關鍵詞：高速公路橋型 方案設計
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高速公路，全長56.45公里。本段路線所經區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，地面高差大；從田干至屯溪為平原微丘區，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，僅有少數為跨線橋和跨河橋。
由于本項目路線方案受地形和地質、環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。
以下就以往山區高速公路橋梁設計經驗，淺析湯口至屯溪高速公路初步設計中高架橋橋型方案的設計。
2橋型方案的比選
一般來說，橋型的選擇應根據適應、經濟、美觀、安全以及設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.對于山區高速公路而言，還應著重考慮施工難易程度、山區地質病害及環境保護等影響因素。
2.1上部構造型式
上部構造型式的選擇，應結合沿線地形、地質、水文條件、施工難度和環保要求，并綜合考慮其受力特點和經濟性。結合以往山區高速公路橋梁設計經驗，在湯屯高速公路初步設計中，主要考慮對簡支空心板、先簡支后連續組合箱梁和現澆連續箱梁三種結構橋型進行比較。
2.1.1簡支空心板結構：
此種結構橋型，施工方便，施工技術成熟；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調，美觀性差；上部構造難以與路線小半徑、大超高線形符合，且高墩數量增加；橋面伸縮縫多，行駛條件差。因而，在山區高速公路中，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現澆連續箱梁：
高速公路橋梁基于運營的整體性、舒適性和耐久性的考慮，往往必須設計為預應力連續結構。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，必然產生扭轉，而這種扭轉作用又將導致撓曲變形，這種彎扭互相耦合的作用，使得彎橋變形也為彎曲和扭轉兩者的迭加，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，內梁減載，內外梁應力產生差別。因此，抗扭能力強的整體式閉合箱梁成為彎橋設計的首選型式；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定性，本項目中，采取將墩頂擴大，設置雙支座方案，這將大大提高箱梁的整體強度和抗扭能力，增強箱梁的橫向穩定性。
在現今橋梁設計中，橋梁美學已被越來越多的設計者重視，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，在保證結構強度需要的同時，盡可能使橋梁具有優美的外形，并與周圍的環境相協調。采用現澆連續箱梁，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。
但對于現澆預應力連續箱梁來說，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，無疑是一種優選橋型。由于此法是在橋位上現澆施工，可免去大型運輸和吊裝設備，使橋梁整體性好；同時它又具有在橋梁預制廠的生產特點，可提高機械設備的利用率和生產效率。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勢。湯屯高速公路初步設計中，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，結構受力性能好，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移至橋上，可大大減小對沿線環境的影響。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、調整每片梁長，或者調整現澆段長度，但應注意調整現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，據以往項目反映經常出現支座懸空的情況，嚴重影響橋梁的營運壽命，本項目采取調整每端、每側箱梁腹板高度的辦法，嚴格使其滿足橫坡的需求。采用直梁設計，以翼緣板寬度調整平面線形，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系的措施，提高結構的整體性能。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構。
2.2 下部構造型式
下部構造應能滿足上部結構對支承受力的要求，同時在外形上要做到與上部構造相互協調、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，為了盡可能的標準化和統一化，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，結構穩定性好，施工方便、快捷，外觀輕穎美觀，橋墩布設靈活性大，可適應不同類型的基礎。對于山區高速公路來說，多數橋梁跨越溝谷、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美，線條流暢，促進橋梁與周圍環境協調。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構中；而對于寬度較寬的橋梁，采用三柱式或多柱式墩，可適用不同橋寬的變化。因而，選擇何種柱式墩，可結合具體的橋型，地形和地質狀況，技術經濟和美觀等因素綜合考慮。
2.2.2基礎形式：
對于橋梁基礎設計而言，沿線山嶺區地質條件較好，承載力大，一般可滿足擴大基礎的要求。一般對于地面橫坡小的橋墩基礎，可采用擴大基礎形式；但多數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，兩側基礎埋深相差很大，易引起基底受力不均勻；且基礎施工工作面大，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，邊坡穩定性和安全等問題。因此，從施工難易程度、結構安全性、工程造價和環境保護等方面綜合考慮，靈活采用人工挖孔短樁基礎與擴大基礎相結合的方式。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。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造帶來的變形不協調影響。如果一聯內既有擴大基礎又有樁基礎，為控制墩臺的不均勻沉降，要求擴大基礎置于強度在弱風化以上的巖石上。對于砂巖基礎遇水后變軟、發泡、強度降低的情況，墩臺基礎首選樁基礎，但為了更方便的檢驗基底情況，建議施工時采用挖孔樁。
3.橋梁分孔
橋梁總跨徑確定后，還需進一步進行分孔布置。橋梁分孔是橋梁立面布置的重要內容，孔徑布置得是否合理，將直接影響橋梁的實用、安全、經濟和美觀。一座復雜的橋梁，不但要進行不同橋型方案的比較，而且往往要將同一橋型的幾個不同的分跨做為幾個不同的方案進行比較，以求得較優的方案。
在湯屯高速公路的初步設計中：橋梁跨徑的選擇依據地形和地質情況、水文情況、通航要求、墩高、平面線形、施工難度以及技術經濟和美觀等因素進行綜合考慮。根據以往山區高速公路設計經驗，結合本項目的實際情況，擬定橋梁孔徑布置的一般原則如下：
準則[1] 橋梁孔跨的布置，除滿足橋梁功能及其他條件的要求外，應使其總造價較低（當然，對于不同的橋長，應結合路基一同比較）。一般來說，地質越差或下部結構投資越大，就越宜采用較大的跨度，以減少支承結構的工程量，從而節省投資，反之亦然。因此，橋梁孔跨布置往往表現為：引橋小于主橋，邊跨小于中跨。
準則[2] 梁橋相鄰跨度的比值（小跨比大跨）宜在[0.4,1]內，接近0.618時，橋跨變化會顯得平順、流暢。懸臂施工的連續梁橋或連續剛構橋，其跨度應滿足施工時對稱T構對稱跨度的要求。
準則[3] 同一區段內，橋梁的孔徑與式樣應力求統一；同一座橋梁，除通航或其他要求外，應盡量采用相同的結構并且等跨；對于跨度不超過30m的簡支梁橋，其跨度應采用標準跨度。以達到方便設計與施工，取得經濟效益。
準則[4] 一般情況下，橋孔不宜壓縮。起橋高度一般為6~8m，較小者取至2~3m。有條件設置挖方內橋臺者，應優先采用。
準則[5] 橋梁中線宜與天然河道洪水流向正交，避免水流在橋頭形成水袋而產生三角回流，影響線路或橋梁安全；橋跨結構應高出設計洪水水位至少0.25m,必要時，尚應考慮壅水高、波浪侵襲高、局部股流涌高、斜水流局部沖高、河彎超高、河床淤積或漂流物等的影響。
準則[6] 通航河流上，橋梁中線應與航線正交。當不能避免斜交時，應適當加大通航凈孔。通航孔橋跨結構應高出橋下通航凈空建筑限界。當然，橋跨結構不能伸進橋面行車/人建筑限界。
準則[7]通過設計洪水流量、橋跨結構高出設計洪水水位并有足夠的富裕、其產生的沖刷系數小于容許值是橋梁孔徑必須滿足的條件之一，這是水文對橋梁的基本要求。
準則[8] 跨越寬淺河流的橋梁，多采用等跨梁橋跨越主河槽。
準則[9] 跨越V字形或接近V字形峽谷時，橋梁主跨往往采用一跨跨過，并且優先考慮拱橋或斜腿剛構方案。
準則[10] 山區高架橋采用連續梁橋方案時，其跨徑選擇一般遵照以下原則：
最大墩高H≤10m時，選用25m跨徑；
最大墩高10＜H≤15m時，選用25～30m跨徑，雙柱式墩或獨柱式墩；
最大墩高15＜H≤25m時，選用25～40m跨徑，雙柱式墩或獨柱實體墩，墩頂加系梁；
最大墩高H＞25m時，選用40m以上跨徑的連續剛構、連續梁等。
準則[11] 支線橋梁上跨主線時，考慮到本高速公路要建設成為旅游公路、景觀公路和生態公路的性質，應避免在主線道路的中央分隔帶處設墩，而采用較大的跨度的拱橋、斜拉橋、斜腿剛構橋和連續剛構橋等結構形式新穎美觀且經濟效益良好的橋梁，盡量做到一跨跨越主線。
準則[12] 在互通式立體交叉中，橋梁的布設應盡量避免出現分叉橋或急轉彎橋，若無法避免時，應于分叉處、橋面寬度聚變處或急轉彎處設置橋墩，使橋梁受力狀態良好。另外，在互通式立體交叉中，橋梁群在水平面上的布置應力求作到勻稱，橋下通透性良好。
4.結語
橋型方案設計本身就是一項復雜和靈活的工作，對于山區高速公路而言，因發展時期較短，具有曲線、大超高、大縱坡、高墩和長橋等特征的橋型方案設計，還處于摸索階段，有很多新的問題需要進一步的探討和研究。隨著社會經濟和公路事業的日益發展，大力發展山區高速公路將成為必然，因而山區高速公路橋型方案設計必將日趨成熟。筆者結合以往山區高速公路設計經驗，就湯屯高速公路初步設計中橋型方案的選擇，提出一些粗淺的認識，文中不當之處敬請同行和有關專家指正。
參 考 文 獻
［1］祝敏方，山區高速公路橋梁設計探討 公路 2003（5）.
［2］范立礎. 橋梁工程 北京，人民交通出版社，1993.
［3］公路橋涵地基與基礎設計規范 (JTJ 024—85).北京，人民交通出版社，1985.
［4］張師定 橋梁孔跨布置定性研究
