑采用偏移1/2矢高布梁，减少弦弧差，使边梁内外悬臂长度更接近，同时避免边梁悬臂过长。而当曲线半径较大，桥跨总长不是很长的情况下则可以考虑平行布梁[1]。

2.4 墩台设计

在V型沟地形条件下的桥梁多为高墩的弯桥，墩高相差悬殊，结构复杂，长细比较大[2]，所以桥墩类型的选择在设计中就显得尤为重要。普通的双柱式墩横向抗弯刚度较好，但纵向抗弯刚度和抗扭刚度较差，在墩高较大时容易在荷载作用下发生墩柱的失稳。而薄壁空心墩其截面横桥向尺寸较大，在各方向抗弯刚度都比较大，抗扭刚度大，且整体性好。

表1 预制梁悬臂参数表

张家大桥0号桥台和4号桥台均采用柱式台，位于两侧边坡上的1号和3号桥墩采用双柱式墩，减少开挖，避免对原状土的破坏，沟底2号墩，墩高较高，采用刚度较大的薄壁空心墩，承台上提，减少对沟底的开挖。

张家大桥桥位处地震烈度较大，为了增强桥梁的抗震能力，避免落梁，在每片主梁端部都设置防震挡块，同时主梁与主梁之间设置多道横隔板，加强主梁的整体性。同时为加强桥墩的抗震能力，在柱顶、柱底和桩顶设置加强箍筋段，形成双螺旋箍筋并排布设，提高桥墩塑性铰区的延性抗震能力。

2.5 全桥防护

张家大桥跨越黄土V字形冲沟，地形起伏较大，表层土为湿陷性黄土，劈裂节理、落水桥、冲沟等黄土地貌发育，桥台稳定性较差。施工完成后，需对桥台岸坡进行防护，防止人工开挖造成边坡失稳，故在设计时在桥台处开挖边坡防护顺接路基边坡防护，桥墩处桥面宽度两侧各3 m范围内第一级边坡设置全护面墙，二级及以上边坡设置30 cm厚浆砌片石护坡。

桥台处位于挖方段，为了防止主梁受腐蚀以及在后续运营便于更换支座，主梁下净空控制在1.5 m左右，同时在主梁下设置纵坡为1%的开挖平台。由于受地形影响，雨水冲刷对桥梁影响较大，施工时应根据现行施工规范做好基坑坑壁支护、排水等工作，以确保桥梁施工、运营安全。故在桥台两侧设置急流槽，连接路基边沟将水排到沟底，在墩台开挖边坡处均设置平台排水沟及急流槽。施工完成后，将基坑回填压实至基础顶面以上，做好回填平台的排水防护工作。

3 结语

由于V型山沟高墩桥梁的不规则性，使得山区高墩桥梁在设计过程中比较困难，通过本文的介绍，可得出以下结论：

a）在对V型沟地形条件下的桥梁进行设计时，应优先选择抗弯刚度和抗扭刚度大的桥墩形式，故柱式墩多在梁桥墩高小于30 m时采用，而当桥梁墩高超过30 m时，下部结构多采用矩形墩、薄壁墩和薄壁空心墩。

b）在V型沟地形条件下，由于山谷两侧山体坡度较大，桥墩的高度往往相差较大，跨距不均匀，因此很容易形成刚度和受力不平衡的情况，从而造成墩顶位移较大，易发生落梁现象，所以上部结构通常选择刚度平衡，整体稳定性好的上部结构形式，如采用多联连续梁或连续刚构，以提高桥梁的整体稳定性。

c）在对弯桥进行布梁设计时，根据实际平曲线情况选择合理的布梁方式，如若曲线半径较小，建议选择偏置1/2矢高的方法进行布梁，减少内外悬臂差。

d）在V型沟高墩桥梁的设计过程中，应全面考虑桥梁的防护措施，尤其注意V型深沟受地形限制，雨水冲刷对其桥梁基础影响较大，应做好雨水导流、排放设施。