复杂高海拔山区桥梁设计探讨

（湖南省公路设计有限公司，湖南 长沙 410000）

随着国家经济建设的发展，高等级公路的建设可以有效缩短城市之间的距离，特别是高海拔地区的桥梁建设对提高当地经济建设具有积极的影响。高海拔山区不同于平原山区，地形地貌复杂多变，生态环境脆弱敏感，抗震设防烈度要求较高，同时高海拔山区桥梁设计具有大曲线、长纵坡、陡边坡、高墩大跨、长联等特点，为了保证桥梁结构的安全性和后期管养的便捷性，需要综合考虑多方面控制因素。笔者结合近年来在高海拔山区桥梁的设计经验，在阐述高海拔山区桥梁设计原则的基础上，从上部结构选型、桥梁墩台及桩基设计要点等角度进行分析，以期能为类似高海拔山区公路桥梁设计提供借鉴和依据。

一、桥梁总体设计原则

1.桥型方案的选择必须因地制宜，就地取材、便于施工和养护，使所选桥涵结构充分满足“安全可靠、耐久适用、经济性好、环保美观”的设计原则。

2.高海拔山区生态环境脆弱，环境敏感点较多，国家自然保护区、国家森林公园等国家级保护区众多，结构选型需充分考虑保护项目所在区域生态环境。

3.重视桥梁的抗震概念设计，加强抗震措施及抗震构造措施等设计。

4.优先采用标准化、定型化设计的中小跨径，优先采用正交结构。

5.根据桥梁下部结构刚度合理分联，以期达到最佳受力效果。

二、桥梁上部结构

针对目前国内高速公路上广泛采用的装配式预应力混凝土连续（或简支桥面连续）T梁、装配式预应力混凝土连续（或简支桥面连续）箱梁、装配式预应力混凝土空心板、矮T梁等常用桥型结构及钢混组合结构，进行全寿命周期的主要经济指标、结构性能、施工工艺、耐久性、环境保护等方面的比较，以选择适应项目特点的桥梁结构类型，桥梁上部结构选择掌握以下原则。

高海拔山区存在地震烈度高，地质灾害频发的特点，应选择抗震抗灾能力强、结构形式简单、受力模式明确、轻质低重心、刚度合理、质量均匀和易于及时修复的桥型结构。对于跨径20m～50m的常规特大、大桥及部分中桥，桥型方案在装配式预应力混凝土小箱梁、T梁等结构中进行比选，择优采用。对于跨径10m～20m的桥梁建议采用装配式预应力混凝土空心板、矮T梁进行比选，择优采用。对于地震动峰值加速度较高（≥0.20g）的中小跨径高墩桥梁，为减小地震力，上部结构拟增加自重相对较轻的钢结构或钢混组合结构进行比选，择优采用。对于桥隧相接、桥位相对较分散、规模不是太大、进场条件或者预制场设置条件较差的桥梁，可根据桥高情况采用支架现浇箱梁、钢结构或钢混组合结构进行比选，择优采用。

多跨式桥梁，上部结构形式及跨径选取宜根据墩高和桩长，并结合上下部结构综合判定，选取有代表性的桥梁作方案比选。结合笔者的经验并综合考虑全线桥梁的整体性及经济性，除特大桥梁外，对于一般大中小跨径桥梁，跨径可按下述范围选取。

对于跨越较宽山谷、高差较大的大跨径桥梁桥型可选择大跨度预应力混凝土连续刚构桥或预应力混凝土刚构-连续组合梁桥，但跨径不宜大于200m；跨越山区典型的V形沟谷，且沟谷两侧山地地质条件较好时，大跨径上承式拱桥一般作为首选；跨越深沟谷特宽、特深的桥梁，则可选择悬索桥、斜拉桥等。

表1 桥梁跨径选择标准

三、桥梁下部结构

下部结构视地质、地形地貌情况、上部结构类型及孔径、墩台高等因素，可采用柱式墩、薄壁墩、柱式台、肋式台、U台、扶壁式台；基础推荐采用桩基础，地质情况特别好的可以采用明挖扩大基础以降低造价。

1.桥墩

对于墩高小于35m的桥墩，拟采用等截面双圆柱式墩；对于墩高在35m～75m的桥墩，根据墩高及抗震设防烈度的不同，拟在变截面双方柱空心墩、等截面实心矩形独柱墩、变截面空心矩形独柱墩等结构中比选，综合受力性能、施工难易、工程造价等择优选用。

同一座桥梁上的桥墩高矮悬殊较大时，可采用不同形式，但当某种形式数量较少时，应按照少数服从多数原则归并、统一，尽可能减少桩柱类型，方便施工。一联内各桥墩刚度及相邻联基本周期宜相近，若相差较大时，宜采用顺桥向各墩顶设置合理剪切刚度的支座、改变墩柱尺寸或纵向配筋率等方法措施，调整一联内各墩刚度比或相邻联周期比。

选用合适的桥梁跨径，在陡坡上尽量不设或少设桥墩；适当延长桥梁，减小桥台尺寸、减少开挖量。合理布置桥墩横系梁，将系梁设于地面以上，以减小系梁的开挖。高墩设置承台基础施工困难时，可采用方形实心桩基础。

双柱或多柱墩在横桥向地震作用下，设计盖梁抗震时，应考虑盖梁可能会出现的正负弯矩交替作用。为减轻结构自重以减小地震力，可将盖梁设置为T形截面。

简支梁桥应根据当地设计习惯及地质情况选定梁端至墩、台帽边界的距离，并可采取设置纵横向防震挡块、防落链、防震拉杆等必要的措施，防止落梁。装配式结构应注重结构横向连接性能的优劣，防止出现单梁受力的现象。考虑到高海拔山区抗震烈度大，伸缩缝处宜采取加大支撑距离、设置限位装置和连梁装置等有效的防落梁措施。

2.桥台

桥台台后填土高度不宜大于10m。桥台宜采用U形桥台等整体式强的结构形式。桩柱式桥台由于抗推刚度小，变形比较大，一般在零填方或挖方桥台处采用。

为适应地形、减小开挖、节约工程量，对于纵、横向坡度较陡的U形桥台，可根据地形、地质状况合理错台、分台。当桥台处地形陡峭，采用桩柱式桥台或肋板式桥台设置锥坡较为困难时，可采用桩基U台。

应适当加强桥台背墙，并宜在梁与梁之间、梁与桥台背墙之间、梁与防震挡块之间加装橡胶垫或其他弹性垫。

3.桩基

位于斜坡山体上桥墩、台基础应严格按照先下后上的顺序施工，为了减少下坡方向墩、台基础施工对上坡侧墩、台基础的影响，下坡方向的桥墩、台基础施工完成后，才能开始上坡方向桥墩、台基础的施工。

考虑到山区河流坡陡且水流流速较大，长久的局部冲刷作用对墩台等下部结构易造成不利影响，因而山区跨河沟桥梁应重视冲刷影响并采用合理措施减少其影响。待较陡河沟边墩台基础施工完成后，可采用浆砌片石或混凝上将基坑封闭以防冲刷。

桥墩桩顶原则上以不露出原地面或一般冲刷线为宜，桥墩桩基系梁顶埋深在岸处埋深50cm（地面横坡较缓时）；河滩处埋深50cm～100cm；主河槽处100cm控制。位于河道中的桩基顶部需设置一定长度的永久性钢护筒（护筒厚度可取5mm），用于抵抗水流对桩基的冲刷磨蚀。

墩台基础设计中应明确各桩基桩顶最大竖直力设计值和桩基设计类型（摩擦桩还是端承桩）及基底持力层要求。同时，桩基设计不论是按摩擦桩设计还是按端承桩设计，均应考虑地形、施工开挖、冲刷等不利因素导致的桩基有效长度影响。

墩台桩基础若按端承桩设计时，不得选用极软岩（饱和单轴抗压强度标准值或黏土质岩天然湿度单轴抗压强度标准值frk≤5MPa）作为持力层（摩擦桩设计除外），持力层单轴抗压强度值应满足计算需求，嵌入中风化持力层的厚度除满足计算需要外，其最小嵌入深度不宜小于2.5倍桩径。