地方繞城高速公路橋梁設計

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【摘要】參考我國高速公路橋梁設計現(xiàn)狀，針對太原繞城高速公路西北二環(huán)橋梁設計中遇到的具體情況，文章分別從橋梁布設、設計原則、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、涵洞、互通式立交橋及橋梁景觀設計等方面進行分析，介紹橋梁設計中應考慮因素及具體的設計方法，總結(jié)出高速公路橋梁設計的一些經(jīng)驗和意見，供設計人員參考。

【關鍵詞】公路;橋梁;涵洞;景觀;設計

1工程概述

太原繞城高速公路西北二環(huán)路線全長約158．918km，其中西二環(huán)全長99．426km，雙向4車道，設計速度為80km/h。北二環(huán)路線全長60．042km，雙向4/6車道，設計速度為80/100km/h。西二環(huán)設特大橋3159m，3座，大中橋19204m，52座;人行天橋12座，涵洞通道83座，橋隧比例40．46%。北二環(huán)設大中橋8497m，29座;人行天橋8座，涵洞通道181座，橋隧比例38．68%。

2設計原則

對于大跨徑橋梁，采用預應力混凝土連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)等多種方案。在橋位基本確定以后，本著因地制宜，結(jié)合地質(zhì)、水文、施工條件、景觀協(xié)調(diào)等因素綜合比選橋型方案，其主要原則是:(1)橋梁設計應按照安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟和美觀的原則。(2)方案選擇及布設除考慮結(jié)構(gòu)本身的合理性外，還應注重與周圍景觀的協(xié)調(diào)。(3)橋梁必須服從于整體設計，其平、縱面與公路線形相融合。(4)橋梁方案選擇應充分考慮施工場地、施工工藝及工期的要求，避免設計與施工脫節(jié)。(5)橋梁布孔和分聯(lián)時，應充分考慮橋梁下部的剛度協(xié)調(diào)，以期達到最佳受力效果。同時要考慮平面影響，盡量使一聯(lián)處于同一平曲線內(nèi)。聯(lián)長控制在150m以內(nèi)。

3橋梁布設

該項目路線起伏較大，大部分為山脈，地勢高峻，山嶺縱橫，區(qū)內(nèi)相對高差為415m，橋梁布設顯得尤為重要，主要應堅持以下原則:(1)橋梁跨越簸箕狀溝谷時，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，兩幅橋可按不等長布置。(2)本項目大多橋梁布設于平曲線上，其平、縱面必須滿足路線的各項技術(shù)指標。主線橋梁總體布置一般采用墩臺軸線沿曲線徑向布置。(3)橋跨按折線布置時，其邊梁翼緣與路線平曲線的最大矢高小于5cm時可采用護欄調(diào)整，其余均采用加寬和減窄邊梁翼緣的方法進行調(diào)整。(4)當橋梁布置在橫向高差較大的坡面上時，為減少基礎開挖，如采用樁柱結(jié)構(gòu)，樁頂系梁埋置深度按高地面線以下0．5m控制(特殊情況單個樁基可出露地面，露出長度不超過3m進行控制，以減少開挖)，如采用空心墩結(jié)構(gòu)，承臺埋置深度按低地面?zhèn)瘸信_臺底不外露控制。樁基露出部分按自由長度計。

4上部結(jié)構(gòu)設計

橋梁上部結(jié)構(gòu)設計，應結(jié)合橋梁具體情況，綜合考慮其受力特點和經(jīng)濟性。太原繞城高速公路上的橋梁多為彎、坡、斜橋，交通運輸和場地預制等條件較差，上部結(jié)構(gòu)應盡量采用標準化、裝配化設計，施工便利，節(jié)省造價。上部結(jié)構(gòu)的選取原則上采用30m跨徑采用裝配式預應力混凝土簡支和連續(xù)T梁;40m跨徑采用裝配式預應力混凝土簡支和連續(xù)T梁。上部結(jié)構(gòu)應嚴格按照上部計算結(jié)果進行設計，同時應注意區(qū)分不同路基寬度情況下主梁正彎矩鋼束的差異。為加強結(jié)構(gòu)的整體性和提高橋面鋪裝的耐久性，橋面鋪裝鋼筋采用D10帶肋焊接鋼筋。橋面防水材料采用防水粘結(jié)層，粘結(jié)力根據(jù)平面線性、路線縱坡的不同，采用不同指標的防水粘結(jié)層。路線縱坡不大于2．5%，或平曲線半徑不小于3500m時，粘結(jié)強度不小于0．4MPa;路線縱坡大于2．5%，或平曲線半徑小于3500m時，粘結(jié)強度不小于0．6MPa;設計中應同時考慮平面線形超高的影響。橋梁最大連續(xù)長度，先簡支后連續(xù)不宜超過160m;簡支梁橋面連續(xù)不宜超過120m。

5下部結(jié)構(gòu)設計

下部結(jié)構(gòu)的選取主要采用圓柱式墩、等截面薄壁墩、空心墩、柱式臺、肋板臺、重力臺。針對不同跨徑和路基，橋墩高度小于30m，采用柱式墩，根據(jù)橋面寬度采用兩柱或三柱。橋墩高度位于30～50m之間，采用等截面矩形薄壁墩。橋墩高度大于50m，采用等截面矩形空心墩，一座橋中有個別橋墩高度超限時，可就近統(tǒng)一選取橋墩形式。同一標段段內(nèi)大、中橋墩柱直徑不宜多于3種，以便于施工。在設計中應注意橋梁的橫橋向穩(wěn)定性要求，盡可能少采用獨柱墩橋梁結(jié)構(gòu)。橋梁墩臺均設置內(nèi)擋塊。耳墻置于路基內(nèi)側(cè)，耳墻頂面與橋面平齊，以適應防撞墻放置。

6涵洞設計

涵洞結(jié)構(gòu)型式的選擇應符合因地制宜、就地取材、利用地形、方便施工的原則。根據(jù)匯水面積、設計流量、使用性質(zhì)、地質(zhì)情況以及填土高度和地基承載力等條件，一般可選用鋼筋混凝土圓管涵、鋼波紋管涵、鋼筋混凝土蓋板涵及鋼筋混凝土箱涵等。地震動峰值加速度0．15g范圍內(nèi)，一般情況盡量采用鋼筋混凝土蓋板涵。地震動峰值加速度0．20g范圍內(nèi)，一般情況盡量采用鋼筋混凝土箱涵或鋼波紋管涵。軟基路基或地質(zhì)條件較差路段，宜采用鋼筋混凝土箱涵，但是涵頂填土高度宜控制在0．5～6m，盡量按正交布置。涵洞布設應貫徹“以人為本、支援農(nóng)業(yè)”的方針，原則上保持溝渠的自然狀態(tài)，涵洞交角宜順適天然溝渠的走向，不得大面積強行改溝、改渠，增加工程量、占用土地量和協(xié)調(diào)工作量。涵洞布置應依據(jù)準確的涵軸地形縱斷面測量資料、涵身及進出水口地形橫斷面測量資料，合理確定涵底縱坡及涵底標高，涵洞進出水溝應順接天然溝渠。為貫徹環(huán)保設計理念，對土質(zhì)溝渠、排洪涵洞的進出水口外，或排水溝坡度較陡處，適當設置沉砂池或鋪砌工程，減小淤積及沖刷，沉砂池大小應根據(jù)排洪流量合理設置。對于設置于陡坡上的涵洞，根據(jù)涵位條件，可設計為階梯涵、陡坡涵，進口設跌水井，出口設急流槽等構(gòu)造，陡坡涵洞應設計足夠的消能構(gòu)造物，不允許對農(nóng)田、村落造成不利影響。在路基填方高度和排水設施均滿足設置暗涵的條件下，涵洞應采用暗涵。應根據(jù)涵位進出口處的地形、溝形、地質(zhì)條件，宣泄徑流的需要及與路基排水系統(tǒng)的連接等，合理設計涵洞的進出水口型式。一般通道與涵洞宜分別設置。設計流量較小的涵洞可視涵位地形條件、出行頻率，兼作通道使用;設計流量較大、通行頻率較高、山區(qū)主河溝流程較短的涵洞等，不宜設計為涵洞兼作通道。涵洞、通道合并設計時，必須保證暴雨氣象下行人的安全。

7互通式立交區(qū)橋梁設計

對互通式立交區(qū)段橋型方案，施工圖設計階段應根據(jù)建設條件和環(huán)境景觀要求選擇，注意視覺及美觀要求。針對本項目互通主線及匝道橋多、結(jié)構(gòu)復雜的特點，設計前應充分做好與互通設計的協(xié)調(diào)工作，設計時優(yōu)化設計方案，力求互通橋梁型式簡潔，盡量避免橋梁位于變寬或異形區(qū)段內(nèi)及超高漸變段內(nèi)，以簡化設計降低造價。(互通式立交區(qū)內(nèi)跨線橋，有條件時宜盡可能采用預應力混凝土組合箱梁結(jié)構(gòu)，特別是跨越已建成公路的宜采用預制拼裝的上構(gòu)型式，盡量降低對已建成公路的通行影響。在互通式立交區(qū)內(nèi)的匝道橋上部結(jié)構(gòu)不可避免的要采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。跨線橋梁設計時，橋下凈寬應充分考慮發(fā)展的需要，根據(jù)相應發(fā)展規(guī)劃與其主管部門協(xié)商確定。如互通式立交橋、分離式立交設置在主線凹形豎曲線底部，還應滿足橋下公路的視距和對前方信息識別的要求。

8橋梁景觀設計

對公路建設與周圍環(huán)境和自然景觀相協(xié)調(diào)給予極大的重視，使公路建設對周圍環(huán)境和自然景觀的影響減少到最低程度。全線在路基段加強美化、綠化措施，橋梁結(jié)構(gòu)力求美觀，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。由于高速公路在修建階段會對自然地物、地貌、地域產(chǎn)生影響，發(fā)生區(qū)域性根本改變，在通車營運階段后更不能由于路容單調(diào)、溝壑縱橫導致駕駛?cè)藛T和乘客視覺疲勞、倦怠。為此，需將己改變的自然地形、地勢重新納入環(huán)境組景中，在技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的前提下，綜合治理、因地制宜、因物巧借，回復其自然體勢，做到“雖由人作宛自天開”。公路綠化設計首先要服從高等級公路的交通功能，使行車視線通暢。并突出綠地內(nèi)交通標志，以誘導行車安全。綠化設計服從整個道路的總體規(guī)劃要求，和整個道路的綠地相協(xié)調(diào)，根據(jù)不同類型的互通立交特點，路基邊坡剛性防護與生物防護相結(jié)合，在確保穩(wěn)定、安全的前提下，適當綠化美化。綠化美化景觀設計，應結(jié)合當?shù)貧夂蚣碍h(huán)境，運用多種設計手法，突出京昆國家高速公路高品質(zhì)的景觀效果，進行造型設計做到層次分明，自然，協(xié)調(diào)，寓情于景，色彩豐富，一目了然。結(jié)合當?shù)刈匀画h(huán)境、氣候條件、地形、地物、地質(zhì)等的不同情況，以植物為主，發(fā)揮植物的生態(tài)效益，在植物的配置上考慮其功能性與景觀性，在功能上充分考慮高等級公路的特點，提高邊坡的穩(wěn)定性，防止水土流失，保護生態(tài)環(huán)境，美化沿線景觀，滿足公路交通安全及防眩要求。在設計中力爭做到四季常綠，色彩豐富，營造良好的公路生態(tài)系統(tǒng)和行車環(huán)境。公路主干道綠化應充分考慮通視性，形成綠色長廊。樹木、草種選擇適宜當?shù)赝寥篮蜌夂驐l件的優(yōu)良品種，以常青、耐旱、易活、抗病蟲害、樹型較好、易于管理為主要原則。在適地適樹的原則上，既考慮提高公路綠化的檔次，同時考慮到總造價的平衡，力求低投入，高效果，創(chuàng)造最佳、最美的公路景觀。

9結(jié)束語

太原繞城高速公路橋梁的橋梁設計，根據(jù)地形、地質(zhì)、施工、使用等要求，對每座橋梁設計時均分析其具體情況，并結(jié)合全線橋梁情況綜合考慮，合理進行橋梁布設、選擇合理的上下部結(jié)構(gòu)橋型方案，做好橋梁涵洞及橋梁景觀設計，達到橋梁設計的經(jīng)濟、適用、安全、美觀的目標，希望為今后類似高速公路的設計提供參考。

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作者：施藝 單位：中鐵二院華豐公司