浅谈御河大桥设计与研究

孙增雄

（山西省大同市公路建设办公室，山西 大同 037005）

大同古长城旅游公路横贯大同市天镇县、阳高县、南郊区、新荣区、左云县5个县区，路线全长250.981 km，是《山西省农村旅游公路建设规划（2016—2020年）》的重要组成部分，是大同市农村公路扶贫重点项目，是精准扶贫和脱贫致富的惠民工程，受到了山西省交通运输厅和大同市委、市政府的高度重视。项目实施对于发掘长城历史文化的深厚底蕴，建设文化旅游产业基地，对提高沿线城镇村民生活水平、全面建成小康社会具有重大意义。

1 御河大桥概况

御河跨铁路大桥位于大同古长城旅游公路段内，路线属于山岭重丘区，桥址处河谷深切、沟壑纵横、地形地质条件极其复杂，该桥是全线的咽喉和主要控制性工程。

御河跨铁路大桥是大同古长城旅游公路中的一座公铁立交桥，为跨越御河及大同至准格尔铁路而设，桥址位于大同市新荣区祁皇墓村东北1 000 m处。中心桩号为K118+669.13，右前夹角90°，与大准铁路交叉里程为K24+010，公铁轴线交角86°,桥址路线平面见表1[1]。

表1 桥位处路线平面技术指标表

大同古长城旅游公路是一条三、四级公路，御河大桥设在直线段，路线纵坡为上坡2.4%。桥面横坡2%，全桥宽度8.5 m，双向两车道，桥面按整幅设置，大桥全长488.08 m，最大桥高49.75 m，是大同古长城旅游公路中桥墩最高、桥梁最长的大桥。桥址处地形见图1所示。

图1 桥位平面示意图

1.1 地形地貌

桥址位于黄土覆盖的中低山河谷区，沿主河槽横向布设，跨越河床、漫滩、阶地、低山地貌单元，桥位南岸为低山地貌，漫滩地势起伏不大，地形平缓，呈U字型宽谷，河宽约435 m。沟底覆盖有稍密砂、砾卵石，水草丰盛，地表水丰富；变质岩低中山为基岩陡坡，地势起伏较大，冲沟切割剧烈，冲刷严重。东侧谷坡陡峻，基岩裸露，两侧桥台均位于斜坡基岩上。两侧桥台至谷底相对高差约51 m。

1.2 河段特征及水文情况

御河是桑干河的主干支流，发源于内蒙古自治区丰镇市西北阳坡子，河流由北向南，流经丰镇市新城湾镇南，在内蒙古自治区境内称为饮马河；穿过古长城后，从新荣区堡子湾乡镇羌堡流入山西省大同市境内，在山西省境内称之为御河。流经孤山、小南头、在大同县吉家庄汇入桑干河，属于海河流域永定河水系。

河床属山区稳定性河段，滩槽分明，河道基本垂直，岸线较为规则，勘察时，河道内有常流水，水深0.6～1.5 m，流水横断面宽度30～50 m。桥址上游主流全长78.1 km。流域面积为2 529.3 km2，设计洪水频率1/100，洪水流量为1 425 m3/s。

1.3 气象

新荣区域内年平均降雨量391.6 mm，年平均气温6.5℃，一月份平均气温-5.9℃，七月份平均气温24.4℃，极端高气温 37.7℃，极端低气温-29.1℃，无霜期90～130 d，最大冻土深度1.71 m。

1.4 工程地质

经钻探地调揭示，桥址处地层由第四系全新统（Q4）冲洪积物、上更新统（Q3）洪积物和下太古界集宁群下白窑组（Ar1x）变质岩组成，局部有第四系全新统杂填土。Q4地层分布于谷底表层及冲沟底部，岩性为杂填土和砂、砾石，杂填土主要为铁路路基碎石，颗粒成分以花岗岩、玄武岩为主；粉砂褐黄色、松散，潮湿-饱和；圆砾，杂色稍密结构，潮湿饱和状态，颗粒成分以片麻岩、花岗岩为主，一般粒径0.2～6 cm，最大粒径12 cm，砂类土充填，含有卵石。Q3地层岩性为圆砾，主要分布在山谷坡侧，中密结构，稍湿-潮湿状态，颗粒成分以片麻岩、花岗岩为主，一般粒径0.2～7 cm，砂类土充填，含卵石，局部分布。下太古界集宁群下白窑组（Ar1x），地层岩性为强-中风化片麻岩、花岗岩、麻粒岩等，褐灰色、浅肉红色，粒状多晶体结构，片麻状块状构造，节理裂隙发育，岩蕊呈块状、柱状，最长30 m，局部较破碎。

2 技术标准

a）行车速度 20 km/h；

b）设计荷载 公路-Ⅱ级；

c）设计洪水频率 1/100；

d）桥面宽度 净7.5+2×0.5 m防撞墙；

e）地震基本烈度 Ⅶ度，按Ⅷ级地震设防，地震动峰值加速度为0.15g；

f）安全等级 一级；g）环境类别 Ⅱ类[2]。

3 桥梁设计

3.1 桥型设计

上部结构采用12-40 m预应力混凝土连续T梁，桥梁长度488.08 m，共分4联，桥面连续采用3孔一联，每联长度120 m。其中：3号、6号、9号桥墩顶，均设RBKF-160伸缩缝，0号、12号桥台设RBKF-80伸缩缝。

下部结构采用双柱式桥墩和变截面矩形实心墩，钻孔灌注桩群桩基础，重力式U型桥台，双层扩大基础。见图2所示。

图2 桥型布置示意图

3.2 T梁构造及预应力分析

根据路基标准横断面拟定桥梁断面，桥梁横向布置4片T梁（2片边梁+2片中梁），梁高2.5 m，桥面2%横坡通过盖梁横坡形成。采用单独预制，简支安装，现场浇筑横向湿接缝的施工方法。T梁跨中及端支点处梁底宽度均采用0.60 m，外悬臂宽度采用0.70 m。中梁顶宽采用 1.70 m，边梁顶宽采用1.85 m。T梁两端设置端横梁，跨中设置中横梁，通过现浇部分连接。连续端通过墩顶现浇段连接；T梁横向设0.466 m宽的湿接缝，采用C50现浇混凝土连接。T梁为全预应力混凝土结构，预应力钢束采用抗拉强度标准值 fpk=1 860 MPa，公称直径 d=15.2 mm的低松弛高强度钢绞线，张拉控制应力δcon=0.75fpk，单股张拉控制应力 p=193.9 kN，R=1 395 MPa。结构体系为先简支后结构连续，按全预应力构件设计。T梁结构尺寸及预应力钢束布置，见图 3所示[1]。

图3 T梁及预应力束分布示意图

3.3 预应力的选择

T梁预应力正弯矩钢束采用15-7型、15-8型、15-9型系列锚具及其配件,预应力管道采用金属波纹管；预制梁在墩顶处的负弯矩钢束，采用BM15-4型锚具及配件,预应力束管道采用扁形金属波纹管,且要求钢波纹扁管钢带厚度不小于0.35 mm。

4 结构设计

a）因桥梁处于平面直线段，T梁上部结构计算采用了平面杆系有限元程序QJX进行分析，横向分配系数按刚接梁法计算，其计算精度足够要求，并利用Midas软件，采用梁格法进行了验算。其中桥面板分别按单向板和悬臂板进行计算。设计荷载主要考虑了恒载、活载，同时考虑温度升降、温度梯度、墩台支座沉降等因素。结构计算分别对各施工阶段和使用阶段进行了全面的分析，验算了结构在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的受力，并验算了结构应力。控制结构重要性系数×作用效应的组合设计最大值均小于等于构件承载力设计值；控制设计内力，确保桥梁在使用阶段上部结构的混凝土不出现拉应力，短暂状况最大法向压应力不大于18.144 MPa，持久状况最大压应力不大于16.2 MPa。

b）桥梁下部结构桥墩采用圆柱式墩及变截面实心墩。其中3～7号桥墩采用变截面实心墩，墩顶设盖梁，长度为8.1 m，宽度为2.4 m，盖梁高1.8 m。墩身厚度为2.2 m，顶部宽度为4.0 m，底部宽度按1∶150的坡度随高度递增，最高桥墩高度达45.0 m。基础采用承台接群桩基础，承台采用尺寸为长度6.5 m、宽度6.5 m、高度3.0 m的C30混凝土整体式承台；基础采用4根直径1.5 m的钻孔灌注桩基础。其余桥墩均采用圆柱式桥墩，其中1号、11号桥墩直径1.5 m，2号、9号桥墩直径2.0 m，对应不同的墩柱直径，桩基分别采用直径为1.6 m及2.2 m的钻孔灌注桩基础。0号、12号桥台采用重力式U型桥台，设2×1.0 m双层扩大基础。桥梁横断面及下部墩台构造见图4所示[3]。

图4 桥梁横断面及桥墩示意图

御河大桥位于Ⅶ度地震区,最大桥高为49.75 m，桥梁属于高墩大跨结构，根据《公路抗震设计系规范》中反应谱法计算地震力。钻孔灌注桩桥墩基础，按“m”法计算桩身内力。

5 结语

考虑到地形和地质条件的复杂程度，山区旅游公路的桥梁设计应结合地形特点，突破常规的计算模式。应根据地形条件以及路线填高等合理确定桥型方案，以达到安全、经济、适用的目的，同时兼顾造型优美、外形流畅、比例协调等美学特点。桥梁设计时，还需要注意以下几个问题：

对于涉及铁路桥梁，在桥梁跨越铁路时，要满足桥下铁路的净高、净空要求，在被交铁路两侧设置必要的防撞墙，以保证桥墩安全；对铁路开挖坡面进行喷C15混凝土防护，厚度10 cm。对铁路运营造成影响范围，采用硬隔离防护；上跨铁路部分孔跨应设置综合排水设施将桥面排水引至桥下；桥梁跨越铁路的孔跨桥面外侧应按《铁路工程设计防火规范》（TB 10063—2007）设置防抛网，防抛网顶高出车行道顶面2.2 m，以防止车辆抛落物影响桥下铁路的运营安全。

当桥梁跨越变迁的河流段时，应重视导流坝、防洪堤、桥墩防撞墙等导流设施的设置，防止桥墩基础的局部冲刷过大，危及桥梁安全。

桥头位于不良地质段落，土体容易坍塌，应采取足够的防护措施，以防止垮塌土体对桥墩造成砸坏与推斜影响[1]。