山区高速公路常规跨径桥梁上部结构设计

2021-01-14高璇

黑龙江交通科技 2020年12期

高璇

(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原 030032)

桥梁上部结构是指桥梁支座以上(无铰拱起拱线或框架主梁底线以上)跨越桥孔部分的总称，上部结构设计是桥梁工程设计重要内容，对保证桥梁整体质量和安全、稳定运营有重要作用，需要引起相关人员的高度重视，对包含地形地势、跨径条件、墩身高度和经济性等在内的各项要素进行综合考虑，以选取出常规跨径条件下适宜的上部结构形式，包括空心板、T梁和小箱梁等。

1 不同跨径条件上部结构设计

在山区高速公路中，由于受到地形地貌和水文地质条件因素的影响，桥梁十分常见。从现有工程经验可以看出，在常规跨径范围内(即8～40 m)，如果桥梁跨径在16 m以内，则其上部结构形式建议采用空心板；而如果桥梁跨径在16 m以上，则其上部结构形式除了可以采用空心板，还可采用小箱梁与T梁等。在确保上部结构形式性能可以达到要求的基础上，怎样才能保证经济性，是设计人员必须充分考虑的。不同跨径条件下以上三种桥梁上部结构形式的经济性如下。

(1)在40 m跨径条件下，T梁与小箱梁的造价比分别为1 690.9和1 547.5；(2)在30 m跨径条件下，T梁与小箱梁的造价比分别1 326.0和1 266.8；(3)在25 m跨径条件下，T梁与小箱梁的造价比分别1 241.8和1 209.2；(4)在20 m跨径条件下，T梁与小箱梁的造价比分别1 197.5和1 190.6；(5)空心板造价比为1 256.4。

为切实做好桥梁上部结构的设计，不仅要满足经济性方面的要求，还需综合考虑各类上部结构形式优缺点，在对比和选择具体上部结构形式时，通过综合考虑来确定。对于空心板结构，其优点为施工工艺相对成熟，预制方便，使用范围广泛；缺点为使用时容易产生支座脱空和绞缝脱落等病害；对于T梁结构，其优点为结构保持连续，工艺相对成熟，预制方便和单孔跨径相对较大；缺点为桥下的整体视觉效果相对较差，高度偏高；对于小箱梁结构，其优点为桥下的整体视觉效果良好，结构保持连续，工艺相对成熟，单孔跨径相对较大，具有良好的抗扭能力与结构刚度；缺点为吊装重量大，对设备有着很高的要求。根据以上结果可以看出，若从造价方面讲，在20 m的标准跨径条件下，以小箱梁的造价达到最低；在20～40 m的跨径条件下，同样以小箱梁的经济性为最低。

以上三种桥梁上部结构形式有其各自的优缺点，在实际的设计工作中应充分考虑桥梁所在位置的地质条件、水文地质、地形地貌和实际交通运输条件，然后通过综合考虑选择适宜的上部结构形式。

2 不同墩高条件上部结构设计

山区高速公路地形有很大的起伏，为适应地形起伏变化，桥梁墩身高度也趋于变化，选择具体上部结构形式时，应对桥墩高度予以充分考虑。为了确定不同墩高可能对上部结构造成的影响，分析T梁和小箱梁两种桥梁上部结构形式在不同墩高条件下的经济指标，结果如表1所示。

表1 不同墩高条件下上部结构形式造价指标

从表1数据可以看出，如果桥梁平均墩高在35～40 m范围内，则其上部结构形式以40 m连续T梁为宜；如果桥梁平均墩高在25～35 m范围内，则其上部结构形式以30 m连续T梁为宜；如果桥梁平均墩高在18～25 m范围内，则其上部结构形式以25 m简支T梁位移；如果桥梁平均墩高在18 m以内，则其上部结构形式以20 m简支箱梁为宜。除此之外，为保证桥梁质量，在墩高超过30 m情况下，其上部结构形式应优先考虑先简支后连续形式。

为更深入的分析和评价墩高对跨度带来的影响，以现有的研究成果为依据可获得墩高和造价之间的关系，即：当桥梁墩高在35～50 m范围内时，与30 m跨径相比，40 m跨径的造价较低，同时能有效缩短工期，基于此，在35～50 m的墩高条件下，以40 m跨径为宜，应优先考虑；当桥梁墩高在30～35 m范围内时，需根据桥梁所在位置的地形地势、长度与跨越要求等确定适宜的跨径；当桥梁墩高在15～30 m范围内时，与40 m跨径相比，30 m跨径的造价较低，而且采用40 m跨径难免增加运输难度，不利于施工效率、安全和进度，故在15～30 m的墩高条件下，以30 m跨径为宜；当桥梁墩高在20 m以内时，与30 m跨径相比，20 m跨径的造价较低，而且采用20 m跨径时能方便运输与安装，结构还有较大的刚度，能有效缩短工期，减小吊装重量，保证整体结构的简洁性与美观性，故在这一墩高条件下以20 m跨径为宜。

3 实例分析

某山区高速公路桥梁的桥址为水库大坝以下1 km处，桥梁高度在7～15 m范围内，对其上部结构进行设计的过程中，提出了如下两套方案。

方案一：小箱梁+现浇梁，从水库和匝道上跨越的部分采用连续现浇箱梁，其它桥跨均为小箱梁。从水库干渠跨越时，为尽可能减小阻水的面积，在设计过程中采用独柱墩，其它桥墩则为双柱墩。

方案二，空心板+现浇梁，从水库和匝道上跨越的部分采用连续现浇箱梁，其它桥跨均为空心板，从水库干渠跨越时，为尽可能减小阻水的面积，在设计过程中采用独柱墩，其它桥墩则为双柱墩。

对于以上两套方案，在美观性方面，方案一的跨径相对较大，无明显柱林现象，美观性良好，而方案二跨径较小，有明显的柱林现象，美观性不足；在舒适性方面，两套方案的结构均连续，有良好舒适性；在经济性方面，方案二稍低于方案一。通过综合对比，以方案一为推荐方案，且经实践，验证了这一上部结构设计方案的合理性与可行性，在上部结构设计中所采用的方法及原则值得类似桥梁工程参考借鉴，从而不断提高山区高速公路桥梁上部结构设计技术水平。