浅谈公路中小跨径桥梁方案设计

周金霞

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

桥梁方案设计是桥梁设计时设计者对桥梁总体方案构思的过程，也是设计者创意的起点。方案设计融入了设计者对桥梁力学、结构、美学、造价以及施工方案、建设条件的总体考虑，也融入了设计者对桥梁的理解和阐述。好的方案设计往往造就独特的、与众不同的桥梁建筑。因此，桥梁方案设计值得引起每个桥梁设计人员的重视和关注。

中小跨径桥梁在公路桥梁中占的比例很大，一般采用通用性强的结构形式。如何做好小跨径桥梁的方案设计，使其显示出不同于一般桥梁的特有品质，笔者结合多年从事公路桥梁设计的心得和体会，提出以下一些想法，供同行们参考。

统一性和灵活性是在公路中小跨径桥梁方案设计中应着重考虑和把握的原则。所谓统一性，是指设计者在同一座桥梁的各个部分或同一路段的多座桥梁进行方案设计时，针对桥梁的某些特性进行统一掌控，形成共性，如桥梁的安全度、耐久性、美学特点、施工方案等。统一性的把控，一方面可以通过严格执行设计规范得到体现；另一方面，设计者应该结合桥梁的特点，在桥梁的结构选型、安全储备控制、施工方案选择等方面尽量考虑相同或相近，便于施工单位和业主施工管理和质量控制。所谓灵活性，是指设计者在考虑设计方案时，应根据桥梁的地形、地质、水文条件、路线线形等因素灵活处理，避开不利于桥梁建设和使用的因素，赋予桥梁更好的性能和使用效果。

统一性要求在桥梁的结构选型方面主要体现在同一施工合同段的桥梁尽量选用相同或相似的跨径、结构类型，便于桥梁在施工中模板和施工设备、机具的周转利用，降低生产成本，同时也便于施工场地的统一安排和施工质量的统一控制。

统一性要求在安全度方面表现在同一座桥梁各个部件应该具有相近的安全储备，还表现在同一路段每座桥梁安全储备的统一以及每个设计者对设计安全度掌控程度的统一，这样做可以使同一座桥梁的各个部件和同一路段每座桥梁都能承担相近的车辆荷载，避免由于某个构件或某座桥梁承载能力较低使整座桥或整条道路的通过能力受到制约，形成明显的短板效应。设计人员在使用标准图或通用图时，应尽量采用同一套图集及配套的设计图纸，便于安全度的统一把控。目前使用的部颁通用设计图中，既包含全预应力的装配式预应力混凝土连续T梁，也有部分预应力的装配式预应力混凝土连续小箱梁，在同一座桥梁或同一路段的不同桥梁设计时，一定要注意避免两种结构的混用造成桥梁在安全储备上的差异。再如日常设计中，设计者往往在桩长计算的结果上再增加一定的安全长度，由于每个设计者取值的习惯不同，造成不同桥梁桩基长度的安全储备不一致，形成结构安全度的差异。因此，在方案设计阶段，对安全度的统一性要求是非常必要的。

灵活性是在方案设计阶段应该掌握的另一个要素，灵活的桥梁设计方案，不仅可以更好地适应地形、地质以及路线线形，还可以形成更好的景观特色，降低设计和施工的难度。在中小跨径桥梁方案设计时，灵活性往往表现在布跨分联、结构形式和施工方案确定等方面。

为更好地说明灵活性在方案设计中的重要性，笔者选择两座桥梁的方案设计进行介绍。

1 兴县蔚汾河桥

图1 兴县蔚汾河桥平面布置（单位：cm）

兴县蔚汾河桥位于山西省兴县县城附近，连接县城蔚汾北路和省道忻黑线，是兴县县城和外界交通的重要通道。桥位处蔚汾河河道宽约82 m，两岸为新修的混凝土堤坝，河道规整。该处河道较为狭窄，洪水较大时易溢出河道，历史上曾出现过县城受淹的情况。

1.1 该桥方案设计阶段，主要考虑因素

a）该桥投资规模较小，施工单位实力较弱，应选择施工简单、方便的设计方案。

b）该桥连接县城蔚汾北路和忻黑线，桥梁两端应考虑加宽以便于车辆转弯。

c）河道狭窄，除桥墩外，不宜再压占河道。由于桥位处河道宽仅为82 m，若采用4-20 m或5-16 m布孔方案，桥台位置正好位于堤坝处，不仅需要破坏现有堤坝，台前护坡还会严重压占河道。通过对3个因素的综合考虑，最终采用了（14+3×20+14）m布孔方案，中间3×20 m采用装配式连续梁，两端采用跨径14 m的现浇钢筋混凝土变宽简支箱梁（见图1）。

1.2 该方案优点

a）装配式连续梁施工方便、简单，质量容易把握，可在枯水期利用现有河道进行预制。

b）桥台采用柱式桥台，位置位于河道两侧堤坝后，由堤坝承担台后土压力，不设台前护坡，避免挤占河道。

c）现浇钢筋混凝土简支箱梁施工简单，对技术水平要求不高，便于加宽满足车辆转弯需要。该方案灵活采用了装配式连续梁与现浇钢筋混凝土变宽简支箱梁组合的设计方案，同时满足了三方面的要求，经济性也很好，收到事半功倍的效果。

2 坪头互通连接线跨线桥

图2 坪头互通连接线跨线桥桥型布置(单位：m)

坪头互通连接线跨线桥位于临县至离石高速公路坪头互通附近，桥梁跨越临离高速公路和沟谷，桥梁位置位于S形平曲线上，桥梁两端平曲线曲率半径较小。

该桥兼顾跨越高速公路和山间沟谷，且地形变化很大。为方便施工，本桥在方案设计阶段统一考虑采用装配式预应力混凝土小箱梁上部结构。按照常规布跨习惯，该桥采用8×30 m，按两联进行布跨是比较稳妥的，除4号墩处开挖较大外，其余各墩施工均非常方便，不需进行大的开挖。但这样布跨会产生几个问题，一是上部结构采用先简支后连续施工方式，受桥梁两端小半径平曲线影响，1号、7号墩顶处纵向湿接头张口呈梯形，两侧张口相差很大，不利于纵向湿接头的有效连接，同时因施工需要，1号、7号桥墩盖梁必须采用足够的宽度，以满足主梁临时支座布置，造成很大浪费；二是前后两联端部均位于小半径平曲线内，受车辆行驶径向力的作用，可能造成主梁上部整体横向推移。因此，经过认真考虑，我们采用了（25+3×30+3×30+25）m的跨径组合，桥梁前后两端各采用了一孔25 m简支跨、中间部分采用两联3×30 m的布跨方式（见图2）。这样布跨的好处在于：a）小半径平曲线内采用简支布跨，避免了1号、7号墩顶处湿接头施工难度大和不能保证湿接头有效连接的弊病；b）小半径平曲线行车产生的径向水平力仅由简支跨承担，不会影响其他各跨；c）桥梁长度缩短了10 m，降低了造价。由于25 m简支跨采用和30 m跨相同的断面形式和梁高，施工时可采用相同的模板，不会给施工带来额外的投入。

通过以上两个实例我们可以体会到，在方案设计阶段采用灵活的布跨方式，不仅可以使桥梁方案与路线线形、地形、地质情况更加符合，还可以从根本上避免施工中可能出现的困难，使桥梁在后期运营时的结构受力更加合理。

统一性和灵活性是我们在桥梁方案设计阶段需要把握的两个重要因素，统一性要求我们在桥梁方案设计时有整体的概念，不能顾此失彼；灵活性则要求我们在方案设计时要顾及每一座桥的具体特点，在满足统一性要求、不违背力学基本原则的前提下灵活处理问题，使桥梁结构更加合理，经济性更好，功能更加完善。两者相辅相成，互不矛盾。

方案设计是桥梁设计的核心，是设计者对项目进行总体思考的过程。不仅需要具备扎实的理论功底，也要求设计者具有灵活处理问题的能力。中小跨径桥梁作为公路桥梁中数量最大的部分，上部结构采用标准化设计和通用设计较多，但每一座桥梁所处的位置不同，地形、地质条件千差万别，各有特点，不可能用统一的模式进行设计。这就要求设计者必须仔细研究每座桥梁的具体情况，方案设计阶段既把握统一性的原则，又能根据各自的具体情况采取不同的思路，将自己的理念融入每一座桥梁的设计中。只有这样，才能造就出为人称道的设计作品。