浅谈成安渝高速公路桥梁设计
http://wWw.LWlm.CoM1、概 述
成安渝高速公路是四川省高速公路网规划中23个出川通道之一，是四川省和重庆市高速公路网规划中直接连接成渝经济双核的重要通道，对促进成渝经济圈的快速发展，带动沿线区域的经济社会发展有着重要的意义。 本项目路线起于成都绕城高速公路与成洛路交叉点，途经成都市龙泉驿区和资阳市境内的简阳市、乐至县、安岳县，在安岳县忠义乡进入重庆境内，全长251公里。路线所经地带大部分为深切丘陵地带，表现为箱形谷、窄谷的驼脊状或坡状丘陵地貌形态，谷深坡陡，谷底或平坦，或呈“v”形。笔者结合实际设计工作，谈谈对成安渝高速公路山区桥梁设计的一些体会。 2、山区高速公路的特点 山区高速公路主要特点是地形、地质、水文条件复杂。表现为地面高差大、地形变化频繁、冲沟发育、横坡陡直，滑坡、陡崖、断层等不良地质现象普遍存在且变化较快。受此影响，路线布设往往出现较多的平曲线且曲线半径小，路线纵坡大，桥梁比例高，半边桥和高挡墙多的特点。本项目桥梁也相应具有上述特点：斜、弯桥多，高桥墩多，施工场地狭窄，局部路段桥隧交替相连，设计中必须处理好桥梁各细部构造使之更好的适应复杂多变的地形与地质。 3、山区高速公路桥梁的设计原则 山区高速公路桥梁设计的核心问题是因地制宜，拟定合理方案，协调好桥梁与路线、路基、隧道间的相互关系，突出“以人为本、功能优先、与自然和谐统一”的理念。成安渝高速公路桥梁设计有以下几点原则值得推广。 (1)靠山桥梁应尽量减少对原有地形的破坏，避免出现高填深挖，即所谓“不破坏就是最好的保护”，如采用缩短内侧桥梁长度、左右错幅即可实现。 (2)横坡较陡路段，为避免高填方路堤，可适当采用半路半桥，但前提必须保证路基横向边坡的稳定性。 (3)桥涵设置原则上不降低原有河道、沟渠功能，尽量保持原有水系和排灌网络，满足水利配套和农田灌溉要求。 (4)上跨地方道路的桥梁，桥下孔径应满足现状通行及预期通行，为地方持续发展留出空间。 (5)桥梁跨越v形沟谷时，应尽量避免在沟谷中心设置桥墩，为较好的适应地形，降低桥台高度，可选择采用组合跨径布孔方案。 (6)尽量采用预制安装的标准化结构，以便进行工厂化施工管理，提高工程质量、降低工程造价、加快工程进度。 4、桥梁上部结构设计 4.1结构形式的选择 山区高速公路桥隧比例高，造价也随之增加，同时施工条件极为不便。为降低工程造价，加快施工进度，本项目大部分桥梁均为标准跨径、工厂预制、现场拼装的常规桥型。孔径设计结合实地地形，依墩高布孔，按模拟方案进行比选，即采用相同桥长，相同平均墩高，进行上、下部经济性比较。根据比选结论及高跨比的桥梁美学原则，按不同桥梁高度分别采用20m、25m、30m和40m跨径，按照一联桥墩高度尽量相等的原则进行分联。考虑山区桥梁净空一般无严格限制，且美观要求低于平原地区，根据经济性比较结果，本项目20m、25m跨径分别采用先简支后桥面连续组合小箱梁和T梁，30m和40m跨径采用先简支后结构连续T梁，以上结构形式其工艺成熟、运输吊装简便、后期养护费用相对较低，是山区常规桥梁理想的结构形式。 4.2设计中应注意的问题 种跨径按每2m-3m提供一个翼缘板宽度，即可满足施工上的精度要求。 (2)处于超高变化段的斜交桥，以帽梁上任意两点所对应的桥面标高计算出的坡度作为帽梁的实际横坡，保持上部各http://wWw.LWlm.CoM片梁高不变，通过支座垫石和在梁底设置楔形垫块来调整使支座受力平衡，以此实现桥面的超高变化。 (3)大纵坡桥梁在长期的单向汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车前进方向滑移的趋势，如果桥梁上下部之间设支座，上述两种趋势会使桥梁上下部形成相对错动，往往造成梁体相对下部的移动及支座的不平衡受力。为解决此问题，桥梁结构型式宜采用墩梁固结或刚构的型式，以加强结构的纵横向稳定，降低后期运营的维修养护成本。 5、桥梁下部结构设计 5.1桥墩 桥梁下部结构应结合地形、地质情况和跨径、墩高来选择。柱式墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式：其自重轻，结构稳定性好，施工方便、快捷，外观轻盈美观。成安渝高速为了尽可能的实现全线统一，普通常规桥梁均采用双圆柱式桥墩。对于地形横坡陡峻处的桥墩，内外侧柱高悬殊较大，若采用加大较高一侧墩柱直径的方法来调节墩柱刚度，则降低了桥墩的美观性且浪费材料较多，此时可适当的缩小柱间距，使内外侧墩柱的刚度接近一致，也减小了桩顶系梁的开挖量。对于高墩要着重进行稳定性分析，采用连续梁结构或连续刚构桥，各墩的稳定性会受到相邻桥墩的制约，应取全桥或者至少取一联作为分析对象。在抗震设计方面，为防止落梁，装配式桥梁墩、台帽梁两侧设置抗震挡块，并按要求加宽帽梁尺寸，均满足a≥70＋0.5L(a：梁端至帽梁边缘的距离，L：梁的计算跨径)；梁体两侧设置橡胶缓冲装置；并在梁与梁之间、梁与墩台之间设置弹性垫块缓冲设施，并将墩台处的防震挡块尺寸加大；连续梁墩顶设置抗震销钉或限位块以保证结构的抗震稳定性。 5.2桥台 山区公路桥梁桥台一般采用u型桥台、肋板台和柱式台。其中u台最为常见，根据《墩台与基础》规定，u台适应的填土范围为4-10m，所以u台的高度最好控制在10m以内。当桥台处横坡较陡时，为了减少开挖，节约圬工方量，u台及其扩大基础往往根据地形与地质设计成台阶状。柱式台抗推刚度较小，一般在台后填土小于5m，且地形较平缓时采用。肋板台可适应较高的台后填土，但因为山区地形坡度大，锥坡往往不宜设置，使其适用性受到较大限制，因此成安渝高速大部分桥梁均采用了u型桥台。 5.3基础 山区桥梁常见的基础有扩大基础和桩基础两种形式。山区一般地质情况较好，可采用扩大基础。但扩大基础的缺点在于开挖面较大，不利于环境保护；同时由于山区地形纵横向坡度往往较陡，如采用扩大基础，两侧基础埋深相差很大，易引起基底受力不均匀。因此从施工难易程度、结构安全性和环境保护等方面综合考虑，桥墩采用桩基础。对于u型桥台，地基承载力一般均能满足，采用扩大基础，当u台设计成台阶状时，应处理好上下两级台阶的地基，防止u台的两级台阶之间因不均匀沉降出现竖向裂缝；当地质条件较差时，u台可设桩基础。 6、总 结 山区公路桥梁有很多特殊性，与平原地区桥梁相比较有很大区别，总结设计的成功经验以及遇到的重点问题，以便更科学、更经济的进行山区桥梁设计。