淺談山區(qū)V型溝梁橋設(shè)計(jì)

邢婷婷

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

近年來，隨著中國交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，尤其在西部大開發(fā)的交通建設(shè)中，山區(qū)高等級(jí)公路的興建越來越多，由于地形復(fù)雜，山高坡陡，多采用高墩來跨越河谷和深溝，且各個(gè)橋墩之間的高差也很大。根據(jù)山區(qū)高墩橋梁的一般特點(diǎn)，平、豎曲線的半徑往往比較小，所以一般采用變墩高的曲線橋。由于這種斜、彎、坡、異形等特點(diǎn)，給橋梁的線型設(shè)計(jì)、構(gòu)造處理及防護(hù)和穩(wěn)定性帶來很大困難。本文通過神岢高速公路張家大橋4×40 m先簡支后連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁彎橋的設(shè)計(jì)，以便進(jìn)一步了解在V型溝地形條件下橋梁設(shè)計(jì)中需要注意和采取的有效措施，為以后同類型橋梁設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

1 工程介紹

神池至岢嵐高速公路位于山西省忻州市的西北部，行政區(qū)劃隸屬忻州市神池縣、五寨縣、岢嵐縣。從整體地形地貌上來看，項(xiàng)目區(qū)地處晉西北黃土高原中部，屬于山西西部丘陵山地。走廊帶內(nèi)總體地勢較平坦，以侵蝕黃土溝谷及黃土臺(tái)塬、丘陵相間居多。

本項(xiàng)目起點(diǎn)位于忻州市神池縣東湖鄉(xiāng)西北，利用東湖樞紐（已列入神池至河曲高速公路項(xiàng)目）連接西縱高速公路朔州至神池段、大營至神池、神池至河曲高速公路，終點(diǎn)位于岢嵐縣高家會(huì)鄉(xiāng)西會(huì)村，接西縱高速公路岢嵐至臨縣段、忻保高速公路。全線均位于忻州市境內(nèi)，路線全長63.907 km。張家大橋位于神池至岢嵐高速公路第TJ1合同段K30+640處。

2 張家大橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 地形地質(zhì)

張家大橋位于五寨縣張家村，橋址位于黃土梁峁與沖溝組合地區(qū)，跨越V字形沖溝，地形起伏較大，地面標(biāo)高約1 474.00～1 546.00 m左右。橋址區(qū)地層主要有第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）及上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）粉土、中更新統(tǒng)沖洪積（Q2al+pl）粉質(zhì)黏土。橋址區(qū)未見斷裂構(gòu)造形跡。橋址區(qū)覆蓋層較厚，未揭示巖層節(jié)理裂隙發(fā)育規(guī)律，無不良地質(zhì)現(xiàn)象。橋址區(qū)地下水主要為第四系松散層孔隙水，以大氣降水為主要補(bǔ)給方式，以蒸發(fā)為主要排泄途徑。地下水埋藏較深，勘探深度內(nèi)未揭露穩(wěn)定水位。地下水對(duì)工程影響較小。

2.2 橋型選擇

橋址地處V型溝，兩側(cè)坡體穩(wěn)定性較差，一般設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)邊坡的影響控制到最小。橋墩應(yīng)避免放置在溝底，雨水沖刷較嚴(yán)重，對(duì)下部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)影響較大。若由于實(shí)際情況綜合考慮無法避免，則應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)將承臺(tái)上移，盡量減少對(duì)河道的影響。處于V型溝兩側(cè)邊坡上的橋墩，應(yīng)盡量采用開挖量小的橋墩形式。

張家大橋橋址跨越黃土V字形沖溝，地形起伏較大，自然坡度約為60°左右，表層土為濕陷性黃土，溝底和溝頂高差相對(duì)較大，地質(zhì)情況較差，半徑相對(duì)較小，為縮短工期，減少造價(jià)，綜合比選，選用裝配式T梁結(jié)構(gòu)，全橋采用一聯(lián)4×40 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁，簡支安裝，現(xiàn)澆連續(xù)接頭的先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系。

橋梁全長168 m，前右角90°，墩臺(tái)徑向布置。在橋臺(tái)處采用四氟滑板式橡膠支座，橋墩采用板式橡膠支座；橋臺(tái)采用D-80伸縮縫；橋面鋪裝瀝青瑪蹄脂碎石C50鋼纖維防水混凝土。在瀝青混凝土和鋼纖維防水混凝土之間設(shè)SJC-FⅡ型橋面防水涂料層。橋跨布置見圖1（圖中尺寸單位均以cm計(jì)）。

圖1 橋型布置圖 （單位：cm）

2.3 布梁設(shè)計(jì)

張家大橋位于小半徑曲線上（半徑900 m），墩臺(tái)徑向布置，在進(jìn)行布梁方案設(shè)計(jì)時(shí)，考慮采用偏置設(shè)計(jì)中心線和偏移1/2矢高進(jìn)行布梁兩種方法進(jìn)行比較。因本橋半徑較小，采用偏置設(shè)計(jì)中心線的方法會(huì)導(dǎo)致邊梁翼緣懸臂過長，采用偏置1/2矢高的方法可以有效避免懸臂過長。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以選定一個(gè)臨界半徑，對(duì)于曲線半徑小于臨界半徑的，就直接采用偏置1/2矢高方法進(jìn)行布梁，減小設(shè)計(jì)中布梁的反復(fù)，減少設(shè)計(jì)工作量。偏置1/2矢高布梁后，對(duì)下部結(jié)構(gòu)尺寸及位置會(huì)產(chǎn)生一定變化，設(shè)計(jì)中一定要注意偏置后的影響，避免上下部出現(xiàn)對(duì)立，導(dǎo)致橋梁下部和上部出現(xiàn)偏差。表1為張家大橋偏置1/2矢高后的預(yù)制梁懸臂參數(shù)表，由表1可看出，偏置1/2矢高布梁后，T梁的內(nèi)外懸臂都更接近于標(biāo)準(zhǔn)懸臂長。

在山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中，往往會(huì)遇到平曲線的半徑較小的情況，當(dāng)曲線半徑較小時(shí)，可考慮采用偏移1/2矢高布梁，減少弦弧差，使邊梁內(nèi)外懸臂長度更接近，同時(shí)避免邊梁懸臂過長。而當(dāng)曲線半徑較大，橋跨總長不是很長的情況下則可以考慮平行布梁[1]。

2.4 墩臺(tái)設(shè)計(jì)

在V型溝地形條件下的橋梁多為高墩的彎橋，墩高相差懸殊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長細(xì)比較大[2]，所以橋墩類型的選擇在設(shè)計(jì)中就顯得尤為重要。普通的雙柱式墩橫向抗彎剛度較好，但縱向抗彎剛度和抗扭剛度較差，在墩高較大時(shí)容易在荷載作用下發(fā)生墩柱的失穩(wěn)。而薄壁空心墩其截面橫橋向尺寸較大，在各方向抗彎剛度都比較大，抗扭剛度大，且整體性好。

表1 預(yù)制梁懸臂參數(shù)表

張家大橋0號(hào)橋臺(tái)和4號(hào)橋臺(tái)均采用柱式臺(tái)，位于兩側(cè)邊坡上的1號(hào)和3號(hào)橋墩采用雙柱式墩，減少開挖，避免對(duì)原狀土的破壞，溝底2號(hào)墩，墩高較高，采用剛度較大的薄壁空心墩，承臺(tái)上提，減少對(duì)溝底的開挖。

張家大橋橋位處地震烈度較大，為了增強(qiáng)橋梁的抗震能力，避免落梁，在每片主梁端部都設(shè)置防震擋塊，同時(shí)主梁與主梁之間設(shè)置多道橫隔板，加強(qiáng)主梁的整體性。同時(shí)為加強(qiáng)橋墩的抗震能力，在柱頂、柱底和樁頂設(shè)置加強(qiáng)箍筋段，形成雙螺旋箍筋并排布設(shè)，提高橋墩塑性鉸區(qū)的延性抗震能力。

2.5 全橋防護(hù)

張家大橋跨越黃土V字形沖溝，地形起伏較大，表層土為濕陷性黃土，劈裂節(jié)理、落水橋、沖溝等黃土地貌發(fā)育，橋臺(tái)穩(wěn)定性較差。施工完成后，需對(duì)橋臺(tái)岸坡進(jìn)行防護(hù)，防止人工開挖造成邊坡失穩(wěn)，故在設(shè)計(jì)時(shí)在橋臺(tái)處開挖邊坡防護(hù)順接路基邊坡防護(hù)，橋墩處橋面寬度兩側(cè)各3 m范圍內(nèi)第一級(jí)邊坡設(shè)置全護(hù)面墻，二級(jí)及以上邊坡設(shè)置30 cm厚漿砌片石護(hù)坡。

橋臺(tái)處位于挖方段，為了防止主梁受腐蝕以及在后續(xù)運(yùn)營便于更換支座，主梁下凈空控制在1.5 m左右，同時(shí)在主梁下設(shè)置縱坡為1%的開挖平臺(tái)。由于受地形影響，雨水沖刷對(duì)橋梁影響較大，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行施工規(guī)范做好基坑坑壁支護(hù)、排水等工作，以確保橋梁施工、運(yùn)營安全。故在橋臺(tái)兩側(cè)設(shè)置急流槽，連接路基邊溝將水排到溝底，在墩臺(tái)開挖邊坡處均設(shè)置平臺(tái)排水溝及急流槽。施工完成后，將基坑回填壓實(shí)至基礎(chǔ)頂面以上，做好回填平臺(tái)的排水防護(hù)工作。

3 結(jié)語

由于V型山溝高墩橋梁的不規(guī)則性，使得山區(qū)高墩橋梁在設(shè)計(jì)過程中比較困難，通過本文的介紹，可得出以下結(jié)論：

a）在對(duì)V型溝地形條件下的橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇抗彎剛度和抗扭剛度大的橋墩形式，故柱式墩多在梁橋墩高小于30 m時(shí)采用，而當(dāng)橋梁墩高超過30 m時(shí)，下部結(jié)構(gòu)多采用矩形墩、薄壁墩和薄壁空心墩。

b）在V型溝地形條件下，由于山谷兩側(cè)山體坡度較大，橋墩的高度往往相差較大，跨距不均勻，因此很容易形成剛度和受力不平衡的情況，從而造成墩頂位移較大，易發(fā)生落梁現(xiàn)象，所以上部結(jié)構(gòu)通常選擇剛度平衡，整體穩(wěn)定性好的上部結(jié)構(gòu)形式，如采用多聯(lián)連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)，以提高橋梁的整體穩(wěn)定性。

c）在對(duì)彎橋進(jìn)行布梁設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)實(shí)際平曲線情況選擇合理的布梁方式，如若曲線半徑較小，建議選擇偏置1/2矢高的方法進(jìn)行布梁，減少內(nèi)外懸臂差。

d）在V型溝高墩橋梁的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)全面考慮橋梁的防護(hù)措施，尤其注意V型深溝受地形限制，雨水沖刷對(duì)其橋梁基礎(chǔ)影響較大，應(yīng)做好雨水導(dǎo)流、排放設(shè)施。