山区高速公路桥梁设计简述

摘要：本文对山区高速公路桥梁设计中的梁与路线的关系以及桥位选择等问题进行了简单介绍,并探讨了桥梁的结构设计。

关键词：山区；高速公路；桥梁设计

Abstract: In this paper, the mountainous area highway bridge design of the beam and route and the relationship between the choice is simply introduced, and discusses the design of the structure of the bridge.

Keywords: mountain; Highways; and Bridge design

中图分类号： U412.36+6 文献标识码： A 文章编号：

由于我国经济快速发展，高速公路的地位日益提高，因此加大了其建设力度。虽然我国幅员辽阔，但是多为山地和丘陵，桥梁对于高速公路的建设至关重要。因此，研究桥梁设计对山区高速公路的建设意义重大。

山区高速公路的地形复杂，具有以下特点：①地势高低起伏，变化频繁，而且落差大，横坡陡；②存在煤层、陡崖、滑坡等不良地质。从而约束了平面， 纵面以及横面的路线布设，导致山区高速公路桥梁墩台多，跨度大以及比较弯曲。所以对山区高速公路桥梁进行设计时，必须使地形地质与桥梁各细部构造相协调。

1梁与路线的关系

桥梁作为路线的重要组成部分，具有跨越河流、道路的作用。一般情况，路线的走向决定了桥位，而路线布设的规定又决定了桥梁线形及公路的衔接。

桥梁设计者在设计桥梁，特别是特大桥、大桥时，应对桥位处的水文特征和地质地形有一定了解，对桥型方案进行初步确定; 再密切配合路线组, 然后根据桥梁设计的要求, 对路线方案进行适当调整,最终确定桥型方案。之所以这么做，是因为于特大桥和大桥的设计方案对全线的造价至关重要。

2桥位选择

水文和结构设计都关系到桥位的选择。从水文角度，桥位应选在河槽明显、河道顺直以及河岸稳定的地方。为了保证结构安全，方便通航和排洪，桥轴线应尽量与主流正交；从结构设计角度,桥位宜避开不良地质地段如滑坡、深洞以及活动性断层等。

3桥梁结构设计

3. 1上部结构设计

对于像简支空心板结构和等跨T型梁的桥型, 其结构形式相对简单,依据不同项目的不同特点，参照使用上部结构的标准图。对于中小桥，其结构一般为简支空心板结构，而大桥常往往选用T型梁结构。一般而言, 如果墩桥固结，当温度发生变化时，T型结构会产生很大的内力;对于较高的桥墩,可以选用墩梁固结结构。对于较高的桥墩，连续结构不利于结构的稳定，而且会严重损坏支座，因为墩柱底只要有微小的转角,就会产生很大的墩顶位移。此外，墩梁固结不需设支座, 避免了由于支座更换带来的麻烦。如果桥梁周围地基较差，而且有可能产生不均匀沉降，此时不宜选择墩梁固结和结构连续体系。但是可以选择简支结构。不等跨连续结构边跨与中跨跨径的匹配要十份注意，此时，边跨与中跨跨径的比值在0.55-0.7之间。

3. 2下部结构设计

1)桥墩设计:桥墩的结构多为方柱墩和等截面圆柱墩，而阶形实心柱和变截面空心墩也是高墩常采用的结构。桥墩一般要进行正常使用极限状态和承载能力验算，但除此之外，稳定分析也是高墩需要进行的重要的分析，其方法主要包括能量法、位移法、静力法以及有限元法等。而有限元法分析比较合适，因为高墩有较大的自重且不可忽略,而且高墩截面多为变截面。

扩大基础和桩基础是桥梁常采用的桥墩基础。对于扩大基础，既要对其进行承载验算,又要使偏心距控制在合理范围内, 保证应力分布的均匀性。常用的桩基础包括摩擦桩、嵌岩桩以及柱承桩等三类。摩擦桩要进行承载力验算,此外由于沉降影响超静定结构的内力，因此还要计算沉降量，以获得由沉降引起的荷载效应。因为设计柱桩及嵌岩目的主要是对桩基进入基岩的深度进行控制, 所以为了确定桩基的入土深度，要考承载力、岩层的倾向、完整性是否处于岩溶地带等多方面因素。

2) 桥台设计:常用桥台形式有柱式台、薄壁式台、扶壁式台、重力式U台以及肋型埋置式台等。

由于柱式台与薄壁式台的基础多为单排桩基或扩基,而且台后土压力较大,且其因此,导致这两类桥台高度不宜过高。虽然扶壁式台承受较大的台后土压力,需要较多的配筋量，导致造价较高, 但可减少桥梁的长度, 可根据实际情况决定是否采用。

由于重力式U台对地基地质要求较高, 除了对地基承载力和台身强度进行验算外, 还要避免由于基础处于不同土层，导致出现不均匀沉降的现象。重力式U型桥台可应用在天然地质较好的山区桥梁, 但在地震活动区且地形陡峭的地段，应尽量少用U台。

肋型埋置式台的优点是其部分台后土压力可被台前土压力抵消,如果桥台台后填土较高，可采用肋型埋置式台。其缺点是其锥坡占用桥孔, 增加桥梁长度,从而大大提高了桥梁总造价。

为了改善扶壁式台、柱式台以及薄壁式台的受力状况，可在台前对其反压护道进行设置。

4工程实践

某大桥桥位地处某高原中部山区，受构造剥蚀影响强烈。桥位区地势起伏较大，海拔高程在1700m-2470m之间，相对高差700余米。桥位斜跨一山间较平坦谷部，地形变化较大，桥位高程介于1763m-1825m，相对高差62m，属构造剥蚀中山地貌。

桥区地处于一级构造单元扬子准地台黔北台隆六盘水断陷普安旋扭构造变形区亦资孔向斜的西翼边缘地带, 构造影响强烈。桥位右侧500m以外玄武岩与灰岩接触处有一区域性逆断层，长约5.7km，受其影响，桥位沟谷处发育一次生正断层F1，倾向东，倾角80°。

场地岩性组合复杂，变化较大，整体稳定。F1断层破碎带较窄，其在K181+ 810处与桥位斜交通过。在K181+500~K181+780地段存在滑坡、崩塌体、塌陷，其最大深度未超过21.80 m; 埋深浅，规模小，易于治理，深部岩石完整，连续。

4. 1设计要点

上部构造：本桥上部构造14m-40m预应力混凝土简支T型梁，桥梁全长为左幅 583.0108m、右幅573.997m，起、终点桩号分别为左幅ZK181+541.0937和ZK182+124.1045，右幅YK181+535.421和YK182+109.418，桥梁平面处于直线段、缓和曲线和圆曲线上，平曲线要素为：ZH=K181+541.289，HY=K181+729.289，QZ= K182+151.25，R=663m，A=353.050m，Ls=188m，T=749.677m，L=1219.922m。本桥处于竖曲线上,变坡点桩号为K181+900,变坡点点高程为1814.237，竖曲线要素为:R=29850.024m,T=238.789m，E=0.955m,i1=2.0% ,i2=3.6%。为适应路线曲线要求,本桥右幅除桥台外整体外平移15cm,各跨T梁在墩、台帽上呈折线布置，左右幅桥梁跨径以桥内侧控制。设计时边、中梁肋、中梁行车道板,边梁内侧翼板及左幅左侧边梁的外侧翼板设计为直线,通过调整边梁外侧翼缘板宽度满足平曲线要求,同时按平曲线型预埋防撞护栏钢筋。本桥上部构造为简支结构,全桥按3+3+4+4跨分为四联,伸缩缝设在两岸台口及3,6,10墩顶处,其余墩顶采用桥面连续。

上部构造 T 梁设计要点如下:

1) 主梁间距2.50m,预制宽度为1.60m(外梁为1.915m),翼缘板及横隔板间留有0.90m湿接缝。主梁肋厚0.20m-0.50m,马蹄宽0.50m。横隔板连接采用现浇湿接缝形式,以保证梁的整体性。

2) T梁翼缘板的预制横坡与桥面横坡相同,当桥跨处于曲线内时,T梁翼缘板的预制横坡随桥面横坡变化而变化。

3)主梁按部分预应力混凝土A类构件设计。横向分布系数计算采用刚性横梁法,按五片梁计算。

4. 2桥墩及桥台

本桥下部构造为双柱式方柱桥墩 (墩高小于30m), 和(墩高大于30m),钻孔圆柱桩基础对应为D= 220cm(墩高小于30m),D=250cm(墩高大于30m),墩桩之间用承台来连接；由于地质的原因,本桥除镇宁岸桥台桩基和1号、2 号桥墩桩基采用嵌岩桩,其余桥墩桩基及胜境关岸桥台桩基均采用摩擦桩。桥墩设计要点:

1) 桥墩墩帽按双悬臂简支梁计算盖梁内力及墩柱顶竖向反力。

2) 桩顶处设桩基系梁,墩高大于15m时在桩基系梁与墩帽之间增设系梁一道。

3) 墩帽在横桥向设有防止落梁的防振挡块,挡块与梁之间设5cm的缝隙,缝隙间垫4cm 厚的橡胶块。

4)盖梁横坡与路面横坡一致。本桥根据横坡大小设置垫石保证支座水平放置。

5)两岸桥台均为重力式U型桥台,桥台基础镇宁岸为承台桩基。台后填料的内摩擦角不小于40°,压实度要符合有关规范要求。

5结语

山区高速公路桥梁设计必须考虑如何处理梁与路线的关系以及桥位选择等问题,对桥梁方案设计和桥梁下部构造设计中墩、台、基础宜采用的形式应考虑山地的特点才可以达到好的效果。

参考文献:

罗道明.浅议桥梁伸缩缝[J]. 山西建筑, 2005, 31(4):91-92..