谈山区高速公路桥梁设计中的桥墩选型

吴佳佳

(山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030012)

山西省境地形地貌变幻多样，山地、丘陵、残塬、台地、谷地、平原等交错分布，而以山地，丘陵为主。在已建成通车的高速公路中，尤以山区高速公路为多。山西省忻州至保德高速公路K168+380处的首沟大桥不可以不说是山区高速公路桥梁中的典型代表。其下部结构桥墩类型包括柱式墩、T形薄壁式桥墩、大跨径门式墩、全幅双柱式大挑臂墩。虽然桥墩种类多种多样，但是设计并不是从一开始就以堆砌桥墩类型为最终目的，而是以实际地形地貌和不改易被交道路的需求来确定的。

1 桥梁概述

忻州—保德高速公路G4标段在里程中心桩号约K168+380处拟建首沟大桥一座，桥梁分为左右幅，左幅起点桩号为K167+916.5，终点桩号为 K168+793.5，桥型方案左幅为29孔30 m装配式预应力混凝土连续箱梁，全长877 m;右幅起点桩号为K167+916.5，终点桩号为K168+843.5，桥型方案为24孔30 m装配式预应力混凝土连续箱梁+8孔25 m装配式预应力混凝土简支箱梁，全长927 m。桥梁右幅后8孔桥面宽度处于变化段(见图1)。

图1 桥梁结构图

2 工程地质

1)地形、地貌。桥址位于保德县窑瓦乡首沟村南，地形起伏较大，地面标高介于1029.60 m～1079.62 m之间，相对高差达50.02 m，该桥两度跨越朱家川河，桥址所处河段的河底较宽阔，宽约 30.0 m ～50.0 m，深约 26.0 m;河底覆盖有)卵石，基底为)灰岩，河谷两侧分别分布有卵石、亚粘土，黄土卵石、亚粘土、砾岩，其下为)灰岩、泥灰岩。河底平常无水，仅在雨季能形成地表径流，并有发生短暂洪水的可能。属剥蚀地貌加河流阶地地貌。

2)岩性特征。根据地调结果，桥址场地在K167+920～K168+060，长140 m，和 K168+750～K168+850，长100 m 地段，表部为(Qm3)马兰黄土，褐黄色，含氧化铁，土质疏松，垂直节理发育，大孔隙，湿陷土层厚度分别为3.50 m～20.50 m。根据该地段的钻孔和探井所取土样的土工试验结果，湿陷系数为0.022～0.086，自重湿陷系数0.015～0.023，按照GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范的有关规定，自重湿陷量计算值分别为77.4 mm和170.6 mm，该土层具有自重湿陷性;湿陷量计算值分别为375 mm和321.9 mm，湿陷等级为Ⅱ级(中等)。

图2 柱式桥墩

图3 T形薄壁墩

3)水文地质条件。勘察期间，各钻孔在勘探深度范围内均未见到地下水。该桥所跨越的朱家川河在桥址所处河段平时无地表径流，但汛期水面宽度可达百余米，水深2.5 m～5.7 m，流速5 m/s～7 m/s，每次洪水延期1 d～3 d;由于该河河水主要由大气降水所致，周围又无工厂对河水进行污染，可不考虑地下水及河水对混凝土的腐蚀性。

4)地基稳定性。桥址地层结构较简单，表部Qm3马兰黄土，土体较疏松，呈硬塑状态，具自重湿陷性，其下为Ql2离石黄土、Nb2卵石、亚粘土、砾岩和OS2灰岩及泥灰岩。除Qm3马兰黄土，工程性质较差，其余各岩土层工程性质较好。总体评价，桥址地基稳定性较好。

图4 大跨径门式墩

图5 全幅双柱大挑臂桥墩

3 桥墩类型选择

1)柱式桥墩。柱式桥墩在山西省内高速公路桥梁中是最为广泛使用的一种桥墩类型。对于地形平缓、跨径30 m以内，桥梁高度在15 m以下的桥墩主要采用双柱或三柱式桥墩。

柱式桥墩受力明确，所用钢筋混凝土少，能减少自重，结构轻盈、美观，且施工方便、施工速度较快。本桥1号～4号墩均采用此种桥墩形式，盖梁高1.5 m，柱径1.6 m，桩径 1.8 m(见图2)。

2)T形薄壁墩。对于跨径为30 m、依傍山体而建、桥梁高度在15 m以上的桥墩，桥墩主要采用T形薄壁墩。如采用柱式墩，由于墩高太高，存在刚度不足、后期耐久性差的缺点，且景观效应不好，容易产生柱林效应。本桥10号～24号高墩等均采用T形薄壁墩，墩盖梁高2.3 m，薄壁宽4.7 m，厚1.8 m。虽然由于修建承台会造成一定程度的土石方开挖，但是桩基受力明确，底部嵌入基岩，与承台形成刚性体，再连接墩身与盖梁，桥梁下部结构总体受力较好。由于采用了嵌岩桩，表层黄土的湿陷性对承台及基础的影响可忽略不计。桥墩分幅设置，上部荷载相对全路幅设计较小，盖梁尺寸亦相对较小，无需做预应力盖梁，同类型桥墩可以同步施工，施工速度较快(见图3)。

3)大跨径门式墩。首沟大桥在第八跨、第九跨处与岢(岚)保(德)线交叉一次。原有岢保线在选线时，由于西南方向是朱家川河，东南方向是陡峭山体，线位只能夹于河岸与山体之间，沿河而建，路基宽度7 m。如果首沟大桥第八跨、第九跨采用T形薄壁墩，桥墩必然挤占岢保线。如果采用双柱桥墩，也无法对原有岢保线进行改线从桥下通过，亦无法布设。经过实地多次踏勘，测绘，最终选用在高速公路设计中较少使用的大跨径门式墩，墩间距18 m，完全满足跨越需要，且到旧路基有一定富余安全距离。墩盖梁采用变截面预应力大盖梁。由于采用预应力钢束，盖梁高度最小处2.3 m，造型轻盈美观。虽然大跨径门式墩施工工艺较其他桥墩复杂，造价也相对较高，但是很好的解决了与地方道路的交叉问题(见图4)。

4)全幅双柱大挑臂桥墩。本桥对于地形变化剧烈，桥梁高度也较高的5号～7号，9号墩，为了减少开挖量，桥墩主要采用全幅双柱式大挑臂墩。墩盖梁高2.7 m，每个墩长2.7 m，厚1.8 m。由于岢保线与首沟大桥交汇处处于沿河弯道，与8号墩相邻的5号～7号，9号墩采用全路幅双柱式大挑臂墩，相较于T形薄壁墩的双幅布设方式，能够在水平方向较少视野遮挡，能够更好的增加岢保线行车视距(见图5)。

4 结语

从首沟大桥的桥墩选型不难看出，桥梁墩柱的选型，应该与高速公路选线、布孔以及与地方道路、所跨越山谷河道交叉作为一个有机综合整体来考虑。在选型的过程中，我们既要考虑经济、适用、安全和方便施工，又要兼顾地方道路的通行顺畅与舒适;既要兼顾标准化、系列化，又要在需要的时候不拘泥于此，另辟蹊径。