淺談湯屯高速公路橋型方案設(shè)計
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
簡介： 結(jié)合以往山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計經(jīng)驗，來介紹湯口至屯溪高速公路初步設(shè)計中橋型方案設(shè)計。
關(guān)鍵字：高速公路橋型 方案設(shè)計
1 概述
湯口至屯溪高速公路既是國家重點干線天津至汕尾公路的重要組成部分；又是安徽省公路主骨架中的“一縱”，還是連接“兩山一湖（黃山、九華山、太平湖）”旅游的交通要道及“黃山～衢州～南平”與“黃山～千島湖～武夷山”大旅游路線的重要組成部分。
湯口至屯溪高速公路是我省繼銅陵至湯口高速公路后的又一條山區(qū)高速公路，全長56.45公里。本段路線所經(jīng)區(qū)域地形地貌復雜多樣，從起點至田干段，約30公里為山嶺重丘區(qū)，地面高差大；從田干至屯溪為平原微丘區(qū)，地面高差相對較小。全線有特大橋、大橋及高架橋共60座，橋跨在25米至40米之間居多，最大墩高約30余米；橋址處最大縱坡3.9%，最小平曲線半徑410米。全線大部分橋梁跨越溝谷，并與溝谷交錯并行，僅有少數(shù)為跨線橋和跨河橋。
由于本項目路線方案受地形和地質(zhì)、環(huán)境保護以及特殊的旅游需要等因素制約，作為重要組成部分的橋梁其平縱線形受影響較為突出。具有曲線、大縱坡、高墩、長橋等特征的山區(qū)高速公路橋梁，在橋型方案的比選上有相當難度和復雜性。
以下就以往山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計經(jīng)驗，淺析湯口至屯溪高速公路初步設(shè)計中高架橋橋型方案的設(shè)計。
2 橋型方案的比選
一般來說，橋型的選擇應根據(jù)適應、經(jīng)濟、美觀、安全以及設(shè)計施工的難易程度等因素進行綜合分析，以便最終確定橋梁實施方案.對于山區(qū)高速公路而言，還應著重考慮施工難易程度、山區(qū)地質(zhì)病害及環(huán)境保護等影響因素。
2.1 上部構(gòu)造型式
上部構(gòu)造型式的選擇，應結(jié)合沿線地形、地質(zhì)、水文條件、施工難度和環(huán)保要求，并綜合考慮其受力特點和經(jīng)濟性。結(jié)合以往山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計經(jīng)驗，在湯屯高速公路初步設(shè)計中，主要考慮對簡支空心板、先簡支后連續(xù)組合箱梁和現(xiàn)澆連續(xù)箱梁三種結(jié)構(gòu)橋型進行比較。
2.1.1 簡支空心板結(jié)構(gòu)：
此種結(jié)構(gòu)橋型，施工方便，施工技術(shù)成熟；但跨徑小，梁高大；由于橋梁跨徑受限制，往往造成跨深溝橋梁高跨比不協(xié)調(diào)，美觀性差；上部構(gòu)造難以與路線小半徑、大超高線形符合，且高墩數(shù)量增加；橋面伸縮縫多，行駛條件差。因而，在山區(qū)高速公路中，該類橋型一般用于地形相對平緩、填土不高的中、小橋上。
2.1.1 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁：
高速公路橋梁基于運營的整體性、舒適性和耐久性的考慮，往往必須設(shè)計為預應力連續(xù)結(jié)構(gòu)。對于預應力混凝土彎橋，梁在承受豎向彎曲時，由于曲率的影響，必然產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，而這種扭轉(zhuǎn)作用又將導致?lián)锨冃危@種彎扭互相耦合的作用，使得彎橋變形也為彎曲和扭轉(zhuǎn)兩者的迭加，故變形值要比一般直線橋為大。同時由于扭矩作用，彎橋的外梁荷載加重，內(nèi)梁減載，內(nèi)外梁應力產(chǎn)生差別。因此，抗扭能力強的整體式閉合箱梁成為彎橋設(shè)計的首選型式；而且，箱梁頂板和底板都具有較大的面積，能有效地抵抗彎矩，抗扭能力強，受力合理。
對于跨越溝谷、河流的高架橋，尤其是與溝谷、河流斜交或交錯并行的高架橋，為了減小橋墩對水流的影響，往往設(shè)置為獨柱墩的形式。而這種獨柱墩的形式，對于跨線高架橋來說，可減少橫向墩的數(shù)量，加強下部空間的透視度，增加墩的纖細感，加上梁高一致，整個橋梁外型簡潔優(yōu)美，線條流暢，這對整個跨線高架橋是否美觀起著很重要的作用。而就這一點來說，只有采用整體式連續(xù)箱梁的方案才能做到，因為箱形截面抗扭剛度很大，對于需要在其梁底下設(shè)置獨柱單支點的支承形式特別有利。為了提高箱梁的橫向穩(wěn)定性，本項目中，采取將墩頂擴大，設(shè)置雙支座方案，這將大大提高箱梁的整體強度和抗扭能力，增強箱梁的橫向穩(wěn)定性。
在現(xiàn)今橋梁設(shè)計中，橋梁美學已被越來越多的設(shè)計者重視，而人們對美的要求也越來越高，而象湯屯高速公路這樣一條旅游高速公路來說，在橋型選擇時，可較多地考慮橋梁的美觀因素，在保證結(jié)構(gòu)強度需要的同時，盡可能使橋梁具有優(yōu)美的外形，并與周圍的環(huán)境相協(xié)調(diào)。采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，布孔方便、合理；對小半徑、大超高線形平縱橫要求適應性強，外觀平順，橋型美觀，行車平順舒適。
但對于現(xiàn)澆預應力連續(xù)箱梁來說，采用滿堂支架施工，對山體植被破壞嚴重，支架工程量大，對于跨河橋影響通航與排洪，支架安全性較難保證。另外，施工周期長，施工費用高，需要有較大的施工場地，施工管理復雜。因而采用滿堂支架現(xiàn)澆的施工方法，一般用于地形平坦、中等跨徑且墩高不大、橋孔不多的橋梁；或彎曲程度較大的彎橋、變寬橋以及預制場地選擇困難的橋梁。
對于中等跨徑的多孔長橋，采用移動滑模逐孔澆筑箱梁的施工方法，無疑是一種優(yōu)選橋型。由于此法是在橋位上現(xiàn)澆施工，可免去大型運輸和吊裝設(shè)備，使橋梁整體性好；同時它又具有在橋梁預制廠的生產(chǎn)特點，可提高機械設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率。支架工程量小，施工期與河流的干擾較小。但是，對于中等跨徑的橋梁，整體式箱梁橋無論采用何種施工方法，費用都較高，與預制吊裝多梁式組合箱梁相比，處于弱勢。
對于較大跨徑的預應力連續(xù)梁橋，選擇橋型方案時應首選懸臂澆筑的施工方法。它可以不需在河中搭設(shè)支架，施工不影響通航或橋下交通，在跨越深水、山谷、湖泊等處時更能顯示優(yōu)勢。湯屯高速公路初步設(shè)計中，對于跨越通航河道、主河槽較寬的河流及深水水庫的大型橋梁，其推薦的橋型方案多采用此類50米以上跨徑的變截面預應力連續(xù)梁橋。
2.1.3 預制吊裝組合箱梁：
一般來說，預制吊裝多梁式組合箱梁在中等跨徑的橋梁中具有造價省，施工方便的特點，其造價低于整體式箱梁，是中等跨徑橋梁常用的橋型。橋型美觀，結(jié)構(gòu)受力性能好，行車平順性良好。無需大量支架，造價較低，后期養(yǎng)護工作量較小。若在橋頭路基上預制組合箱梁、采用架橋機安裝，將主要施工工作面轉(zhuǎn)移至橋上，可大大減小對沿線環(huán)境的影響。但對于小半徑、大超高的曲線梁橋來說，采用此種橋型，抗扭及梁體受力平衡能力均較整體式箱梁差；且梁體預制較復雜，施工難度大，施工周期長，在受力和施工上都不盡人意。但當彎橋的彎曲程度較小，單跨橋梁采取彎橋直做、以兩端橋臺為控制點；多跨橋梁，各墩臺呈放射狀、向心布置、調(diào)整每片梁長，或者調(diào)整現(xiàn)澆段長度，但應注意調(diào)整現(xiàn)澆段長度時核對蓋梁的寬度，以保證滿足支座的安放。對于橋梁橫坡特別是超高緩和段的橫坡，據(jù)以往項目反映經(jīng)常出現(xiàn)支座懸空的情況，嚴重影響橋梁的營運壽命，本項目采取調(diào)整每端、每側(cè)箱梁腹板高度的辦法，嚴格使其滿足橫坡的需求。采用直梁設(shè)計，以翼緣板寬度調(diào)整平面線形，可減少曲梁的彎扭作用，在一定程度上彌補彎梁橋在受力和施工上的不足，此外可以采取加強橫向聯(lián)系的措施，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。鑒于該類橋型造價低，對地形的適應性較強，施工周期快，在中等跨徑的長橋及高架橋中較廣泛采用。在本項目設(shè)計中，如預制場地選擇較方便，彎橋的彎曲程度較小，無大超高、大縱坡時或跨越溝谷、河流的中等跨徑的橋梁，可考慮采用預制拼裝組合箱梁結(jié)構(gòu)。
2.2 下部構(gòu)造型式
下部構(gòu)造應能滿足上部結(jié)構(gòu)對支承受力的要求，同時在外形上要做到與上部構(gòu)造相互協(xié)調(diào)、布置勻稱。
2.2.1 橋墩形式：
由于本項目橋梁跨徑一般在25～40m之間，墩高在30米以內(nèi)，為了盡可能的標準化和統(tǒng)一化，橋墩形式基本以柱式墩為主。柱式墩是目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩形式；其自重輕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，施工方便、快捷，外觀輕穎美觀，橋墩布設(shè)靈活性大，可適應不同類型的基礎(chǔ)。對于山區(qū)高速公路來說，多數(shù)橋梁跨越溝谷、溪流且交錯并行，斜交角度較大，采用獨柱墩可大大減小橋墩對水流的阻礙，另外，在跨線高架橋中，采用獨柱墩，可使整個橋梁外型簡潔優(yōu)美，線條流暢，促進橋梁與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。而當橋梁跨越深谷不受水流限制時，或橋梁跨越溝谷溪流交角較小且僅有較小的漂流物或輕微的流冰時，采用雙柱墩不失為一種較好的選擇，可提高箱梁的橫向穩(wěn)定性和抗扭剛度，尤其對于曲線半徑較小或大縱坡的橋梁，采用雙柱墩可減小曲率和縱向水平力的影響；另外，采用雙柱墩加蓋梁的形式，廣泛應用與預制拼裝組合箱梁的結(jié)構(gòu)中；而對于寬度較寬的橋梁，采用三柱式或多柱式墩，可適用不同橋?qū)挼淖兓Ｒ蚨x擇何種柱式墩，可結(jié)合具體的橋型，地形和地質(zhì)狀況，技術(shù)經(jīng)濟和美觀等因素綜合考慮。
2.2.2基礎(chǔ)形式：
對于橋梁基礎(chǔ)設(shè)計而言，沿線山嶺區(qū)地質(zhì)條件較好，承載力大，一般可滿足擴大基礎(chǔ)的要求。一般對于地面橫坡小的橋墩基礎(chǔ)，可采用擴大基礎(chǔ)形式；但多數(shù)高架橋跨深溝或位于隧道進出口等地形復雜路段，地面縱橫向坡度較陡，如采用擴大基礎(chǔ)，兩側(cè)基礎(chǔ)埋深相差很大，易引起基底受力不均勻；且基礎(chǔ)施工工作面大，基坑開挖工程量大，嚴重破壞山體、植被，造成水土流失和水體污染，對環(huán)境的破壞相當嚴重；由于山體橫坡較陡，基坑開挖后高邊坡也存在著防護困難、工程量大，邊坡穩(wěn)定性和安全等問題。因此，從施工難易程度、結(jié)構(gòu)安全性、工程造價和環(huán)境保護等方面綜合考慮，靈活采用人工挖孔短樁基礎(chǔ)與擴大基礎(chǔ)相結(jié)合的方式。但水中墩墩位處地面較平坦，基巖埋深較淺，水下不適宜采用挖孔樁，仍采用擴大基礎(chǔ)。對于左右墩柱高差大的橋墩，應保證相同高程處墩柱截面尺寸的一致，其余部分加大截面尺寸，以平衡墩柱剛度差別大給上部構(gòu)造帶來的變形不協(xié)調(diào)影響。如果一聯(lián)內(nèi)既有擴大基礎(chǔ)又有樁基礎(chǔ)，為控制墩臺的不均勻沉降，要求擴大基礎(chǔ)置于強度在弱風化以上的巖石上。對于砂巖基礎(chǔ)遇水后變軟、發(fā)泡、強度降低的情況，墩臺基礎(chǔ)首選樁基礎(chǔ)，但為了更方便的檢驗基底情況，建議施工時采用挖孔樁。
