山区公路中小跨径桥梁设计研究

吕 浩

杭州市交通规划设计研究院，浙江 杭州 310013

浙江西部山区地形多变，地质条件较为复杂，因此在进行桥梁设计时常采用中小跨径桥梁。但是交通量日益增长，桥梁设计理念不断变更，给桥梁的安全性和适用性带来了很大的考验。桥梁选型及方案的确定对施工及运营而言相当重要，故需要设计人员进行全面考虑，综合各种影响因素确定科学的施工方案。目前由于装配式桥梁具有技术成熟、施工简单、造价较低的优势，在山区中小跨径桥梁中得到了广泛应用。经过研究发现装配式桥梁存在一定的病害，因此在设计时应重视该问题的存在。文章通过对中小跨径桥梁设计中的关键问题进行研究，为该类桥梁的设计提供了理论依据和设计经验[1]。

1 设计原则

设计人员在设计中小跨径桥梁时，应满足安全性、耐久性、经济性的设计原则，还应该考虑地形的变化和高跨比等，这对桥梁的整体质量有较大的影响。

1.1 地质条件影响

设计人员在选择桥梁结构及确定方案时，应考虑桥梁所处位置的地形条件和地貌特征，根据这些因素综合考虑桥梁的布置形式、桥墩桥台的位置、跨径尺寸[2]。设计时应尽量避免出现过大山体开挖，防止山体发生滑坡等地质灾害，导致桥梁的安全性受到威胁。在具体设计时，布局方式应与公路路线的走向相同，并将桥梁作为路线的控制点，还应考虑路线的影响因素[3]。与此同时，路线在布设时也应考虑桥梁的影响因素，二者相辅相成，保证设计方案的合理性。

1.2 高跨比协调

在进行山区中小跨径桥梁设计时，高跨比主要影响桥梁的经济性和美观程度，因此高跨比应与自然环境相协调，选择合理高跨比，使桥梁与环境相适应，提高桥梁的美观度和经济性[4]。

1.3 合理选择结构形式

在进行中小跨径桥梁设计时，多采用装配式结构，因此桥梁应选择标准化、装配化较高的结构形式，通过这种形式可进行质量、进度控制。确定结构形式时应在最大程度上减少对斜交桥梁的使用，特殊地形的桥梁可考虑采用加大跨径、改河改沟的方式[5]。

2 上部结构设计

2.1 结构选型

设计人员在进行中小跨径桥梁上部结构设计时，通常采用装配式，需按照相关规定的设计标准和设计要求来分析施工难易程度，并根据地形变化程度选择空心板结构、小箱梁结构、T梁结构。

2.2 桥跨分联设计

（1）桥梁伸缩缝型号的选择应根据桥跨分联长度来选择，具体伸缩缝型号的选用如表1所示。

表1 伸缩缝型号

（2）连续体系进行分联时应根据桥梁跨径进行，若单孔跨径的设计长度为40m，则桥跨一联的长度不应超过200m；若单孔跨径的设计长度为30m，则桥跨一联的长度不应超过180m；若单孔跨径的设计长度为20m，则桥跨一联的长度不应超过100m。

（3）桥梁上部结构跨径及结构形式的选取应根据平面线形和纵坡等综合因素确定。根据浙江西部山区多个项目的经验，桥梁上部结构形式的选取如表2所示。

表2 上部结构选取表

（4）桥墩高度不同，所选用的上部结构形式同样不尽相同。山区地面起伏大，导致桥墩高度变动幅度大，需要具有针对性地选择合适的上部形式，不同墩高下上部结构形式变化如表3所示。

表3 下部结构选取表

2.3 主梁设计

中小跨径桥梁设计时主梁形式通常采用T梁、小箱梁、空心板，断面形式如图1所示。

图1 主梁横断面

三种主梁形式各有优缺点和适用范围，其中T梁的优点为耐久性和安全性良好、施工和养护简单；其缺点为经济性较差。小箱梁的优点为造价低、抗扭性能良好，适用于软土地区和降低桥头填土的路段；其缺点为工序多、重量大、腹板薄、质量控制难度较大。空心板常存在以下病害：支座脱空、混凝土剥落、铰缝开裂等。当路线半径较小或需要异形布置时，施工尽量采用整体现浇板。

3 下部结构设计

3.1 桥墩设计

设计人员在设计桥墩时，主要考虑的因素有主梁的结构形式、桥墩高度，以及地形条件等。结合设计经验可知，桥墩主要采用的形式有圆柱形和方柱形以及薄壁墩。圆柱墩的特点是施工便捷、施工质量可控，桥墩的受力状况可用过桥墩截面尺寸大小进行控制。桥墩的刚度可以通过增加系梁等方式进行调整或增强。圆柱墩是桥梁设计时最常采用的墩柱形式。当墩高不小于15m的情况下，应设置柱间系梁，其间距可控制在12～15m；当墩高小于7m时，桩间系梁可设可不设。整体桥梁墩柱的截面尺寸尽可能保持一致，为方便施工要求，截面尺寸的形式尽量控制在三种以内。

3.2 桥台设计

设计人员在设计桥台时，需综合考虑施工的地质条件和地形变化，然后确定科学合理的桥台设计方案。山区中小跨径桥梁最常使用的桥台有三种，分别是桩柱式桥台、U形桥台及肋板式桥台。不同桥台类型对应的适用范围如表4所示。

表4 桥台适应范围表

3.3 基础设计

桥梁的基础设计应重点考虑地质条件、地形变化、水文环境等，通过分析以上因素确保桥梁的基础具有较强的稳定性和承载力。

（1）U形桥台基础的覆土层厚度应大于1m，保证强风化层的埋深大于1m；处于陡坡地带时，应进行放坡，前墙和基础应为台阶式，通过实际地形设置支挡结构。

（2）桥梁桩位处纵横向均存在陡坡时，应确保安全坡线的水平距离与基础外缘距离不小于3m。

（3）桥梁位置和高度受洪水影响时，跨径应满足防洪要求。为保证桥墩和桥台不受洪水冲刷，基础顶面应在最大冲刷线以下0.5～1m的位置。

4 结论

文章通过对中小跨径桥梁设计的问题进行分析，主要得出了以下结论。

（1）中小跨径桥梁设计时应遵循适应地形条件、结构高跨比协调、结构形式合理的原则。

（2）桥梁上部结构设计时，主梁通过采用形式为T梁、小箱梁、空心板；桥梁分联设计时，应根据桥梁跨径选择分联长度。

（3）桥梁下部结构设计时，桥墩的选取应综合分析主梁、结构体系、地形条件等的影响；基础设计时应着重考虑地质条件、地形和水文环境的变化。