山区高速公路常规跨径桥梁上部结构设计问题探讨

　文章编号:１６７３－６０５２(２０１８)０５－００７４－０３　　　　　　ＤＯＩ:１０.１５９９６/ｊ.ｃｎｋｉ.ｂｆｊｔ.２０１８.０５.０２０

山区高速公路常规跨径桥梁上部结构设计问题探讨

齐景伟

(中交远洲交通科技集团有限公司　石家庄市　０５００００)

　　摘　要:随着我国经济建设的发展ꎬ山区高速公路建设日益增多ꎬ山区高速公路常规跨径桥梁的修建也越来越多ꎮ详细阐述了不同跨径、不同墩高对山区高速公路常规跨径桥梁的影响ꎬ并给出了设计实例ꎬ为解决山区高速公路常规跨径桥梁上部结构设计问题提供了技术参考ꎮ　　关键词:山区高速公路ꎻ常规跨径ꎻ桥梁上部结构设计

中图分类号:Ｕ４４３.３　　　　　　文献标识码:Ｂ

１６~４０ｍ预应力混凝土空心板、小箱梁、Ｔ梁ꎬ大于５０ｍ跨径桥梁很少采用ꎮ因此ꎬ为解决山区高速公路常规跨径桥梁问题ꎬ对山区高速公路常规跨径桥很重要的应用价值和现实意义ꎮ１　不同跨径上部结构分析

山区高速公路因受地形、地貌、水文地质条件等影响ꎬ常规桥梁采用十分广泛ꎮ根据已有工程经验ꎬ在８~４０ｍ常规跨径中ꎬ当跨径小于１６ｍ时ꎬ宜采用梁上部结构设计问题进行探讨ꎬ是十分必要的ꎬ具有

　　目前ꎬ山区高速公路采用较多的常规桥梁为

空心板ꎮ跨径超过１６ｍꎬ宜采用Ｔ梁、小箱梁、空心板ꎮ在保证结构性能要求的情况下ꎬ如何做到设计最经济ꎬ显得十分重要ꎮ为研究这三类山区高速公路常规跨径桥梁上部结构ꎬ对不同跨径的上部结构进行经济分析ꎬ结果见表１[１]ꎮ为设计好上部结构ꎬ除了满足经济外ꎬ还要考虑不同上部结构的优点和缺点ꎬ在山区高速公路常规跨径桥梁上部结构设计比选时ꎬ应综合考虑确定ꎮ这三类山区高速公路常规跨径桥梁上部结构的优缺点见表２ꎮ

表１　不同跨径上部结构经济分析结果

跨径(ｍ)结构形式混凝土(ｍ/ｍ)

３

２２

４０

１４２.２２１４２.２２１６９０.９２４.２４０.７４Ｔ梁

１０５.０７１０５.０７１５４７.５２１.０６０.５１小箱梁

１１５.２５１１５.２５１３２６.０１８.３４０.５７Ｔ梁

３０

小箱梁８６.９４１５.０７１２６６.８８６.９４０.４２

１１６.９０１１６.９０１２４１.８１４.９４０.５３Ｔ梁

２５

小箱梁８５.０２１３.７０１２０９.２８５.０２０.４０

１２８.２０１２８.２０１１９７.５１１.５６０.５０Ｔ梁

２０小箱梁８８.３５１１.９０１１９０.６８８.３５０.３８

１０４.６２１０４.６２１２５６.４１６.５００.５４空心板

钢筋(ｋｇ/ｍ２)

预应力指标(ｋｇ/ｍ２)经济指标(元/ｍ)

造价比

表２　不同跨径上部结构优点与缺点

结构形式跨径缺点

Ｔ梁

大于２０ｍꎬ小于４０ｍ

桥下视觉效果较差ꎬ建筑高度较高结构连续、施工工艺成熟、预制方便、单孔跨径较大

小箱梁大于２０ｍꎬ小于４０ｍ

吊装重量较大ꎬ对架设设备要求高桥下视觉效果好、结构连续、建筑高度适中、施工工艺成熟、单孔跨径较大、抗扭性能较好、结构刚度大

空心板小于２０ｍ

使用过程中易出现支座脱空、绞缝脱落、梁板漏水等病害

施工工艺成熟ꎬ预制架设方便ꎬ斜度范围广ꎬ建筑高度低

优点

　　结果表明ꎬ从造价看ꎬ对于２０ｍ标准跨ꎬ采用小箱梁上部结构造价最低ꎬ采用空心板造价最高ꎬ因此ꎬ跨径超过２０ｍꎬ从节约造价来说ꎬ不宜采用空心

板上部结构ꎻ对于４０~２０ｍ这一范围内的标准跨ꎬ采用小箱梁上部结构造价最低ꎬ可优先考虑推荐为上部结构ꎮ小箱梁、空心板、Ｔ梁都有自己的优缺

２０１８年　第５期　　　　　　　　　齐景伟:山区高速公路常规跨径桥梁上部结构设计问题探讨—７５—

点ꎬ应结合山区高速公路桥位地质、水文、地形、地貌、交通运输等条件综合合理选用ꎮ２　不同墩高上部结构分析

山区桥梁地形起伏大ꎬ桥墩变化大ꎬ在选择山区高速公路常规跨径桥梁上部结构时ꎬ还应考虑桥墩

墩高(ｍ)１桥型

２３

结构形式孔数－孔径(ｍ)经济指标(元/ｍ２)

结构形式孔数－孔径(ｍ)经济指标(元/ｍ２)

结构形式孔数－孔径(ｍ)经济指标(元/ｍ)

２

高度的影响ꎮ为分析不同墩高对上部结构的影响ꎬ采用小箱梁、Ｔ梁两种上部结构不同墩高对造价的影响进行分析ꎬ分析采用的双幅１６.５８ｍ桥面、桩长２０ｍꎬ桥长６００ｍꎬ结果见表３[２]ꎮ

表３　不同墩高上部结构分析结果

３５~４０

２５ｍ装配式简支Ｔ梁

３９７０３８４２３７５８

６×(４－２５)

２５~３５

２５ｍ装配式简支Ｔ梁

３６４３３４３６３５３４

１８~２５

２０ｍ装配式简支箱梁

３２０１３１９６３２４０

３０－２０

１０~１８

２０ｍ装备式简支箱梁

２８０８２８２４２８７３

３０ｍ装配式连续Ｔ梁３０ｍ装配式连续Ｔ梁２５ｍ装配式简支Ｔ梁２５ｍ配装简支Ｔ梁

５×(４－３０)６×(４－２５)

４０ｍ装配式连续Ｔ梁４０ｍ装配式连续Ｔ梁３０ｍ装配式连续Ｔ梁２５ｍ连续式简支Ｔ梁

５×(３－４０)５×(４－３０)

４０ｍ时ꎬ宜采用４０ｍ装配式预应力混凝土连续Ｔ

　　结果表明ꎬ当桥梁平均墩高不小于３５ｍ且小于梁ꎻ当桥梁平均墩高不小于２５ｍ且小于３５ｍ时ꎬ宜采用３０ｍ跨装配式预应力混凝土连续Ｔ梁ꎻ当桥梁平均墩高不小于１８ｍ且小于２５ｍ时ꎬ宜采用２５ｍ跨装配式预应力混凝土简支Ｔ梁ꎻ当桥梁平均墩高小于１８ｍ时ꎬ宜采用２０ｍ装配式预应力混凝土简支箱梁ꎻ为提高桥梁整体质量ꎬ当墩高不小于３０ｍ时ꎬ宜采用先简支后连续结构ꎮ

为进一步分析桥梁墩高对跨度的影响ꎬ根据已有研究成果得到桥梁高度与造价的结果ꎬ见图１

[４]

或３０ｍ跨径ꎻ当墩高不小于１５ｍ且不大于３０ｍ时ꎬ３０ｍ跨径比４０ｍ跨径造价低ꎬ并且４０ｍ跨径在山区运输难度大ꎬ吊装重量大ꎬ一般宜采用３０ｍ跨径ꎻ当墩高不大于２０ｍ时ꎬ２０ｍ跨径比３０ｍ跨径造价低ꎬ并且２０ｍ跨径在山区运输和安装容易ꎬ刚度大ꎬ施工工期短ꎬ装重量大ꎬ简洁美观ꎬ一般宜采用２０ｍ跨径ꎮ

３　设计实例

某山区高速公路特大桥位于水库大坝下游约１ｋｍꎬ该水库属中型水库ꎬ库容量１６６５万立方米ꎻ溢洪道最大泄洪量５０ｍ３ꎮ大坝顶宽６ｍꎬ背水面边坡为１∶２ꎬ迎水面边坡为１∶２.５ꎬ迎水面有混凝土铺砌ꎬ有防浪墙ꎬ为土坝ꎬ从现场情况看该坝使用情况良好ꎮ水库排洪干渠为梯形断面ꎬ底宽约１４ｍꎬ顶宽约３４ｍꎬ深约６ｍꎬ土质沟渠ꎻ排洪渠防洪通道顶宽５ｍꎬ水利部门要求防洪通道净空５.０ｍꎬ并不得在干本桥桥高约７~１５ｍꎬ设计采用小箱梁配现浇梁与空心板配现浇梁作比较ꎬ具体方案设计如下:

方案１:桥跨组合为左幅(２５＋２７.２＋１８.８＋２４.３＋２１.３)＋３１×２５＋(２５＋２×３４＋２×２５)＋１５×２５ｍꎻ右幅(２５＋２５＋２１＋２４.３＋２１.３)＋３１×２５＋(２×２５＋２×３４＋２５)＋１５×２５ｍꎮ方案１采用小箱梁配现浇梁的方案ꎬ跨越匝道及四号线、龙王庙水库干渠均采用预应力混凝土现浇连续箱梁ꎬ左右幅错孔布置ꎬ其余桥跨均采用小箱梁ꎬ先简支后结构连续ꎮ跨水库干渠时为尽量减少阻水面积ꎬ设计时渠迎水面布设桥墩ꎬ可在迎水面底部及背水面布设ꎮ

ꎮ

图１　桥梁高度对造价的影响

从图１可以看出ꎬ当墩高大于３５ｍ且小于５０ｍ时ꎬ４０ｍ跨径比３０ｍ跨径造价低ꎬ同时采用４０ｍ跨径会缩短工期ꎬ因此ꎬ在山区高速公路大桥设计时ꎬ宜采用４０ｍ跨径ꎻ当墩高大于３０ｍ且小于３５ｍ时ꎬ应结合桥位地形、桥梁长度及跨越要求等ꎬ选用４０ｍ

—７６—北方交通　　　　　　　　　　　　　　　２０１８年　第５期

表４　方案比较

桥型方案桥长

方案１１４１５.６ｍ

先简支后结构连续小箱梁、预应力混凝土现浇连续箱梁

柱式墩、桩柱式台、肋板台

跨径大ꎬ柱林效果不明显ꎬ美观性好结构连续ꎬ舒适性较好建安费:１１６１８.０万元ꎬ造价稍高推荐

方案２１４１５.６ｍ

先简支后桥面连续空心板、预应力混凝土现浇连续箱梁

柱式墩、桩柱式台、肋板台

跨径小ꎬ柱林效果明显ꎬ美观性较差

桥面连续ꎬ舒适性一般建安费:１１５５１.８万元ꎬ造价稍低比较

将桥墩设计为独柱墩ꎬ墩顶扩头设置双支座ꎬ桥墩承台顺水流向布设ꎮ其余桥墩均采用双柱式墩配桩基础ꎬ０号桥台采用肋板式台ꎬ５６号台采用桩柱式台ꎮ

方案２:桥跨组合为左幅(２５＋２７.２＋１８.８＋２４.３＋２１.３)＋３９×２０＋(２０＋２×３４＋２５＋２０)＋１９×２０ｍꎻ右幅(２５＋２５＋２１＋２４.３＋２１.３)＋３９×２０＋(２０＋２５＋２×３４＋２０)＋１９×２０ｍꎮ方案２采用空心板配现浇梁的方案ꎬ跨越匝道及四号线、龙王庙水库干渠均采用预应力混凝土现浇连续箱梁ꎬ左右幅错孔布置ꎬ其余桥跨均采用小箱梁ꎬ先简支后结构连续ꎮ跨龙王庙水库干渠时为尽量减少阻水面积ꎬ设计时将桥墩设计为独柱墩ꎬ墩顶扩头设置双支座ꎬ桥墩承台顺水流向布设ꎮ其余桥墩均采用双柱式墩配桩基础ꎬ０号桥台采用肋板式台ꎬ６７号台采用桩柱式台ꎮ最终设计结果见表４ꎮ４　结语

山区高速公路设计应考虑桥位的水文、地质、造价、通航、施工条件、施工场地布置、材料运输、征地拆迁、环境保护和景观协调等因素ꎬ优先选用技术成熟、经济、施工方便、装配化、标准化的常规桥型ꎮ山区高速公路常规跨径桥梁上部结构设计应综合考虑地质、地形、施工、环保、景观协调等条件ꎬ结合经济指标比较ꎬ应弄清楚不同跨径、不同墩高对桥梁上部

上部构造结构形式

下部构造结构形式

美观性舒适性经济性综合比较

结构的影响ꎬ综合考虑不同上部结构形式的优缺点ꎬ才能选出最有价值的推荐方案ꎮ

参考文献

[１]　矫旭飞ꎬ李涛ꎬ朱烨.山区高速公路桥梁方案选择[Ｊ].山东交

通科技ꎬ２０１４(４):４５－４６.

[２]　上官小荣ꎬ邹玉霞.高速公路常规桥梁设计方案分析[Ｊ].交

通世界ꎬ２０１６(１２):８２－８３.

[３]　黄奶清ꎬ何沛祥ꎬ叶宽友.空间梁格在多格式箱梁中的应用

３４－３６.

[Ｊ].安徽建筑工业学院学报(自然科学版)ꎬ２００９ꎬ１７(１):

[４]　黎立新ꎬ何智勇ꎬ尚峰.山区高速公路常规桥梁选型设计[Ｊ].

公路ꎬ２００５(８):４６－５２.

ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＳｐａｎＢｒｉｄｇｅＳｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｏｕｎｔａｉｎｏｕｓＥｘｐｒｅｓｓｗａｙ

ＱＩＪｉｎｇ￣ｗｅｉ

(ＣｈｉｎａｒｏａｄｓＴｒａｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｒｏｕｐＣｏ.Ｌｔｄ.ꎬＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００００ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎａ’ｓｅｃｏｎｏｍｉｃｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓｅｘｐｒｅｓｓｗａｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇꎬｔｈｅｒｅａｒｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｌｏｎｇ－ｓｐａｎｂｒｉｄｇｅｓｏｆｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓａｒｅａｓａｒｅｂｕｉｌｔ.Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐａｎａｎｄｐｉｅｒｈｅｉｇｈｔｏｎｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｐａｎｂｒｉｄｇｅｏｆｍｏｕｎｔａｉｎｅｘｐｒｅｓｓｗａｙｉｓｅｌａｂｏｒａｔｅｄꎬａｎｄａｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｐａｎｂｒｉｄｇｅｉｎｍｏｕｎｔａｉｎｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ.

ｅｘａｍｐｌｅｉｓｇｉｖｅｎｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｂｌｅｍ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＥｘｐｒｅｓｓｗａｙｉｎｍｏｕｎｔａｉｎａｒｅａꎻＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｐａｎꎻＳｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂｒｉｄｇｅｄｅｓｉｇｎ