橋梁設(shè)計(jì)
中小跨徑公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要：就公路橋梁設(shè)計(jì)中量大面廣的中小跨徑的橋梁設(shè)計(jì)總結(jié)歸納了一下結(jié)構(gòu)選型的原則和常規(guī)的構(gòu)造尺寸，希望能對(duì)橋梁設(shè)計(jì)工作提供一些參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：中小跨;橋梁;設(shè)計(jì);構(gòu)造;尺寸
關(guān)鍵詞：中小跨;橋梁;設(shè)計(jì);構(gòu)造;尺寸
橋梁是交通線路中的重要組成部分。特別是現(xiàn)代高等級(jí)公路的修建中，橋梁建設(shè)往往是左右全線早日通車(chē)的關(guān)鍵。尤其現(xiàn)在高速公路基本已進(jìn)入山嶺區(qū)，這種情況表現(xiàn)更甚。像我省的五臺(tái)至盂縣高速公路橋梁比例為17.68%、造價(jià)占19.38%，我省的西縱高速吉縣至河津高速公路橋梁比例達(dá)到28.5%，造價(jià)占到整個(gè)項(xiàng)目的27.9%。因此好的橋梁設(shè)計(jì)可以保證整個(gè)項(xiàng)目的方便施工，節(jié)約造價(jià)，縮短工期。筆者經(jīng)歷了我省多條高速公路的大中橋設(shè)計(jì)，本文就個(gè)人多年來(lái)的大中橋設(shè)計(jì)工作中的一些認(rèn)識(shí)和感悟整理成文，希望得到同行的指正。
1 橋梁設(shè)計(jì)基本原則
a)橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)遵照“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀和有利環(huán)保”的基本原則，同時(shí)注重結(jié)構(gòu)的耐久性。
b)橋梁總體服從于路線走向和整體設(shè)計(jì)，其平、縱面與公路線形相融合；從橋梁專業(yè)的角度，應(yīng)主動(dòng)配合為路線方案綜合最優(yōu)，提供依據(jù)。
c)抓住項(xiàng)目各路段地質(zhì)、地形特點(diǎn)，合理選擇橋位，綜合比選最優(yōu)方案。
d)方案選擇及孔跨布設(shè)除考慮結(jié)構(gòu)本身的合理性外，還應(yīng)注重各合同段的劃分、方便施工及與周?chē)坝^的協(xié)調(diào)。
e)橋孔分聯(lián)時(shí)，應(yīng)充分考慮橋梁下部的剛度協(xié)調(diào)，達(dá)到最佳受力效果。
f)在地形復(fù)雜，山坡陡峻處的山區(qū)橋梁，布孔時(shí)應(yīng)根據(jù)橋址縱、橫斷面布設(shè)。尤其橫向保證橋梁墩臺(tái)的穩(wěn)定性。
f)橋孔布設(shè)原則上不壓縮河槽。對(duì)于山前擴(kuò)散及變遷河段，橋梁長(zhǎng)度應(yīng)考慮河槽擺動(dòng)的因素，為確保水流及漂浮物順利通過(guò)橋孔，大橋跨徑不宜小于20 m。
g)平原區(qū)橋梁孔跨布設(shè)以水文計(jì)算成果為依據(jù)，并結(jié)合河道的地形、地貌及橋下被交路等情況予以確定。
h)平原區(qū)路基通過(guò)占有農(nóng)田較多，且需大量借方或遠(yuǎn)運(yùn)填料時(shí)，可設(shè)置高架橋通過(guò)，并采用建筑高度較低的結(jié)構(gòu)類型。
i)對(duì)于跨線橋保證凈空5.5 m以上，以保證日后橋下被交公路罩面改造。
2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 結(jié)構(gòu)選型
2.1.1 裝配結(jié)構(gòu)
橋梁上部結(jié)構(gòu)形式及跨徑選取宜根據(jù)地形、地質(zhì)、水文、橋墩高度，選取合適的橋梁方案進(jìn)行比選。原則上采用施工方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制裝配化結(jié)構(gòu)，推廣采用《公路橋梁通用圖》2007年12月版。以裝配式小箱梁、T梁為主，為保證橋梁整體協(xié)調(diào)性，除特殊和復(fù)雜橋梁外，一般橋梁跨徑建議按下述范圍選?。?/div>
墩高H＜10 m時(shí)，選用10～20 m跨徑；
墩高10＜H≤15 m時(shí)，選用20～25 m跨徑；
墩高15＜H≤30 m時(shí)，選用25～30 m跨徑；
墩高30＜H≤60 m時(shí)，選用30～40 m跨徑；
墩高H＞80 m時(shí)，考慮采用剛構(gòu)。
原則上常規(guī)橋梁L=6～10 m采用鋼筋混凝土空心板, L=13～16 m采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，L＝20～35 m采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，L＝30～50 m采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，按傳統(tǒng)的觀念跨徑與墩高的關(guān)系按橋梁美學(xué)原則，一般應(yīng)選擇比值為0.618～1之間，通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，往往也是經(jīng)濟(jì)的。但山區(qū)高速公路地形起伏變化頻繁，交通運(yùn)輸條件差，預(yù)制場(chǎng)地困難，大型起吊設(shè)備難以到位。盡量采用小跨徑結(jié)構(gòu)。
表1為五臺(tái)至盂縣高速公路的代表性孔跨工程造價(jià)表，供估算工程造價(jià)之用?！ ?/div>
2.1.2 現(xiàn)澆連續(xù)梁及常用構(gòu)造尺寸
對(duì)小半徑、平面變寬度、橫向大超高、立面大縱坡線形，平縱橫要求適應(yīng)性強(qiáng)，外觀平順、橋型美觀的橋梁，如處于樞紐、互通匝道和服務(wù)區(qū)段內(nèi)橋梁，一般考慮設(shè)置為現(xiàn)澆橋。
a)原則上跨徑小于20 m箱梁采用普通鋼筋混凝土箱梁，20 m及以上采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。
b)箱梁梁高取1/18～1/20箱梁跨徑，但不得小于1.4 m。20 m跨 h=1.4 m，25 m、30 m跨 h=1.6～1.7 m，35 m跨 h=1.9 m。懸臂端部厚16 cm，懸臂根部高45 cm，頂板厚度25 cm，底板厚度22 cm。獨(dú)柱墩底板加厚到24 cm。
c)彎道（R≤250 m）上的箱梁必須視跨徑長(zhǎng)度、箱梁半徑在箱室內(nèi)設(shè)置1個(gè)或多個(gè)中橫隔板，中橫隔板間距小于等于12 m，橫隔板寬度采用50 cm。
d)設(shè)雙支座支撐時(shí)，端橫梁視中跨大小取80～120 cm，中橫梁視中跨大小取100～150 cm；獨(dú)柱墩中橫梁酌情增大，視中跨大小取130～180 cm。
e)原則上跨徑35 m以上預(yù)應(yīng)力箱梁等寬段腹板取55 cm，邊肋端部變化為75 cm，如果為多室則中肋變化為95 cm。跨徑35 m以下預(yù)應(yīng)力箱梁等寬段取45 cm，邊肋端部變化為65 cm，多室中肋變化為85 cm。變化段長(zhǎng)度為12倍腹板寬度差。多室箱梁取中肋變化值。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁腹板端部設(shè)計(jì)為變寬。
f)主線12.0 m箱梁采用單箱雙室，懸臂2.0 m，箱梁底寬8.0 m。
g)15.5 m寬匝道橋，采用雙幅7.74 m箱梁，單箱單室，懸臂取1.75 m。
h)10.5 m寬匝道橋，采用單幅，單箱雙室，懸臂取1.25 m。
i)8.5 m寬匝道橋，采用單幅，單箱雙室，懸臂取1.25 m。
2.2 平面設(shè)計(jì)
平面設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是處理好上部構(gòu)造與平面曲線半徑的關(guān)系。橋位處平面曲線半徑對(duì)橋梁跨徑的選擇及平面布置影響較大，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面，第一是內(nèi)外弧差，第二是中矢高。墩臺(tái)徑向布置時(shí)，由于曲率半徑的影響，內(nèi)外梁梁長(zhǎng)不等，半徑越小，內(nèi)外梁梁長(zhǎng)差越大。對(duì)于存在體系轉(zhuǎn)換的簡(jiǎn)支變連續(xù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)梁長(zhǎng)變化在±15 cm范圍內(nèi)時(shí)，可采用調(diào)整現(xiàn)澆連續(xù)段長(zhǎng)度的方式布梁，預(yù)制梁長(zhǎng)保持不變；當(dāng)梁長(zhǎng)變化在±50 cm范圍內(nèi)時(shí)，各預(yù)制梁采用變梁長(zhǎng)，現(xiàn)澆連續(xù)段長(zhǎng)度保持不變。
一般中矢高10 cm以內(nèi)，可以通過(guò)調(diào)整護(hù)墻內(nèi)緣使之適應(yīng)平面線形；半徑較小，中矢高大于10 cm時(shí)，邊梁按實(shí)際曲線預(yù)制。但不同半徑外邊梁形狀不一樣，種類多施工較麻煩。另一種是預(yù)制邊梁時(shí)，將邊梁多預(yù)制一段長(zhǎng)度，讓現(xiàn)澆橋面板和防撞墻來(lái)適應(yīng)平面線形。采用該方法材料稍有浪費(fèi)，美觀性稍差，但施工較方便。
3 下部結(jié)構(gòu)
3.1 橋墩
3.1.1 墩高H＜30 m時(shí)采用柱式墩
3.1.2 墩高H＜40 m時(shí)宜采用等截面實(shí)體薄壁墩
3.1.3 墩高H＜50 m時(shí)宜采用等截面空心薄壁墩
橫橋向墩寬500 cm，墩厚取250 cm，壁厚縱橫向可分別取80 cm和60 cm設(shè)計(jì)，1/2墩高處設(shè)水平隔板。
3.1.4 墩高50＜H＜70 m時(shí)宜采用變截面空心薄壁墩
橫橋向墩寬500 cm，縱橋向墩頂寬取250 cm，按50︰1放坡，壁厚縱橫向分別取80 cm和60 cm設(shè)計(jì)，沿墩高每20 m左右間距設(shè)水平隔板。
3.2 橋墩系梁
a)橋墩高度(含蓋梁)超過(guò)9 m時(shí)，考慮在樁頂設(shè)置橫系梁。地震基本烈度大于等于Ⅷ度的地區(qū)，墩高大于7 m樁頂設(shè)置橫系梁。
b)處于橫向陡峭山坡上的橋墩，原則上采用高低墩形式，地系梁的位置處于兩樁頂高差的1/3處，減少系梁開(kāi)挖。
3.3 橋臺(tái)設(shè)計(jì)
3.3.1 柱式橋臺(tái)
原則上應(yīng)用于較平坦地勢(shì)，填土高度h＜5 m。
3.3.2 肋板式橋臺(tái)
原則上應(yīng)用于較平坦地勢(shì)，填土高度h≥5 m。適用范圍較廣，但高度不宜超過(guò)11 m。
3.3.3重力式U型橋臺(tái)
原則上應(yīng)用于地基條件較好的山區(qū)。根據(jù)《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》規(guī)定，U臺(tái)適應(yīng)的填土范圍為4～10 m。U臺(tái)一個(gè)很大的好處就是可根據(jù)地形合理分臺(tái)階以適應(yīng)橫向、縱向陡坡地形，減小開(kāi)挖。
3.3.4 薄壁臺(tái)
平原區(qū)填土高度h≤6.5 m的小橋，可采用薄壁臺(tái)，軟基段宜控制在6.0 m以下?，F(xiàn)運(yùn)營(yíng)的高速路中有些薄壁臺(tái)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別引起注意。
a)臺(tái)身壁厚B取值及臺(tái)身建議配筋見(jiàn)表4。
b)薄壁臺(tái)承臺(tái)尺寸 120(高)×150(寬)。
c)簿壁橋臺(tái)支撐梁 原則上所有的薄壁橋臺(tái)均設(shè)置支撐梁，間距為150～200 cm；支撐梁尺寸b×h=30 cm×40 cm。
d)無(wú)法設(shè)置支撐梁時(shí)，臺(tái)后填土高度控制在5.0 m以下，且樁基直徑增大一級(jí)。
4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
a)一般情況當(dāng)基礎(chǔ)覆蓋層小于5 m時(shí)可考慮設(shè)擴(kuò)大基礎(chǔ)，大于5 m時(shí)采用樁基礎(chǔ)。
b)山嶺重丘區(qū)的橋梁，由于地面坡度較大，為減少基礎(chǔ)工程量、避免深挖基坑帶來(lái)的地質(zhì)病害，基礎(chǔ)型式宜采用樁基礎(chǔ)。
c)基樁按彈性摩擦樁或嵌巖進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有效樁長(zhǎng)不得小于5d（d為樁徑），有效樁長(zhǎng)自最低沖刷線或樁側(cè)土厚度不小于2.5d處起算。
d)摩擦樁的長(zhǎng)度在計(jì)算值的基礎(chǔ)上適當(dāng)延長(zhǎng)3～5 m。嵌巖樁嵌入基巖不小于2d（d為樁徑）。
e)當(dāng)橋梁下伏采空區(qū)埋置較淺時(shí)橋梁樁基應(yīng)穿透采空區(qū)，將樁尖嵌入采空區(qū)底板以下完整、穩(wěn)定的微風(fēng)化的巖層內(nèi)。
f)當(dāng)橋梁下伏巖溶區(qū)且覆蓋層較薄時(shí)，樁基應(yīng)穿過(guò)不穩(wěn)定的巖溶和多層溶洞，將樁尖嵌入完整、穩(wěn)定的微風(fēng)化巖層內(nèi)（樁尖以下5 m內(nèi)無(wú)溶洞，且周?chē)鸁o(wú)巖石破碎現(xiàn)象）。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文從上部、下部和基礎(chǔ)3個(gè)方面論述了橋梁設(shè)計(jì)的一般原則及常用構(gòu)造尺寸。具體橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分把握每座橋梁的特點(diǎn)同時(shí)兼顧造價(jià)、后期維修養(yǎng)護(hù)方便及與周?chē)坝^相協(xié)調(diào)等。橋梁工作者要注意行業(yè)內(nèi)新技術(shù)、新材料、新工藝的推廣采用，設(shè)計(jì)出安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的橋梁。
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