1.山區(qū)高速公路的特點(diǎn)
山區(qū)高速公路的主要特點(diǎn)是地形地質(zhì)復(fù)雜。地形復(fù)雜，表現(xiàn)為地面高差大，變化頻繁，橫坡陡；地質(zhì)復(fù)雜表現(xiàn)為巖溶、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌、陡崖、煤氣地層等不良地質(zhì)。受此影響，路線布設(shè)時(shí)平縱橫三個(gè)方面都受到約束，一般就是平曲線多，平面半徑小，縱坡大，橋梁比例高，橫坡陡，半邊橋和高擋墻多。山區(qū)高速公路橋梁也相應(yīng)具有上述特點(diǎn)，彎坡橋多，高墩大跨多，墩臺(tái)形式多，設(shè)計(jì)中必須協(xié)調(diào)解決好橋梁各細(xì)部構(gòu)造與地形地質(zhì)之間的關(guān)系。
2．山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的總體原則
(1)考慮高速公路的路橋配合,原則上橋位服從路線,不因橋位選擇造成路線過多繞行或線形指標(biāo)的降低。同時(shí),在路線方案設(shè)計(jì)中,盡量考慮了大型構(gòu)造物兩頭接線順暢的需要。
(2)山區(qū)橋梁基本為跨越山谷而設(shè)置,沿線較少有大的河流和被交道路,橋梁所需跨徑不大,因此橋型均采用中、小跨徑梁式結(jié)構(gòu)。
(3)從經(jīng)濟(jì)、適用、安全和方便施工出發(fā),橋型選擇盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、經(jīng)驗(yàn)成熟的預(yù)制裝配施工法,以確保工程質(zhì)量、加快建設(shè)速度、降低工程造價(jià)。
綜合上述原則,橋梁上部結(jié)構(gòu)均采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑的預(yù)制梁板,受現(xiàn)場(chǎng)地形和運(yùn)輸條件限制,需在沿線設(shè)置多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制場(chǎng),場(chǎng)地選擇須考慮至橋位的運(yùn)輸、架設(shè)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性。由于須跨越溝谷,墩高普遍較高,且半路半橋普遍存在,因此下部結(jié)構(gòu)墩形的選擇是山區(qū)高速橋梁設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和要點(diǎn)。
3山區(qū)高速公路橋梁墩形的選擇
某高速公路全線穿越山區(qū),地形、地質(zhì)條件復(fù)雜,路線布設(shè)受地形制約,平面線形以曲線為主;路線在山嶺間穿越,為滿足縱坡的平穩(wěn)過渡,須跨越山谷地段,橋梁構(gòu)造物占路線長(zhǎng)度比例較大,約為36.6%,橋墩普遍較高,大型橋梁構(gòu)造物較多;橋位處縱、橫斷面地形起伏大,在同一座橋梁中,相鄰橋墩高度甚至同一橋墩的墩柱高度差別都有可能很大;橋梁建設(shè)受施工場(chǎng)地、運(yùn)輸條件等的制約。
該項(xiàng)目后段33km路段均采用整體式雙向六車道,橋?qū)?3.5m,左右幅橋梁分幅設(shè)計(jì);半幅橋?qū)?6.75m。若下部橋墩采用全幅雙柱式或單幅單柱式,盡管可以減少下部橋墩數(shù)量,弱化橋下柱林現(xiàn)象,但會(huì)使下部蓋梁及橋墩尺寸因上部結(jié)構(gòu)連續(xù)引起高墩尺寸偏大的情況下進(jìn)一步增大;同時(shí)若采用雙幅雙柱式或單幅單柱式設(shè)計(jì),則須采用預(yù)應(yīng)力蓋梁,因此增加了工程造價(jià)和施工難度,影響施工進(jìn)度;一幅橋的下部結(jié)構(gòu)檢修維護(hù)也會(huì)對(duì)另一幅橋造成影響。因此,后段工程全線均采用單幅雙柱式墩。
3.1分離式雙柱墩與整體式三柱墩的比較
（1）技術(shù)性比較
兩種墩形的斷面形式見圖1。
圖1墩柱形式圖
分幅雙柱墩,其受力明確,對(duì)平曲線適應(yīng)性強(qiáng),蓋梁橫坡設(shè)置簡(jiǎn)單,一般情況下蓋梁不需加寬,施工簡(jiǎn)單、方便。
整體三柱式墩,其受力復(fù)雜,蓋梁受力較大,樁基受力不均,中樁配筋與邊樁不同,在一般平曲線半徑下蓋梁需加寬;且整體式蓋梁為降低梁高,一般需設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束,并進(jìn)行二次張拉,施工時(shí)間較長(zhǎng),施工難度較大;考慮山區(qū)地表的縱、橫坡均較大,特別是同一橫斷面上較大地面落差造成墩柱高度差別很大時(shí),三柱墩的受力不均勻性很明顯,經(jīng)過不同墩高情況的計(jì)算分析可知:三柱墩的受力中最矮的墩柱及樁基隨著地面橫坡的變化所分配的剪力可達(dá)到平均值的1~2倍。
從而造成彎矩分配極不均勻。因此,設(shè)計(jì)時(shí)必須準(zhǔn)確掌握地面的實(shí)際變化情況,由于剪力分配差異過大造成樁基尺寸難于統(tǒng)一,需逐樁進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),無疑將加大工程難度。
在相同的地形條件下,分幅雙柱墩的雙柱之間高差將大大減少,與整體三柱墩相比,墩柱受力均勻明確,蓋梁一般不用加寬及施加預(yù)應(yīng)力,簡(jiǎn)化了施工流程,施工方便快捷,難度大大減少。
（2）經(jīng)濟(jì)性比較
以30mT梁橋墩為例,兩種墩形的工程數(shù)量及造價(jià)比較見表1。
表1  30m跨經(jīng)T梁橋橋墩經(jīng)濟(jì)性計(jì)較
由表1可見,兩種下部結(jié)構(gòu)的造價(jià)較為接近。
3.2橫坡陡峭時(shí)的墩柱形式選擇
在橫坡陡峭的山坡上,為了減少樁基的自由長(zhǎng)度,優(yōu)化樁基直徑及配筋,減少對(duì)土體進(jìn)行較大量的開挖,降低破壞山體植被,保護(hù)環(huán)境,須對(duì)墩身形式進(jìn)一步比較。對(duì)于分離式雙柱墩,當(dāng)單個(gè)墩身兩側(cè)柱底地面標(biāo)高大于1m時(shí),設(shè)柱底系梁可使土體零開挖。若采用獨(dú)柱(薄壁墩)配承臺(tái)樁基,則必然存在土體開挖,且其樁基較雙柱墩受力明顯提高,配筋相應(yīng)增大;其承臺(tái)較之系梁配筋量大很多,因此雙柱墩在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保方面較獨(dú)柱薄壁墩優(yōu)勢(shì)明顯,一般橋梁均采用雙柱墩,僅在有景觀要求的地方使用獨(dú)柱薄壁墩。
3.3高墩形式的比選
1）技術(shù)性比較
對(duì)于高度大于40m以上的高墩形式選擇對(duì)結(jié)構(gòu)施工及運(yùn)營階段的安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)、美觀等具有較大的影響,因此有必要對(duì)高墩進(jìn)行專門的比選研究。高墩主要有以下幾種形式進(jìn)行:箱形墩、柱式墩、工字形墩和矩形墩,其截面如圖2所示。
圖2 高墩的截面形式（單位：cm）
以上4種墩形截面形式的面積之比為1:0.939:1.333:1.304,抗彎慣矩比為1:0.316:0.510:0.584。由此可見,箱形墩剛度最好,混凝土材料也較少(與混凝土用量最少的雙柱式墩接近,較后兩者少近1/3),雙柱式墩盡管混凝土用量最少,但剛度僅為箱形墩的1/3。設(shè)計(jì)中計(jì)算分析表明:1)雙柱墩在制動(dòng)力作用下梁端縱向位移最大,箱形墩最小;2)由于剛度太小,使得雙柱墩的墩頂在施工狀態(tài)下產(chǎn)生過大的位移,影響施工安全。
2）經(jīng)濟(jì)性比較
以40mT梁的40m高橋墩為例,4種墩形的工程數(shù)量及造價(jià)比較見表2、3。
上述比較表明:
(1)剛度最大為箱形墩,雙柱墩的剛度最小。
(2)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為雙柱墩,其余依次為箱形墩、工字形墩和矩形墩,箱形墩較工字形墩和矩形墩造價(jià)低12%左右,經(jīng)濟(jì)性明顯。
(3)在4種墩柱中,箱形壁墩與矩形墩的美觀性較好,但在施工上由于雙柱墩、矩形墩與工字形墩不需內(nèi)模,相對(duì)比較方便。由此,設(shè)計(jì)時(shí)可考慮取消箱形墩中采用的內(nèi)隔板,盡量減少箱形墩的施工難度。箱形墩的縱向剛度較大,在施工狀態(tài)下墩頂?shù)奈灰谱钚?可顯著增加施工架梁過程中的安全性。
因此,綜合考慮墩柱美觀、施工安全與運(yùn)營狀態(tài)的行車舒適性等因素,箱形墩均有較大優(yōu)勢(shì),該項(xiàng)目中的高墩均采用箱形墩。
4結(jié)語
山區(qū)等級(jí)速公路地質(zhì)復(fù)雜地形多變，所過地區(qū)大多經(jīng)濟(jì)薄弱在不同的地區(qū)，對(duì)橋梁的使用功能有不同的要求。特別是橋梁結(jié)構(gòu),由于所處的地理、地形、地質(zhì)情況復(fù)雜,除巨型深谷、河川采用單孔大跨或超大跨的結(jié)構(gòu)外,其他橋梁的上部結(jié)構(gòu)以預(yù)制安裝的標(biāo)準(zhǔn)跨徑梁板為主,因此,下部結(jié)構(gòu)橋墩成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)者要注意收集資科，根據(jù)全線的要求結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)多比較分析，采用符合實(shí)際的橋梁方案，選擇符合情況的設(shè)計(jì)方法．這樣才能使橋梁設(shè)計(jì)達(dá)到安全、適用經(jīng)濟(jì)、美觀的要求。
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