吉懷高速公路橋梁設(shè)計方案

1、吉懷高速公路橋梁設(shè)計方案概述吉懷高速公路是包頭至茂名國家高速公路的重要組成部分，全長104.836 公里。我院承擔(dān)設(shè)計的是其中鳳凰全懷化段，全長70.096公里。本段路線所 經(jīng)地區(qū)為山嶺重丘區(qū)，地形起伏復(fù)雜，高差相對較大。全線共有特大、大、中 橋70余座，橋梁比例占全線的30%，橋跨在20m至40m居多，最大墩高約60m， 橋梁處最小平曲線半徑為710m，最大縱坡為4%。全線大部分橋梁為跨越溝谷， 或與溝谷并行的高架橋，僅有少數(shù)為跨越較大河流和道路的橋梁。全線所在地 區(qū)地質(zhì)情況相對較簡單，以砂巖為主，僅在靠近懷化附近為石灰?guī)r為主。由于本項目路線受地形、地質(zhì)和環(huán)境保護(hù)等因素的制約，橋梁表現(xiàn)出總長

2、 度大、平曲線半徑小、縱坡大、橋墩較高、高架橋橋梁長度較長等山區(qū)高速公 路橋梁的特點，所以本項目的橋梁設(shè)計是本項目的順利實施的關(guān)鍵技術(shù)之一。橋梁結(jié)構(gòu)體系山區(qū)高速公路，橋梁所占比重大，但一般來講，大跨徑橋梁方案畢竟是少數(shù), 絕大部分還是采用施工方便、造價經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制裝配化結(jié)構(gòu)。大跨徑橋 梁一般是控制因素不同，方案也各不相同，具有較強(qiáng)的個性特征，而標(biāo)準(zhǔn)跨徑 橋梁則更多的是具有共性特征，所以本文重點探討的也是標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化橋梁 的設(shè)計。山區(qū)高速公路橋梁多為長、彎、坡橋，曲線梁橋在彎扭組合作用下，具有 沿某一不動點變形的趨勢，單向行駛的大縱坡長橋在長期反復(fù)的汽車制動力作 用下，梁體具有沿汽車行駛

3、方向滑移的趨勢，如果采用全連續(xù)結(jié)構(gòu)，即上下構(gòu) 之間為橡膠支座連接時，這種滑移趨勢往往造成梁體受力不平衡，支座脫空甚 全破壞，從而導(dǎo)致梁體開裂。因此山區(qū)高速公路橋梁宜采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù) 或墩梁固結(jié)的連續(xù)一剛構(gòu)混合體系，既適應(yīng)平面線形，又適應(yīng)橋梁受力特點。為保證行車舒適，結(jié)構(gòu)耐久，吉懷高速公路橋梁主要采用先簡支后連續(xù)體 系，對于縱坡較大或平曲線半徑較小的橋梁采用墩梁固結(jié)的連續(xù)-鋼構(gòu)體系， 即固結(jié)中間的墩高較高，剛度相差不大的幾個橋墩，而較矮的邊墩則設(shè)置支座。上部構(gòu)造的選擇根據(jù)吉懷高速公路的特點：橋梁比例大、長橋多，且墩高一般在2045m， 45m以上墩高不多，為了減少施工難度，提高施工進(jìn)度，以及

4、考慮到高跨比等 因素，故選擇20m、30m、40m作為橋梁跨徑。20m跨徑對應(yīng)墩高在25m以下的 橋梁，30m跨徑對應(yīng)墩高在25m35m之間的橋梁，40m對應(yīng)墩高在35m以上的 橋梁。這樣可以用較少的跨徑型式來滿足絕大部分橋梁。裝配式橋梁橫斷面型式有空心板、T梁、小箱梁。圖120m跨徑的橋梁數(shù)量不多，且橋長不大，一般是跨越道路或水溝，所在的地 形起伏不大，考慮到空心板經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較T梁、小箱梁有優(yōu)勢；且其建筑高度 最低；并在美觀方面優(yōu)于其他兩種型式，施工相對較簡單，故20m跨徑橋梁上部 構(gòu)造選用空心板。30m、40m跨徑的橋梁數(shù)量最多，且橋長一般都較長。吉懷高速公路為山區(qū)高速公路，其平面曲線半

5、徑較小，大多數(shù)橋梁位于超高 緩和段上，如果選用小箱梁，架梁時一片梁四個支點不易調(diào)平，易造成支座脫空， 受力不均勻的情況；T梁的梁高較高，橫隔板多，整體剛度和抗剪能力較小箱梁 好；且小箱梁的吊裝重量較大，很難滿足山區(qū)交通運(yùn)輸、場地預(yù)制條件均較差，大型機(jī)具進(jìn)入困難的特點；再結(jié)合湖南地區(qū)的習(xí)慣做法，本次設(shè)計采用吊裝重量 小，施工方便，結(jié)構(gòu)剛度大、穩(wěn)定性好的T梁作為30m、40m跨徑橋梁上部構(gòu)造。下部構(gòu)造的選擇本項目橋梁墩高一般在20m至60m之間，為了盡可能的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，墩 高在30m以下，橋墩形式基本以雙柱式墩為主。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、

6、快捷，外觀輕穎美觀，橋 墩布設(shè)靈活性大，可適應(yīng)不同類型的基礎(chǔ)。而當(dāng)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時，采用雙柱墩可提高上部構(gòu) 造的橫向穩(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。對于墩高在30m以上橋墩，我們采用了梁格法分別在30mT梁和40mT梁上對 幾種常見型式橋墩做了比較：矩形空心墩4矩形實墩4鬼柱式圓形墩4截面尺寸4（壁厚 0,.5jt0 +3. 7k 1,. 8m*21D1S0-, D2G0截面面枳4b. 66 ,:2z3.&忒4截面抗彎惜*4.4 mAL.T明.業(yè)孚2x1.49=2 D8

7、mA主筋數(shù)童10028HRB335 鋼筋，96小28HRB蹈S鋼筋2區(qū)長如小38HBE335鋼奧表1.墩高在30-40m的橋墩型式對比從表1可以看出，矩形空心墩在砼用量稍小于矩形實心墩、圓形柱式墩，但 鋼筋用量稍大于矩形實心墩、圓形柱式墩，矩形空心墩截面抗彎剛度大于圓形柱 式墩、矩形實心墩。矩形空心墩施工難度大于矩形實心墩、圓形柱式墩，矩形空 心墩的蓋梁和承臺均大于矩形實心墩、圓形柱式墩。本條高速公路對于3040m 高度橋墩推薦采用雙柱式圓形墩。4矩形空心墩4雙柱式圓形墩姬穴寸（壁厚。.城D200. D240截回囪枳8,.赫F45=8. 90截面抗彎豚晝.磯.TL.m孚2k 1. 57=3.,

8、 14. m1主筋數(shù)量10028HRfi33,5 鋼筋口2k65= 130 申 28HRBS：35 豐腋4從表2可以看出，矩形空心墩在砼用量上小于圓形柱式墩，截面抗彎剛度遠(yuǎn) 大于圓形柱式墩，主筋用量小于圓形墩，但箍筋及分布鋼筋大于圓柱式墩。矩形 空心墩施工難度稍大于圓形墩?？傮w看來，矩形空心墩優(yōu)勢較明顯。本條高速公 路對于45m以上橋墩推薦采用矩形空心墩。山區(qū)高速公路由于縱橫向地形起伏大，地勢陡峭，橋臺應(yīng)基本伸入切方中。 為避免較大面積的開挖山體，造成邊坡失穩(wěn)，從而影響橋臺的穩(wěn)定性，故橋臺一 般采用伸入切方中的柱式臺。只有在縱橫向地形起伏不大，且地質(zhì)情況良好無順 層坡的情況下，才采用重力臺。對

9、于橋梁基礎(chǔ)設(shè)計而言，沿線山嶺區(qū)地質(zhì)條件較好，砂巖承載力較大，一般 可滿足擴(kuò)大基礎(chǔ)的要求。一般對于地面縱橫坡小的橋墩基礎(chǔ)，可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)形 式；但多數(shù)高架橋跨深溝或位于隧道進(jìn)出口等地形復(fù)雜路段，地面縱橫向坡度較 陡，如采用擴(kuò)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(yán)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(dāng)嚴(yán)重；由于山體橫坡較陡，基坑開挖后高邊坡也存在著 防護(hù)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(hù)等方面綜合考慮，靈活采用人工挖孔短樁基礎(chǔ)與擴(kuò) 大基礎(chǔ)相結(jié)合的方式。對于左右墩

10、柱高差大的橋墩，應(yīng)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(kuò)大基礎(chǔ)又有樁基礎(chǔ)，為控制墩臺的不均勻沉 降，要求擴(kuò)大基礎(chǔ)置于強(qiáng)度在中風(fēng)化以上的巖石上。對于砂巖基礎(chǔ)遇水后變軟、 發(fā)泡、強(qiáng)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。橋梁設(shè)計的一般原則5.1山區(qū)高速公路橋梁很多不受水文控制而只受地形控制，因此不宜采用路 基方案而設(shè)置為高架橋，路橋設(shè)置界限問題，一直是難以把握的關(guān)鍵問題，也是 影響公路造價的問題。實際上，對于地質(zhì)情況較好，雖然填方中心高度為30m， 但收斂較快的V

11、型峽谷，且橋隧相連地段，為消化隧道廢方，考慮路基方案可能 比橋梁方案更安全更經(jīng)濟(jì)，因為這樣的地形架橋，場地局促，難度大，縱橫坡陡， 極易引發(fā)邊坡不穩(wěn)。而對于寬而平緩地段，雖然填方高度只是20m左右，但如果 需跨標(biāo)段借方，且運(yùn)距遠(yuǎn)，填方基底還需花大量資金處理的路段，反而考慮橋梁 方案可能更安全更經(jīng)濟(jì)。所以山區(qū)高速公路路橋界限，不能一概而論，對于填土 高度超過20m的路段，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、前后構(gòu)造物、前后路段的廢方量、工 程造價等進(jìn)行綜合比選后決定是否設(shè)置橋梁。5.2在同一標(biāo)段內(nèi)，橋梁的的孔徑與式樣力求統(tǒng)一；在同一座橋梁中，除通 航或其他要求外，應(yīng)盡量采用相同的結(jié)構(gòu)并且等跨；對于跨度不超過30m的簡支 梁橋，其跨度應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)跨度。以達(dá)到方便設(shè)計與施工，取得經(jīng)濟(jì)效益。5.3橋梁孔跨的布置，除滿足橋梁功能及其他條件的要求外，應(yīng)使其總造價 較低（當(dāng)然，對于不同的橋長，應(yīng)結(jié)合路基一同比較）。一般來說，地質(zhì)越差或 下部構(gòu)造投資越大，就越宜采用較大的跨度，以