橋梁設計
中小跨徑公路橋梁結構設計
摘 要：就公路橋梁設計中量大面廣的中小跨徑的橋梁設計總結歸納了一下結構選型的原則和常規的構造尺寸，希望能對橋梁設計工作提供一些參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：中小跨;橋梁;設計;構造;尺寸
關(guān)鍵詞：中小跨;橋梁;設計;構造;尺寸
橋梁是交通線(xiàn)路中的重要組成部分。特別是現代高等級公路的修建中，橋梁建設往往是左右全線(xiàn)早日通車(chē)的關(guān)鍵。尤其現在高速公路基本已進(jìn)入山嶺區，這種情況表現更甚。像我省的五臺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到28.5%，造價(jià)占到整個(gè)項目的27.9%。因此好的橋梁設計可以保證整個(gè)項目的方便施工，節約造價(jià)，縮短工期。筆者經(jīng)歷了我省多條高速公路的大中橋設計，本文就個(gè)人多年來(lái)的大中橋設計工作中的一些認識和感悟整理成文，希望得到同行的指正。
1 橋梁設計基本原則
a)橋梁設計應遵照“安全、適用、經(jīng)濟、美觀(guān)和有利環(huán)保”的基本原則，同時(shí)注重結構的耐久性。
b)橋梁總體服從于路線(xiàn)走向和整體設計，其平、縱面與公路線(xiàn)形相融合；從橋梁專(zhuān)業(yè)的角度，應主動(dòng)配合為路線(xiàn)方案綜合最優(yōu)，提供依據。
c)抓住項目各路段地質(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除考慮結構本身的合理性外，還應注重各合同段的劃分、方便施工及與周?chē)坝^(guān)的協(xié)調。
e)橋孔分聯(lián)時(shí)，應充分考慮橋梁下部的剛度協(xié)調，達到最佳受力效果。
f)在地形復雜，山坡陡峻處的山區橋梁，布孔時(shí)應根據橋址縱、橫斷面布設。尤其橫向保證橋梁墩臺的穩定性。
f)橋孔布設原則上不壓縮河槽。對于山前擴散及變遷河段，橋梁長(cháng)度應考慮河槽擺動(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)平原區橋梁孔跨布設以水文計算成果為依據，并結合河道的地形、地貌及橋下被交路等情況予以確定。
h)平原區路基通過(guò)占有農田較多，且需大量借方或遠運填料時(shí)，可設置高架橋通過(guò)，并采用建筑高度較低的結構類(lèi)型。
i)對于跨線(xiàn)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 上部結構設計
2.1 結構選型
2.1.1 裝配結構
橋梁上部結構形式及跨徑選取宜根據地形、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)濟的標準化、預制裝配化結構，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)調性，除特殊和復雜橋梁外，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。
原則上常規橋梁L=6～10 m采用鋼筋混凝土空心板, L=13～16 m采用預應力混凝土空心板，L＝20～35 m采用裝配式預應力混凝土小箱梁，L＝30～50 m采用裝配式預應力混凝土T梁，按傳統的觀(guān)念跨徑與墩高的關(guān)系按橋梁美學(xué)原則，一般應選擇比值為0.618～1之間，通過(guò)經(jīng)濟比較，往往也是經(jīng)濟的。但山區高速公路地形起伏變化頻繁，交通運輸條件差，預制場(chǎng)地困難，大型起吊設備難以到位。盡量采用小跨徑結構。
表1為五臺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 現澆連續梁及常用構造尺寸
對小半徑、平面變寬度、橫向大超高、立面大縱坡線(xiàn)形，平縱橫要求適應性強，外觀(guān)平順、橋型美觀(guān)的橋梁，如處于樞紐、互通匝道和服務(wù)區段內橋梁，一般考慮設置為現澆橋。
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及以上采用預應力混凝土箱梁。
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(cháng)度、箱梁半徑在箱室內設置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以上預應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?？鐝?5 m以下預應力箱梁等寬段取45 cm，邊肋端部變化為65 cm，多室中肋變化為85 cm。變化段長(cháng)度為12倍腹板寬度差。多室箱梁取中肋變化值。預應力混凝土箱梁腹板端部設計為變寬。
f)主線(xiàn)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 平面設計
平面設計的主要任務(wù)就是處理好上部構造與平面曲線(xiàn)半徑的關(guān)系。橋位處平面曲線(xiàn)半徑對橋梁跨徑的選擇及平面布置影響較大，主要表現為兩個(gè)方面，第一是內外弧差，第二是中矢高。墩臺徑向布置時(shí)，由于曲率半徑的影響，內外梁梁長(cháng)不等，半徑越小，內外梁梁長(cháng)差越大。對于存在體系轉換的簡(jiǎn)支變連續結構，當梁長(cháng)變化在±15 cm范圍內時(shí)，可采用調整現澆連續段長(cháng)度的方式布梁，預制梁長(cháng)保持不變；當梁長(cháng)變化在±50 cm范圍內時(shí)，各預制梁采用變梁長(cháng)，現澆連續段長(cháng)度保持不變。
一般中矢高10 cm以?xún)?，可以通過(guò)調整護墻內緣使之適應平面線(xiàn)形；半徑較小，中矢高大于10 cm時(shí)，邊梁按實(shí)際曲線(xiàn)預制。但不同半徑外邊梁形狀不一樣，種類(lèi)多施工較麻煩。另一種是預制邊梁時(shí)，將邊梁多預制一段長(cháng)度，讓現澆橋面板和防撞墻來(lái)適應平面線(xiàn)形。采用該方法材料稍有浪費，美觀(guān)性稍差，但施工較方便。
3 下部結構
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設計，1/2墩高處設水平隔板。
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設計，沿墩高每20 m左右間距設水平隔板。
3.2 橋墩系梁
a)橋墩高度(含蓋梁)超過(guò)9 m時(shí)，考慮在樁頂設置橫系梁。地震基本烈度大于等于Ⅷ度的地區，墩高大于7 m樁頂設置橫系梁。
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 橋臺設計
3.3.1 柱式橋臺
原則上應用于較平坦地勢，填土高度h＜5 m。
3.3.2 肋板式橋臺
原則上應用于較平坦地勢，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
原則上應用于地基條件較好的山區。根據《墩臺與基礎》規定，U臺適應的填土范圍為4～10 m。U臺一個(gè)很大的好處就是可根據地形合理分臺階以適應橫向、縱向陡坡地形，減小開(kāi)挖。
3.3.4 薄壁臺
平原區填土高度h≤6.5 m的小橋，可采用薄壁臺，軟基段宜控制在6.0 m以下?，F運營(yíng)的高速路中有些薄壁臺出現開(kāi)裂現象，設計時(shí)應特別引起注意。
a)臺身壁厚B取值及臺身建議配筋見(jiàn)表4。
b)薄壁臺承臺尺寸 120(高)×150(寬)。
c)簿壁橋臺支撐梁 原則上所有的薄壁橋臺均設置支撐梁，間距為150～200 cm；支撐梁尺寸b×h=30 cm×40 cm。
d)無(wú)法設置支撐梁時(shí)，臺后填土高度控制在5.0 m以下，且樁基直徑增大一級。
4 基礎設計
a)一般情況當基礎覆蓋層小于5 m時(shí)可考慮設擴大基礎，大于5 m時(shí)采用樁基礎。
b)山嶺重丘區的橋梁，由于地面坡度較大，為減少基礎工程量、避免深挖基坑帶來(lái)的地質(zhì)病害，基礎型式宜采用樁基礎。
c)基樁按彈性摩擦樁或嵌巖進(jìn)行計算時(shí)，有效樁長(cháng)不得小于5d（d為樁徑），有效樁長(cháng)自最低沖刷線(xiàn)或樁側土厚度不小于2.5d處起算。
d)摩擦樁的長(cháng)度在計算值的基礎上適當延長(cháng)3～5 m。嵌巖樁嵌入基巖不小于2d（d為樁徑）。
e)當橋梁下伏采空區埋置較淺時(shí)橋梁樁基應穿透采空區，將樁尖嵌入采空區底板以下完整、穩定的微風(fēng)化的巖層內。
f)當橋梁下伏巖溶區且覆蓋層較薄時(shí)，樁基應穿過(guò)不穩定的巖溶和多層溶洞，將樁尖嵌入完整、穩定的微風(fēng)化巖層內（樁尖以下5 m內無(wú)溶洞，且周?chē)鸁o(wú)巖石破碎現象）。
5 結束語(yǔ)
本文從上部、下部和基礎3個(gè)方面論述了橋梁設計的一般原則及常用構造尺寸。具體橋梁設計時(shí)應充分把握每座橋梁的特點(diǎn)同時(shí)兼顧造價(jià)、后期維修養護方便及與周?chē)坝^(guān)相協(xié)調等。橋梁工作者要注意行業(yè)內新技術(shù)、新材料、新工藝的推廣采用，設計出安全、適用、經(jīng)濟、美觀(guān)的橋梁。
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