某國道改建工程長橋總體設(shè)計研究

湖州交通規(guī)劃設(shè)計院，浙江 湖州 313000

1 引言

長橋一般指單孔跨徑不大（一般跨徑≦50m），有條件采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑的特大、大橋結(jié)構(gòu)。結(jié)合我國當(dāng)前實際應(yīng)用的情況，高等級公路中推薦的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)主要有矮T 梁、組合小箱梁、T梁以及預(yù)應(yīng)力砼箱梁等結(jié)構(gòu)形式。其中矮T 梁適用于20m 以下橋跨結(jié)構(gòu)，而20m 跨徑及其以上標(biāo)準(zhǔn)橋跨，組合小箱梁、預(yù)制T梁及預(yù)應(yīng)力砼箱梁三種結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均較好［1］，在高等級公路上得到了廣泛的認(rèn)同及使用。

本文以某國道上的長橋為工程背景，對長橋的總體設(shè)計進(jìn)行分析研究。

2 工程背景

某一級公路，設(shè)計速度80km/h，路基寬度32m，項目主線全長27.1km。主線共設(shè)特大橋1698.6m/1座，大橋1527.4m/3座，中橋261.2m/4 座。

該項目主線跨越的地貌類型有：沖湖積平原、坡洪積斜坡及低山丘陵區(qū)等。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，測區(qū)前第四紀(jì)地層主要有白堊系黃尖組灰色凝灰?guī)r、泥盆系西湖組泥質(zhì)粉砂巖等，燕山早期第三次侵入花崗斑巖等。

3 上部結(jié)構(gòu)

3.1 結(jié)構(gòu)形式分析

沿線橋涵構(gòu)造物較多，在橋型方案選擇時本著“適用、經(jīng)濟(jì)、合理、安全、美觀”的原則，盡可能做到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、施工機械化，方便分段統(tǒng)一集中預(yù)制安裝，方便就地取材、運輸方案，以縮短工期、節(jié)省工程造價［3］。本文主要對是20m 跨徑及其以上標(biāo)準(zhǔn)橋跨進(jìn)行分析，因此以組合小箱梁、T 型梁以及預(yù)應(yīng)力砼箱梁這三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行比選，詳見表1。

表1 三種橋型方案技術(shù)性能比較表

從以上表可以看出，20～40m 跨徑組合小箱梁與T 梁比較，兩者上部結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)T 梁較高，T 梁建筑高度略高，造型一般，但其構(gòu)造簡單，工藝較成熟，吊裝重量輕，運輸及吊裝設(shè)備要求相對低，使用效果好。

組合小箱梁建筑高度低，造型較美觀，35m、40m 跨徑由于中橫梁存在施工難度增大，吊裝重量較大運輸及吊裝設(shè)備要求相對較高。

預(yù)應(yīng)力砼箱梁結(jié)構(gòu)截面抗扭剛度大，抗彎扭性能好，穩(wěn)定性好，建筑高度略低，造型較美觀，但結(jié)構(gòu)空間受力復(fù)雜，后期較易出現(xiàn)裂縫等病害，且施工要求高、難度大、工期長。

結(jié)合從當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀橋梁運營調(diào)研情況看，T 型梁剛度較大，整體性較好，主梁病害相對較少；另外省內(nèi)近幾年多條在建的高速公路在凈空高度不受限的情況下，均優(yōu)先采用T 型梁。因此本次長橋結(jié)構(gòu)選用T 型梁。

3.2 T 梁跨徑選擇

橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑選擇取決于橋梁跨高比、地形地質(zhì)條件、設(shè)計施工經(jīng)驗、地區(qū)的習(xí)慣做法、施工條件、橋梁景觀要求等［2］，其中，針對本項目特點，在跨越要求滿足的前提下，影響標(biāo)準(zhǔn)跨徑選擇的主要影響因素為橋梁墩高。

考慮到本工程橋梁大部分位于山區(qū)，地形起伏較劇烈，橋梁墩高較高，選擇經(jīng)濟(jì)配跨時需充分考慮墩高影響，分別按照平均墩高8m（6～10m）、12.5m（10～15m）、17.5m（15～20m）、25m（20～30m）進(jìn)行計算，橋墩的形式均為樁柱式結(jié)構(gòu)，當(dāng)墩高超過30m 時一般要單獨計算，采用薄壁墩形式。

比選跨徑采用20m、25m、30m、35m、40m，同時使橋長為整數(shù)跨，使得工程量更精確，避免橋長換算引起的誤差，取上述跨徑的最小公倍數(shù)4200m作為橋梁總長。每聯(lián)長度控制在180m 以內(nèi)，伸縮縫采用160 型伸縮縫，詳見表2。

表2 跨徑比選總體布置表

圖1 不同墩高情況下，T 梁各跨徑總綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

為方便計算和比較，工程量統(tǒng)一按半幅橋計算，半幅橋橋?qū)?5.5m。橋梁下部僅包含橋墩和基礎(chǔ)，不包含橋臺。

根據(jù)工程特點和建設(shè)條件，跨徑比選時采用嵌巖樁基礎(chǔ)，樁長統(tǒng)一取值為20m，計算其綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表如表1 所示。

根據(jù)比選結(jié)果：在墩高小于30m 時，T 梁的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)隨跨徑變化的趨勢基本一致。

在墩高小于15m 情況下，25m、30m 跨徑的總綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)基本接近，為最經(jīng)濟(jì)跨徑，墩高在15～30m 之間時，25m 跨徑為經(jīng)濟(jì)跨徑，30m 跨徑略高3%左右。由于30m 跨徑應(yīng)用較普遍，適應(yīng)性也較強，且跨徑加大后，梁板數(shù)量和下部墩柱數(shù)量均減少，有利于縮短工期，故墩高小于30m 時，推薦優(yōu)先采用30m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑。

另根據(jù)一些被交道路或河流的跨越要求，以及跟河岸兩側(cè)村莊相銜接，部分橋梁采用25mT 梁；根據(jù)鐵路部門的要求，跨越鐵路的橋梁孔徑采用40m 小箱梁。

4 下部結(jié)構(gòu)形式及其他

4.1 橋墩

橋梁墩身和基礎(chǔ)形式的選擇主要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)形式、墩身高度、地質(zhì)條件以及對美觀的要求而確定［4］。本項目沿線途經(jīng)平原以及低山丘陵區(qū)，根據(jù)總體橋梁布置來看，橋墩高度較低，大部分橋墩高度在10m 以下。中小橋的墩身通常推薦柱式橋墩。對采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑的長橋而言，一般采用柱式墩、薄壁實體花瓶式橋墩等。柱式墩經(jīng)濟(jì)性好，工藝成熟，提升滑模施工快，與樁基礎(chǔ)銜接性好；薄壁實體花瓶式橋墩外觀俊美、景觀性較好，但施工相對復(fù)雜，施工支架較多，工期長，需要設(shè)大體積承臺，基坑開挖對自然環(huán)境破壞較大［5］。因此，無景觀要求時，推薦采用柱式墩。

綜合考慮該工程新建橋梁均采用分幅結(jié)構(gòu)形式，單幅標(biāo)準(zhǔn)寬度15.5m，下部結(jié)構(gòu)形式采用三柱式墩臺。各高墩及跨河橋梁，當(dāng)?shù)孛婢€或者水中墩沖刷線距墩頂高度H ＞7m 時設(shè)有系梁。

4.2 橋臺

橋臺的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)橋位處地質(zhì)條件及橋頭填土高度來確定。項目沿線橋頭填土在5m 以內(nèi)，考慮采用樁基接蓋梁式橋臺。橋臺樁基施工應(yīng)在橋臺路基填筑完成且沉降穩(wěn)定后進(jìn)行。

5 結(jié)束語

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)工程的快速發(fā)展，而長橋的總體造價整個項目的占比也較大，合理、經(jīng)濟(jì)的長橋總體設(shè)計也變得越來越重要。面對實際工程時，應(yīng)綜合區(qū)域的環(huán)境以及地質(zhì)條件，對長橋的結(jié)構(gòu)形式及經(jīng)濟(jì)跨徑進(jìn)行綜合比選，本文所提出的長橋總體設(shè)計研究可為相關(guān)人員提供參考。