解 磊

(山西省交通科学研究院,山西 太原 030006)



谈山区深沟弯梁桥的设计

解 磊

(山西省交通科学研究院,山西 太原 030006)

结合神池至岢岚高速公路小口子大桥的工程概况，从桥型选择、布梁方式、墩台、全桥防护等方面，阐述了小口子大桥的设计要点，总结了山区深沟地形条件下，桥梁设计需考虑的因素，以供同类桥梁设计参考。

桥梁，U型沟，桥墩，悬臂

0 引言

近些年来，我国公路交通建设迅猛发展，西部地区建设的高速公路越来越多，而我国西部多山区高原，山体高耸而陡峭，需用比较高的桥墩来跨越河沟，桥墩彼此的高度相差也很大。此类桥大多都是墩高变化的曲线梁桥，公路路线平弯曲线半径一般比较小，使得桥梁的结构设计中稳定和防护都比较困难。本文将以神池至岢岚高速公路小口子大桥的设计为依据，介绍和阐述一些在多山地区深沟等复杂条件下梁桥设计中需多注意的问题及采取的一般措施，今后此种类型的梁桥可参考和借鉴。

1 工程的背景

山西省神池至岢岚高速公路是西纵高速公路右玉杀虎口—芮城风陵渡段的重要组成部分，北接西纵朔州至神池段、第三横灵丘至河曲高速公路，南连第四横忻州到保德高速公路、西纵高速公路岢岚到临县段，纵贯忻州西部腹地。该高速公路起点位于忻州市神池县东湖乡西北，途经神池县、五寨县和岢岚县，于高家会乡西会村到达本项目终点岢岚枢纽，全长63.907 km，设计速度为100 km/h，采用一级公路技术标准。

整体来看，该项目位于山西忻州市西北部，地处晋西北的黄土高原中部，从地形地貌上，该地区是山西西部的丘陵山地。地势东南高，西部低，中间为“丁”字形盆地，北部与西北部为黄土丘陵。路线走廊北端为朱家川河河流谷地，中间多为黄土梁峁或黄土平原地区，南端为岚漪河河流谷底。

2 小口子大桥设计要点

2.1 桥梁地质条件

小口子大桥位于五寨县周家村，大桥全长156 m，地面标高约1 485.00 m～1 550.00 m。桥址位于黄土梁峁和冲沟组合地区，跨越的冲沟显U字形，地形起伏很大。桥址区表面湿陷性黄土厚度大，湿陷等级为Ⅱ级自重(中等)，桩长计算时需考虑负摩阻力的影响。本工点无不良地质现象，抗震设防烈度为7度。地下水埋藏较深，勘探深度内未揭露稳定水位，地下水对混凝土结构、钢筋的腐蚀性为微腐蚀。

2.2 桥型的选择

小口子大桥全桥的跨径组合为5×30 m，90°交角。对于桥梁上部结构的选择，因地形比较复杂，桥址区表面湿陷性黄土厚度大，两侧土体容易在施工中坍塌,为了降低工程造价，减少施工中不确定性，采用了可加快进度的装配式部分预应力混凝土连续箱梁，将预制好的箱梁简支架设在桥墩上，各小箱梁之间湿接头现场浇筑。

本桥跨越U型沟的地形，在其两侧的土体很不稳定，雨水汇水面积很大，对桥梁的桥墩、基础和承台等有严重的冲刷，应该尽量避免在沟底放置桥墩，既可以减少对其的雨水侵蚀，也适当减少墩台的高度，降低造价与施工难度。而在U型沟两侧坡体上的桥墩应尽量保护原有土层，减少对坡体的开挖，在墩高允许情况下宜采用柱式墩。

本桥支座除桥台和分联墩处设置四氟滑板式橡胶支座外，其余桥墩上都使用板式橡胶支座；桥梁伸缩缝用毛勒伸缩缝，桥台与分联墩处分别使用D-80伸缩缝和D-160伸缩缝；桥面铺设10 cm厚C50钢纤维防水现浇混凝土，其上涂抹桥面防水涂料，最后铺装10 cm厚沥青混凝土。

桥梁的桥型图见图1。

2.3 主梁的布梁设计

小口子大桥位于半径为1 648 m的半径曲线上，半径较小，故径向布置桥台和桥墩。在桥梁大师中进行桥梁布梁设计时，可通过设置临界半径以确定是否将设计线偏置1/2的矢高。如果桥梁平弯曲线半径过小，将会使左右幅边梁的翼缘悬臂太长，而首先将路线中心线偏置1/2的矢高，以偏移后的设计线为基线进行布梁，可以使内翼缘与外翼缘的悬臂长度比较平均，避免其长度过长的问题。根据布梁设计修改模型之后，主要影响桥梁上部结构，但也可能会使桥梁的盖梁长度加大，为保证该梁悬臂段对称，桩位也会有相应的改变。未偏置1/2矢高与偏置1/2矢高布梁之后的梁悬臂长度分别见表1和表2。

表1 未偏置1/2矢高的梁悬臂长度表

孔数左右幅悬臂类型小桩号梁端1/8L2/8L3/8L4/8L5/8L6/8L7/8L大桩号梁端1左幅内悬臂1.6491.621.5991.5861.5821.5861.5981.6191.648外悬臂1.6511.681.7011.7141.7181.7141.7021.6811.652右幅内悬臂1.6511.681.7011.7141.7181.7141.7021.6821.653外悬臂1.6491.621.61.5871.5831.5861.5991.621.6482左幅内悬臂1.6481.6191.5981.5861.5821.5861.5981.6191.648外悬臂1.6521.6821.7021.7141.7181.7141.7021.6811.652右幅内悬臂1.6531.6821.7021.7141.7181.7141.7021.6821.653外悬臂1.6481.6191.5991.5871.5831.5871.5991.621.6483左幅内悬臂1.6481.6191.5981.5861.5821.5861.5981.6191.648外悬臂1.6521.6821.7021.7141.7181.7141.7021.6811.652右幅内悬臂1.6531.6821.7021.7141.7181.7141.7021.6811.653外悬臂1.6481.6191.5991.5871.5831.5871.5991.621.6484左幅内悬臂1.6481.6211.6021.5911.5871.5911.6031.6221.648外悬臂1.6521.681.6981.7091.7131.7091.6971.6781.652右幅内悬臂1.6531.6791.6981.7091.7131.7091.6971.6791.653外悬臂1.6481.6211.6031.5921.5881.5921.6031.6221.6485左幅内悬臂1.6481.6241.6071.5971.5941.5981.6081.6261.649外悬臂1.6521.6771.6931.7031.7061.7021.6911.6741.651右幅内悬臂1.6531.6771.6931.7031.7061.7021.6911.6741.651外悬臂1.6481.6241.6071.5981.5951.5991.611.6271.649

表2 偏置1/2矢高的梁悬臂长度表

由表1和表2比较可得，未偏置1/2矢高时第一跨跨中处，内悬臂长1.582 m，外悬臂长1.718 m，相差比较大，而将基准线偏置1/2矢高后，内悬臂长1.616 m，外悬臂长1.684 m，相比较而言，内外悬臂差距较小，有效地避免了外悬臂长度过长的问题。

在实际公路桥梁设计中，平弯半径较小的情况是比较常见的，这时桥梁的桥台桥墩需要径向布置，布梁设计中要以偏移1/2矢高的设计线为基准线，翼缘的内外悬臂长度比较均衡，有效地避免外悬臂长度过长的问题。

2.4 墩台的设计

山区高速公路中跨越类似这种U型沟的梁桥，一般桥墩高度都比较大，此类桥墩的细长比比较大，并且沟底与坡上桥墩的高度差也很大，因此慎重的选择桥墩的形式。小口子大桥是高墩的弯梁桥，结构更加复杂。对于一般连续梁采用的柱式墩，其横向刚度比较大，而纵桥向的抗扭和抗弯性能不是很好，当桥墩到一定高度后，细长比较大，在地震等荷载作用下易发生失稳破坏，对桥墩的纵桥向刚度要求比较高，柱式墩已经不能满足要求。相比于柱式墩，横向刚度比较大的矩形墩比较适合此类桥墩。小口子大桥的桥台都使用柱式台，1号和4号桥墩地处于两侧边坡，采用双柱式墩，减少开挖，因2号墩位于沟底墩高较大，采用更稳定的矩形墩，承台上移减少对沟底的开挖，而3号墩则采用双柱式墩。小口子大桥抗震设防烈度为7度，且桥梁为重要工程，对抗震性能要求较高，为增加主梁整体性，提高抗震性能，可在主梁之间设置横隔梁，防止桥梁上部主梁的落梁现象，需在每片主梁的端部位置设置防震挡块。对于下部结构的抗震性能，为提高其延性，在双柱式墩的墩顶和墩底，以及桩顶都设置了加强箍筋。

2.5 全桥防护

桥址处于冲沟和黄土梁峁组合的地区，冲沟显U字形，沟底较深，雨水冲刷大，并且地表为极不稳定的湿陷性黄土，开挖时湿陷性黄土容易塌落，为了保障桥梁施工的顺利进行，基坑要做好坑壁的支护和排水等。施工结束以后，回填基坑并夯平压实，做好回填平台的排水防护工作。桥台处为挖方路段，为预防两侧边坡出现土体失稳情况，要在岸坡设置防护措施，从路基的边坡防护顺延至桥台处，全护面墙的第一级边坡设置在桥墩桥面宽度两侧3 m范围内，二级及以上边坡设置30 cm厚浆砌片石护坡。

3 结语

在山区U型沟地形条件下，桥梁桥墩的高度一般较高，跨越的地形比较复杂，设计时需要考虑的因素很多，通过对小口子大桥的分析，可得出如下结论：

1)对于上部结构的选择，因U型冲沟地形陡峭，致使桥墩的墩高差距很大，彼此之间刚度与计算长度不同，各桥墩的纵桥向变形也会因此不同，架设在其上的主梁易发生落梁。为防止落梁现象，上部结构宜采用整体性能较好的连续刚构或者连续箱梁。

2)由于U型沟的地形实际情况，桥梁一般具有墩高差距很大的桥墩，要根据具体桥墩高度采用不同形式的桥墩。当桥墩高度较低，应采用双柱式的桥墩，既能满足设计要求，又可减少对坡体破坏，降低混凝土的用量；而当桥墩较高时，下部结构多采用稳定性更好的矩形墩，增加墩柱的纵向刚度。

3)在实际公路桥梁设计中，如遇到其平弯半径较小的情况，桥梁的桥台桥墩需要采用径向布置，布梁设计中要以偏移1/2矢高的设计线为基准线，翼缘的内外悬臂长度比较均衡，能有效地避免外悬臂长度过长的问题。

4)雨水对山区深沟弯梁桥的冲刷作用很大，应采取多种防护措施，做好雨水导流、排放措施，确保施工顺利和运营安全。

[1] 张科峰.山区横向陡坡路段双柱式墩设计探讨[J].山西交通科技,2015(5):58.

[2] 邓育林,雷 凡,何雄君.山区横向陡坡路段双柱式墩设计探讨[J].山西交通科技,2015(5):58.

Discussion on the design of mountainous groove curved beam bridges

Xie Lei

(ShanxiCommunicationScienceInstitute,Taiyuan030006,China)

Combining with the engineering survey of Xiaokouzi Bridge along Shenchi-Kelan Expressway, the paper illustrates the design points for Xiaokouzi Bridge from the selection of bridge types, beam laying approaches, pier, and bridge protection, and sums up the factors in the bridge design under the trenches of mountainous regions, so as to provide some reference for similar bridges.

bridge, U-shaped trench, bridge pier, cantilever

1009-6825(2016)18-0165-03

2016-04-17

解 磊(1989- )，男，助理工程师

U442

A