铁索桥改公路桥项目中桥梁设计要点分析

何弘、范安军

（四川公路工程咨询监理有限公司，四川成都 610000）

0 引言

近年来，四川省农村公路发展成效显著，农村群众出行难问题已基本解决。但受地形、地质条件和经济社会发展基础等影响，部分偏远山区仍然存在依靠铁索桥出行的现象。根据《四川省2021—2023 年农村铁索桥改公路桥专项推进方案》，四川全省现有农村铁索桥788 座，因群众通行需求较大且无适宜绕行路线，故对存在安全隐患的176 座铁索桥合并建设，改为171 座公路桥；对存在安全隐患的30 座铁索桥，因无人通行予以拆除；对安全状况良好且能满足当前交通需求的582 座铁索桥，加强管理和养护，以保障安全通行水平。“铁索桥改公路桥”项目的建设给周围的群众带来了无限希望，对提高当地人民群众安全出行的条件，完善区域路网结构，改善当地现有交通状况，促进地区经济发展，有十分重要的意义[1]。为此，应科学、合理地对改造公路桥进行方案设计，并分析其中的设计要点，从而更好地改善人们的出行效率与质量。

1 主要技术标准

鉴于拟改造的农村铁索桥连接道路大多为村组道路、机耕道等，道路多位于农村边远山区，交通流量小，既有道路等级多为等外公路，因此原则上新建桥梁按《小交通量农村公路工程技术标准》（JTG 2111—2019）中规定的四级公路（Ⅱ类）技术标准执行。

设计速度：15km/h；桥梁主体结构设计使用年限：单孔跨径≥40m 时，不应低于100 年；单孔跨径＜40m时，不应低于50 年；汽车荷载等级：公路-Ⅱ级；桥面净宽：不应小于4.5m；设计洪水频率：单孔跨径≥150m时，为100 年一遇；单孔跨径＜150m 时，为50 年一遇；其他技术标准：按现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）执行。

2 桥位选址原则

桥位选址应按以下几项原则开展：

第一，充分重视桥位的安全性，在受条件限制而选取不利桥位时，必须采取防控措施并进行严格论证，充分重视桥梁的抗灾能力，避让滑坡、断裂带、危岩落石、泥石流等不良地灾路段。

第二，应综合考虑工程造价、施工条件、对周围环境影响等因素做好桥位比选，桥位选取原则上以原老桥位为宜，部分困难地段新建桥位离原桥位不宜超过200m，以便周围群众生产、生活。

第三，选择桥梁位置时，充分考虑当地的地质条件，确保各项资源得到合理分配，桥位布置应与水利、航运、铁路、大型管道、电站、高压电缆、重要通信线路等相关部门做好衔接[2]。

第四，应根据民众出行及农村运输实际需要做好桥头引道路基衔接。

3 桥梁设计

3.1 桥型总体设计原则

第一，采用技术成熟、经济性好、施工便捷的梁板桥，优先选择标准跨径预制梁，尽量采用20m、25m 两种桥跨，其他标准桥跨可选用13m、16m、30m、40m。

第二，跨径适中，尽量减少水中桥墩，同时考虑预制梁的运输、架设条件。

第三，墩位尽量避开主河床，优先采用奇数桥跨，并尽量与河道正交。

第四，适当增加桥梁富余长度，尽量不要压缩河道（河床断面）。

第五，尽量采用等桥跨布设。

3.2 上部结构设计要点

对于该项目中小跨径桥梁（主要指单孔最大跨径≤40m 的桥梁），其上部结构的设计目前以预制拼装为主，主要的上部结构形式有空心板梁、小箱梁和T 梁三种，部分地区采用现浇梁的结构形式[3]。上部结构选型综合比较如表1 所示。

表1 上部结构选型综合比较

综合上述综合比较，该项目桥宽5.5m，若采用T梁，主梁片数较多，湿接缝较窄，吊装施工难度大且工程造价费用高，所以项目优先选用跨径20m 和25m 小箱梁，大型吊装设备进场困难时可选择空心板；针对部分交通条件差、预制梁架设困难的桥位，选择现浇梁，现浇梁优先采用箱形梁，跨径较小时可采用现浇板。

3.3 下部结构设计要点

桥梁下部结构选择应遵循以下原则：

第一，桥墩选型依据主要是桥墩高度、地震烈度（动峰值加速度）。

第二，桥墩选型重点是确保桥墩的稳定性、抗震安全性及抗风险能力。

第三，常用桥墩形式主要有圆柱式桥墩（一般适用高度在40m 以下），空心墩（一般适用高度在40～70m）。

第四，根据《公路工程抗震规范》（JTG B02—2013）第5—7 条，基本地震动峰值加速度大于或等于0.10g 的地区，不应采用独柱式结构设计，应采用双柱式或多柱式桥墩，并应加强横向连接，保证桥墩的延性。下部结构选型比较如表2 所示。

表2 下部结构选型比较表

通过表2 中的选型比较，基于桥墩的稳定性、施工的便捷性、下部结构抗风险能力三个因素综合考虑，该项目推荐采用双（圆）柱墩+双桩的下部结构形式。

根据该项目桥梁宽度（5.5m）和汽车荷载等级，双（圆）柱墩+双桩的下部结构尺寸建议值如表3 所示。

表3 双（圆）柱墩结构尺寸一览表

4 工程实例

4.1 工程概况

拟建桥梁位于乐山市夹江县华头镇，原桥为铁索桥，桥面宽度1.5m，全长60m，上跨稚川溪，桥面铺装为木板。原铁索桥经过多年使用，仅为人行通过，车辆无法通行，道路服务水平无法满足当前通行要求，桥位上游50m 处现有漫水路，汛期无法保证车辆通行且存在较大安全隐患。

4.2 地形地貌及水文

拟建桥梁上跨稚川溪，河道宽约35m，河沟谷深约6.2m，拟建桥位属中丘河谷地貌，所跨河谷呈宽缓“U”字形，地面高程为450～467m，相对高差为17m。桥址横坡较缓，自然坡度5～15°，坡面为坡残积及冲洪积层零星覆盖；纵坡局部较陡，特别是大桩号桥台处，坡度约30°。

4.3 桥位

根据地方的意见，桥位选择在满足《四川省2021—2023 年农村铁索桥改公路桥专项推进方案》要求的同时，立足全县综合交通运输网络的合理布局，实施铁索桥改公路桥，解决铁索桥两岸的交通现状，消除群众的出行安全隐患，进而带领当地群众脱贫致富。通过对桥位地形地质、河槽宽度、水文、建设施工条件等综合研究比较后确定，桥址距离原铁索桥上游约60m位置，如图1 所示。

图1 桥位平面图

4.4 桥跨、桥型

该桥桥梁平面位于直线上，纵断面纵坡为2%，桥梁起止点可接当地公路。考虑桥位地形、地质、水文、河道宽度及施工便捷等因素，应尽量减少水中墩。同时考虑预制梁运输、架设条件，该桥采用3～20m 预应力混凝土（后张）简支小箱梁，桥长68.5m，桥墩采用柱式墩、桩基础，0 号桥台采用重力式桥台、扩大基础，3 号桥台采用柱式台、桩基础。桥型布置如图2所示。

图2 桥型布置图（单位：cm）

4.5 建设成果

在群众眼中，171 座索改桥不仅便利了出行，更是架起了当地人民奔向小康的康庄大道，是平安桥、连心桥、致富桥。夹江县华头镇公路桥已于2022 年建设完成，桥梁建成实景如图3 所示，该桥的建成为当地村民出行安全提供了保障，当地孩子上学和村民上街也不会再因为河流涨水而发愁。

图3 桥梁建成实景

5 结语

从结构抗风险能力、施工难易程度、工程造价费用等考虑，经过综合比选，确定了上部结构优先选用跨径20m 和25m 小箱梁，下部结构推荐采用双（圆）柱墩+双桩的铁索桥改公路桥方案。方案实施后，大幅度提升了当地人民的出行效率，保障了人民出行安全。此外，相关方案比选与要点分析可为类似桥梁设计提供一定的借鉴和参考。