福建山区公路桥梁设计方案的选择

2015-04-24连励琼

福建交通科技 2015年2期

■连励琼

(福建省交通规划设计院，福州 350004)

1 前言

山区公路的主要特点是地形、地质较为复杂，构造物多，桥梁占公路长度比例大，具体表现为地形陡峻、变化频繁，平、纵、横相对高差大；地质多为岩堆、坡积、陡崖、断裂带等不良地质。受自然条件等诸多因素的影响，桥梁布设时平纵横三个方面都受到约束，多为弯坡桥、桥墩高、跨径大，墩台型式多样，桥梁设计必须解决好各细部构造与地形地质相适应之间的关系。桥梁作为公路的重要组成部分，在桥型方案的比选上有相当难度和复杂性，若要设计成功一条山区公路，做好桥梁设计方案就显得十分重要。

2 路桥方案的选择

山区公路因受地形地质等自然条件的制约，在沟谷、高填、陡坡地段，修建路基或桥梁方案的选择，一直是难以把握的关键问题。由于山区公路一般为挖多填少，路基土石弃方较多，桥梁造价相对于路基一般较高，路桥方案很多只受地形控制，在路基不宜填筑的条件下采取桥梁方案，所以合理路桥方案选择，直接关系公路工程造价。

根据公路路基设计规范，当路基中心填方高度超过20m 时，宜结合路基与桥梁方案进行比选。在实际路桥方案比选中，不能直接考虑以中心填高20m 为界选择路或桥方案，应详细了解现场地形地质自然条件。

当中心填高超过20m，如果地质情况较好、沟谷较平坦、可利用涵洞排水、附近弃方又可利用的,如图1所示，可考虑路基设计方案。

当中心填高低于20m，如果地质情况较差、沟谷较陡峻、设置涵洞排水工程量大、附近又弃方没可利用的，如图2 所示，即可考虑桥梁设计方案。

图1 高填路堤处理设计图

图2 路基桥梁方案比较

所以山区公路高填路段，路桥方案比选不能一概而论，应综合施工和自然条件，进行方案比选和造价比较，合理选择路桥设计方案。

3 桥型方案的选择

山区公路地形起伏变化频繁，桥型方案的选择着重要处理好与跨径、墩高三者之间的关系，应结合沿线自然条件、施工难度和环保要求，考虑其受力特点和经济性，一般以经济、常用的桥型为主，方便梁板预制与施工。横断面形式有空心板、T 梁、小箱梁等三种结构可以选择，对于跨径16m、20m 的一般采用空心板较为经济，跨径25m、30m、35m、40m 的一般采用T梁较为合适，小箱梁是介于空心板和T 梁之间的一种横断面形式。为了保证行车舒适，结构耐久适用，一般采用先简支后结构连续或墩梁固结的连续一刚构混合体系。

山区高架桥采用连续梁桥方案时，跨径与墩高的关系一般选择比值为0.618～1 之间，20m 跨径适应的墩高一般为10～20m；25m 跨径适应的墩高一般为15～25m；30m 跨径适应的墩高一般为20～30m；40m 跨径适应的墩高一般为25～40m。通常根据地形选择一种跨径，不宜根据墩高频繁变化跨径，墩柱高度变化很大时，可以采用20m 与30m 或者30m 与40m 的组合跨径。如图3所示，根据地形、地质条件桥位处可布设30m、35mT梁，但从施工便利、工程造价等因素综合比选，推荐30m T 梁方案。

图3 桥梁方案比较表

山区公路桥梁经常出现平面半径小、纵坡大、横坡陡、弯坡桥等特点，必须着重处理好上部构造(板或梁)与平面曲线半径的关系。桥位平面曲线半径对桥梁跨径的选择及平面布置影响较大，主要表现为内外弧差和中矢高，由于曲率半径的影响，内外梁梁长不等，解决途径一般根据平面半径变化梁长或不变梁长加大帽梁处理。

变化梁长具有帽梁尺寸较小、规格统一，但预制梁长度种类就较多，频繁调整模板，堆放预制梁需要很大场地；等梁长可采用内弧长等于标准跨径布置，这样连续段长度一端比标准长度增加或减小，中矢高可以通过调整护墙内缘使之适应平面线形。山区地形狭窄处地形陡峭，预制场地狭窄，宜采用等梁长布置较为妥当。

桥型的选择应根据适应、经济、美观、安全以及施工的难易程度等因素进行综合分析，以便最终确定桥梁实施方案.对于山区公路而言，还应着重考虑施工难易程度、山区地质病害及环境保护等影响因素。

4 桥墩型式的选择

桥墩应该满足上部的所要求应具有的支撑力，同时还要注意布置的是否合理均匀。桥墩型式应根据墩高的不同，可采用柱式墩、Y 型墩、薄壁墩等型式。柱式墩具有结构稳定性好、施工方便、外观轻颖、布设灵活等特点，可适应不同类型的基础，所以山区桥梁广泛采用柱式墩。墩高与墩柱直径成正比对应关系，墩高越高，墩柱直径越大，同一座桥梁尽量采用1～2 种墩柱直径为宜，以减少模板的种类。

山区公路桥梁跨沟谷、斜交大，可用单柱墩，以减小阻水面积；曲线半径较小或大纵坡的桥梁，可用双柱墩，以减小曲率和纵向水平力的影响；桥断面较宽的桥梁，可用三柱墩，适用不同桥宽的变化；桥墩型式的选择，可结合具体的桥型，地形和地质状况，技术经济和美观等因素综合考虑。

5 桥台型式的选择

桥台是桥梁两端桥头的支承结构，是道路与桥梁的连接点，桥台类型有重力式桥台、埋置式桥台和轻型桥台。山区跨谷桥不宜在陡峻山坡上修筑高桥台，桥台型式应根据地质及桥型具体情况，常用桥台型式有U 型台、肋板台、桩柱台等。

重力式U 型台：桥台高度一般采用在10m 之内。U型桥台构造简单，基础底承压面大，应力较小，但圬工体积大，可根据地形在纵向和横向合理分台阶，以更好适应地形，减小开挖，节约圬工方量。

桩柱式桥台：一般台后填土高度宜控制在5m 以下，联长宜控制在150m 以内，否则桩柱式桥台因抗推刚度小不宜使用。山区公路桥梁纵向地形陡峭，往往不能设置锥坡，这时采用桩柱式会受到较大限制。

埋置式肋板台：一般适用于地形较平缓，地质覆盖层较厚，填土较高，但桥台高度也不宜超过12m。肋板台其台身挖空率高、挡土面积小、抗推刚度大、工程费用省，是一般梁式桥常用的桥台类型。

6 桥梁基础的选择

桥梁基础承担着全桥重量以及桥上的可变荷载，山区公路桥梁常用的基础为扩大基础与桩基础，桥梁基础应根据桥位地形、水文、地质等自然条件合理选用。

山区一般地质情况较好，地基承载力大，对于桥位地形纵横坡相对平缓的，常用扩大基础。具有施工简单，就地取材，稳定性好，承受较大的荷载，主要特点是基础外伸长度与基础高度的比值必须限制在材料刚性角的正切tanα 的范围内。

对桥位地形纵、横坡较陡，如采用扩大基础，应考虑基础扩散角、覆盖层厚度和施工相互影响等因素。当基坑开挖量大、边坡稳定性差、破坏山体严重、地基承载力差的宜选用桩基础。

桩基础所承受的荷载由桩身与周围土之间的摩阻力及桩底地层的抵抗力来支承，具有承载力高、稳定性好、沉降均匀等特点。山区桩基础多为嵌岩桩和柱桩，地质情况较差地段采用摩擦桩。桩基础不管受力形式如何，施工方法上多为钻孔灌注桩。

7 桥梁设计方案实例

如图4 所示，该桥为某国省道工程中一座中桥，典型的弯、坡、斜桥。桥址位于在沟谷、陡坡地段，设计时采用桥梁方案：上部结构采用3×20 米PC 连续空心板，造价低、较为经济；且构造轻、架设方便，利于施工。桥位处平面半径R=200m，采用等梁长布设，平面小半径通过横向移动空心板梁及调整外翼缘悬臂来拟合曲线。桥台处地质好，设置U 台配扩大基础。该项目目前已建成通车，实现工期短、效益好。