浅谈山区高速公路桥型方案设计__墨水学术,论文发表,发表论文,职

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:206

副标题#e#摘要：结合以往山区高速公路设计经验，介绍山区高速公路项目设计中的桥型方案设计。
　　关键词：桥型方案设计
　　一、概述
　　山区高速公路主要依地形、地质、水文、生态等自然条件为基础，路线多在丘陵、山岭间穿越，地形条件复杂，路线布设受地形制约，平面线形以曲线为主。桥梁构造物较多，受水位控制少，桥位处纵、横断面地形起伏大，在同一座桥中桥墩高度变化大，桥梁建设受施工场地、运输等条件限制较多，在桥型方案的比选上有相当难度和复杂性。
　　二、桥型方案的选择
　　设计中，结合项目特点制定“安全、舒适、经济、美观、有利于环保、便于施工养护”的总原则，最终确定桥梁实施方案。针对于山区复杂的地形条件，应先重点考虑安全、施工难度、地质病害及环境保护等影响因素。
　　1、上部构造型式
　　上部构造型式的选择，应结合沿线地形、地质、水文条件、施工难度等因素，并综合考虑其受力特点和经济性，桥梁结构构件应尽量采用预制化、标准化、系列化和施工机械化，并尽量选择同一跨径桥梁，避免不必要的多样化，反而增加设计和施工难度。结合以往山区高速公路桥梁设计经验，简要介绍一下结构连续空心板、现浇连续箱梁和预制组合箱梁三种桥型的特点和应用情况。
　　1）空心板结构：该结构外形简单、技术成熟，施工方便，安装重量轻，同时具备建筑高度低的特点。对于山区公路桥梁而言，由于空心板结构的桥梁跨径受限制，往往造成跨深沟桥梁高跨比不协调，美观性较差，上部构造难以与路线小半径、大超高线形符合，同等桥长下梁板预制片数较多。结构连续的空心板结构，墩顶现浇段纵向采用普通钢筋连接，连接区域施工空间相对狭小，钢筋连接效果不易控制，施工质量可能给结构安全埋下隐患，另外山区桥梁一般净空无严格限制，同时路线平面半径较小，超高缓和路段不可避免会出现在桥上，如果选用空心板，架梁时一片梁四个支点不易调平，易造成支座脱空，受力不均匀的情况，因此空心板结构在山区高速公路桥梁设计中采用的情况较少，一般用于地形相对平缓、填土不高的中、小桥及净空受限的通道桥上。
　　2）现浇连续箱梁：现浇箱梁以多跨连续结构为主，箱型截面具有良好的抗弯和抗扭性能，且构造运用较灵活，是连续梁桥的主要型式，现浇箱梁结构体系有普通钢筋混凝土（跨径范围为15～25m）和预应力混凝土（等截面跨径范围为25～60m），钢筋混凝土结构由于施工质量的非均匀性及施工方法的不当，都会导致箱梁出现裂缝和不应有的残余变形，因此在设计时应对施工方法提出明确的要求。基于结构耐久性方面的考虑，应尽量采用预应力混凝土结构。
　　对于现浇箱梁来说，一般采用满堂支架就地现浇施工，该方法需要在连续梁桥的一联各跨搭设支架，一联完成后整联拆除支架，在施工中不存在体系转换，不产生恒载徐变二次矩，但是支架的搭设对山体自然植被破坏严重，支架工程量大，对于跨河桥梁影响河道排洪，支架安全性较难保证。现浇箱梁结构主要应用在桥梁施工受场地限制较大，大型构件的运输极其困难，桥轴线位于小半径的单向曲线或反向曲线上，预制构件难以满足线型变化的需要，现浇梁容易满足路线的线形及超高设置需要，且能保证桥梁与路线的完美结合。
　　3）预制组合箱梁：该结构型式桥型美观，结构受力性能好，行车平顺性良好。无需大量支架，造价较低，后期养护工作量较小，概括的讲就是采用简支梁的施工工艺，可以达到连续梁桥的使用目的。若在桥头路基上预制组合箱梁、采用架桥机安装，将主要施工工作面转移至桥上，可大大减小对沿线环境的影响。
　　当路线的曲线半径较大，单跨桥梁可考虑采取弯桥直做、以桥梁中心交角为准，两端桥台平行布孔；多跨桥梁各墩台呈放射状、各墩台径向布置调整每片梁长，或者调整#p#副标题#e#墩顶现浇段长度，当调整现浇段长度时应注意核对桥墩盖梁的宽度，以保证满足临时支座的设置要求。对于超高缓和段上的桥梁，本项目采取各片梁体采用统一的横坡预制，横向上错台布置，调整横向湿接缝横坡坡度并结合桥面调平层厚度的方法，来满足桥面横坡变化的要求。采用直梁设计，以翼缘板宽度调整平面线形，从而有效减少梁体尺寸种类和施工难度，在一定程度上弥补弯梁桥在受力和施工上的不足，此外可以采取加强横向联系的措施，提高结构的整体性能。该结构型式在中等跨径的桥梁中具有造价省，施工方便的特点，其造价低于现浇连续箱梁，是中等跨径桥梁首选的桥型。
　　组合箱梁桥梁施工方法简单可行，施工质量可靠，实现了桥梁施工的工厂化、标准化和装配化，同时对各种地形的适应性较强，施工周期快，在中等跨径的长桥及高架桥中较广泛采用。在山区高速公路桥梁设计中，路线平曲线半径较大，预制场地选择较方便，无较大超高时的路段，宜优先考虑预制组合箱梁。
　　2、下部构造型式
　　山区高速公路桥梁下部及基础的选择主要取决于上部结构采用的结构型式、山谷河流的形态断面和工程地质等条件，桥梁净空一般不受水文和通航条件的限制，地形、地质条件较平原区复杂。
　　1）桥墩型式：本项目桥梁跨径一般在20～40m之间，墩高小于30米，为了尽可能的标准化和统一化，桥墩型式基本以柱式墩为主。柱式墩一半分为圆柱和方柱，圆柱墩在施工过程中外观质量容易控制，且与桩基衔接方便，方柱墩棱角分明，与上部结构外形协调，较美观，但是方柱墩墩身与桩基之间需要通过承台连接，增加了一部分工程数量，尤其对于山区地形地面横坡较陡，承台增加了开挖工程量的同时，还需要增加开挖面的临时和永久支挡结构，若处理不当容易引起边坡失稳。因此圆柱式桥墩是山区高速公路常采用的桥墩型式；其结构稳定性好，施工方便快捷，桥墩布设灵活性大，可配合不同类型的基础。对于山区高速公路来说，多数桥梁跨越沟谷、溪流且交错并行，斜交角度较大，采用圆柱墩可大大减小桥墩的阻水面积。
　　另外，不同的墩高采用相应的墩柱尺寸，从结构受力和工程造价来说都比较合理，但是针对于山区地形的施工环境，同一座桥梁的墩柱尺寸在相差不大的情况下，应尽量减少墩柱尺寸样式，墩柱保持统一，虽然增加了一部分工作量，但是有效减少了墩柱模板的样式，在一定程度上提高了施工的效率。位于陡坡上的桥墩，由于地形高差大，往往造成同一墩位上的两柱墩高度相差悬殊，墩柱刚度的差异造成下部构造受力不均匀，在内力分析中应充分重视，可考虑采用低位桥墩采用变截面桥墩、高位桥墩适当下挖的方式以尽量减少墩身的刚度差。
　　2）桥台型式：桥台的设计往往受到山区地形的限制，桥台型式的选择直接影响到山体的开挖和台前填土的实施，桥梁布孔时应尽量采用填土高度较低的桥台型式，适当增加桥长，避免大面积开挖桥台处山体和锥坡的不稳定性，位于倾角较大的山体斜坡上的桥台不宜采用台前设有锥坡的桥台类型。因此尽量多采用重力式U型台、柱式台。U型台为适应地形的需要，减少开挖并节约工程量，可将基础和台身做成台阶式。
　　3）基础型式：桥梁基础型式大致分为两种：明挖扩大基础和桩基础，扩大基础一般用在地质条件良好，岩体稳定，基岩埋深浅，地基承载力较高，山体平缓，且基础边缘距坡面有一定安全距离的地方，基础位于岩体上时可考虑将基础做成台阶式；桩基础一般用于基岩埋置较深，地基承载力不高，山体变化较大的地方。山区桥梁所处位置地质陡峭，地形起伏较大，在选择基础时不应单独考虑桥位地基承载力的高低，如按常规设计，当地基承载力较高、基岩埋深较浅时采用扩大基础，而山区桥梁所处位置地势陡峭，往往桥梁墩台处横向地形变化较大，两侧基#p#副标题#e#础埋深相差很大，不但易引起基底受力不均匀，且基础施工工作面大，基坑开挖工程量大，严重破坏山体、植被，造成水土流失和水体污染。由于山体横坡较陡，基坑开挖后高边坡也存在着防护困难、工程量大，边坡稳定性和安全等问题。因此，从施工难易程度、结构安全性、工程造价和环境保护等方面综合考虑，两种基础型式进行经济比较后，择优选取。
　　三、桥梁设计原则
　　桥梁设计应注意技术和经济上的合理性，尽量符合标准跨径，应考虑施工技术能力、运输条件、场地等因素，直接影响桥梁的实用、安全、经济和美观。在设计中，桥梁跨径的选择依据地形和地质情况、水文情况、通航要求、墩高、平面线形、施工难度以及技术经济和美观等因素进行综合考虑。根据以往山区高速公路设计经验，简要介绍一下桥梁布置的一般原则：
　　1、特大桥桥位应做多方案同深度的桥位比选，并以其为控制点，总体上达到与路线走向一致，大、中桥严格服从路线走向布设。
　　2、桥梁跨径大小应注意高跨比的协调，根据桥梁美学原则，高跨比一般应在0.6～1之间，最经济的跨径是上、下部结构总造价最低，当桥墩较高地质条件较差时，宜布置较大跨径，反之当桥墩较低地质较好时宜采用较小的跨径。一般情况下，宜遵照以下原则：最大墩高H≤10m时，选用25m跨径；最大墩高10＜H≤25m时，选用25～30m跨径；最大墩高25＜H≤40m时，选用30～40m跨径；最大墩高H＞40m时，选用40m以上跨径。
　　3、桥梁布孔一般是由墩台的合理位置控制桥梁孔径的布设，根据设计标高结合地面纵、横断资料，找出墩台的合理位置，应避免大面积开挖形成高边坡，增加防护支挡工程。
　　4、桥梁平面布置一般采用等角度布置，当曲线半径加大、桥长较短时也可考虑采用各墩台平行布置，优点是各孔梁长相等，但是由于梁端角度不同，墩、台长度不一致，使设计和施工都相对较麻烦。
　　5、山区地形纵、横向起伏较大，桥台一般均需深入路基挖方路段3～5m，保证桥台基础边缘距山体纵、横向坡面有一定的安全距离，应避免桥台台后填土形成大锥坡，增加大面积防护工程。
　　6、当桥梁纵坡大于3%且桥墩较高时，每联可采用设置墩梁固接。
　　7、同一区段内，桥梁的孔径与式样应力求统一；同一座桥梁，除通航或其他特殊要求外，应尽量采用相同的结构并且等跨。
　　8、尽量减少伸缩缝数量，加大结构连续段长度，从而提高行车的舒适性。
　　四、结语
　　对于山区高速公路而言，因具有曲线、大超高、大纵坡、高墩和长桥等特征的桥型方案设计，有很多方面需要探讨。笔者结合以往山区高速公路设计经验，就山区高速桥梁设计中桥型方案的选择，提出一些设计方法，文中不当之处敬请同行批评指正。
　　参考文献：
　　【1】霍明山区高速公路勘察设计指南人民交通出版社。