探讨高速公路桥梁设计中的墩

摘要: 我国幅员辽阔，大部分地区以山区、丘陵地貌居多。

随着我国经济建设的发展，在山区修建的高速公路越来越多，山区高速公路地形地质复杂，构造物多，桥梁隧道总长占路线长度的比例大，有的山区高速公路，桥隧比例高达70%―80%。

本文针对山区高速公路桥梁设计中的墩形选择为特点，总结在山区高速公路桥梁(主要是下部结构)设计中遇到的问题以及解决办法,归纳出对该类结构设计的一些基本思路。

毕业论文网 　　关键词:山区高速公路；特点；墩型；选择 　　1.山区高速公路的特点 　　山区高速公路的主要特点是地形地质复杂。

地形复杂，表现为地面高差大，变化频繁，横坡陡；地质复杂表现为岩溶、滑坡、不稳定斜坡、崩塌、陡崖、煤气地层等不良地质。

受此影响，路线布设时平纵横三个方面都受到约束，一般就是平曲线多，平面半径小，纵坡大，桥梁比例高，横坡陡，半边桥和高挡墙多。

山区高速公路桥梁也相应具有上述特点，弯坡桥多，高墩大跨多，墩台形式多，设计中必须协调解决好桥梁各细部构造与地形地质之间的关系。

2．山区高速公路桥梁设计的总体原则 　　(1)考虑高速公路的路桥配合,原则上桥位服从路线,不因桥位选择造成路线过多绕行或线形指标的降低。

同时,在路线方案设计中,尽量考虑了大型构造物两头接线顺畅的需要。

(2)山区桥梁基本为跨越山谷而设置,沿线较少有大的河流和被交道路,桥梁所需跨径不大,因此桥型均采用中、小跨径梁式结构。

(3)从经济、适用、安全和方便施工出发,桥型选择尽可能采用标准化、系列化、经验成熟的预制装配施工法,以确保工程质量、加快建设速度、降低工程造价。

综合上述原则,桥梁上部结构均采用标准跨径的预制梁板,受现场地形和运输条件限制,需在沿线设置多个现场预制场,场地选择须考虑至桥位的运输、架设技术、经济可行性。

由于须跨越沟谷,墩高普遍较高,且半路半桥普遍存在,因此下部结构墩形的选择是山区高速桥梁设计中的难点和要点。

3山区高速公路桥梁墩形的选择 　　某高速公路全线穿越山区,地形、地质条件复杂,路线布设受地形制约,平面线形以曲线为主;路线在山岭间穿越,为满足纵坡的平稳过渡,须跨越山谷地段,桥梁构造物占路线长度比例较大,约为36.6%,桥墩普遍较高,大型桥梁构造物较多;桥位处纵、横断面地形起伏大,在同一座桥梁中,相邻桥墩高度甚至同一桥墩的墩柱高度差别都有可能很大;桥梁建设受施工场地、运输条件等的制约。

该项目后段33km路段均采用整体式双向六车道,桥宽33.5m,左右幅桥梁分幅设计;半幅桥宽16.75m。

若下部桥墩采用全幅双柱式或单幅单柱式,尽管可以减少下部桥墩数量,弱化桥下柱林现象,但会使下部盖梁及桥墩尺寸因上部结构连续引起高墩尺寸偏大的情况下进一步增大;同时若采用双幅双柱式或单幅单柱式设计,则须采用预应力盖梁,因此增加了工程造价和施工难度,影响施工进度;一幅桥的下部结构检修维护也会对另一幅桥造成影响。

因此,后段工程全线均采用单幅双柱式墩。

3.1分离式双柱墩与整体式三柱墩的比较 　　（1）技术性比较 　　两种墩形的断面形式见图1。

图1墩柱形式图 　　分幅双柱墩,其受力明确,对平曲线适应性强,盖梁横坡设置简单,一般情况下盖梁不需加宽,施工简单、方便。

整体三柱式墩,其受力复杂,盖梁受力较大,桩基受力不均,中桩配筋与边桩不同,在一般平曲线半径下盖梁需加宽;且整体式盖梁为降低梁高,一般需设置预应力钢束,并进行二次张拉,施工时间较长,施工难度较大;考虑山区地表的纵、横坡均较大,特别是同一横断面上较大地面落差造成墩柱高度差别很大时,三柱墩的受力不均匀性很明显,经过不同墩高情况的计算分析可知:三柱墩的受力中最矮的墩柱及桩基随着地面横坡的变化所分配的剪力可达到平均值的1~2倍。

从而造成弯矩分配极不均匀。

因此,设计时必须准确掌握地面的实际变化情况,由于剪力分配差异过大造成桩基尺寸难于统一,需逐桩进行特殊设计,无疑将加大工程难度。

在相同的地形条件下,分幅双柱墩的双柱之间高差将大大减少,与整体三柱墩相比,墩柱受力均匀明确,盖梁一般不用加宽及施加预应力,简化了施工流程,施工方便快捷,难度大大减少。

（2）经济性比较 　　以30mT梁桥墩为例,两种墩形的工程数量及造价比较见表1。

表130m跨经T梁桥桥墩经济性计较 　　 　　由表1可见,两种下部结构的造价较为接近。

3.2横坡陡峭时的墩柱形式选择 　　在横坡陡峭的山坡上,为了减少桩基的自由长度,优化桩基直径及配筋,减少对土体进行较大量的开挖,降低破坏山体植被,保护环境,须对墩身形式进一步比较。

对于分离式双柱墩,当单个墩身两侧柱底地面标高大于1m时,设柱底系梁可使土体零开挖。

若采用独柱(薄壁墩)配承台桩基,则必然存在土体开挖,且其桩基较双柱墩受力明显提高,配筋相应增大;其承台较之系梁配筋量大很多,因此双柱墩在经济、环保方面较独柱薄壁墩优势明显,一般桥梁均采用双柱墩,仅在有景观要求的地方使用独柱薄壁墩。

3.3高墩形式的比选 　　1）技术性比较 　　对于高度大于40m以上的高墩形式选择对结构施工及运营阶段的安全性、舒适性、经济、美观等具有较大的影响,因此有必要对高墩进行专门的比选研究。

高墩主要有以下几种形式进行:箱形墩、柱式墩、工字形墩和矩形墩,其截面如图2所示。

图2 高墩的截面形式（单位：cm） 　　以上4种墩形截面形式的面积之比为1:0.939:1.333:1.304,抗弯惯矩比为1:0.316:0.510:0.584。

由此可见,箱形墩刚度最好,混凝土材料也较少(与混凝土用量最少的双柱式墩接近,较后两者少近1/3),双柱式墩尽管混凝土用量最少,但刚度仅为箱形墩的1/3。

设计中计算分析表明:1)双柱墩在制动力作用下梁端纵向位移最大,箱形墩最小;2)由于刚度太小,使得双柱墩的墩顶在施工状态下产生过大的位移,影响施工安全。

2）经济性比较 　　以40mT梁的40m高桥墩为例,4种墩形的工程数量及造价比较见表2、3。

表240m跨径T梁箱形墩和柱式墩经济性计较表 　　 　　表340m跨径T梁矩形墩和工字形墩经济性计较表 　　 　　上述比较表明: 　　(1)刚度最大为箱形墩,双柱墩的刚度最小。

(2)经济性最优为双柱墩,其余依次为箱形墩、工字形墩和矩形墩,箱形墩较工字形墩和矩形墩造价低12%左右,经济性明显。

(3)在4种墩柱中,箱形壁墩与矩形墩的美观性较好,但在施工上由于双柱墩、矩形墩与工字形墩不需内模,相对比较方便。

由此,设计时可考虑取消箱形墩中采用的内隔板,尽量减少箱形墩的施工难度。

箱形墩的纵向刚度较大,在施工状态下墩顶的位移最小,可显著增加施工架梁过程中的安全性。

因此,综合考虑墩柱美观、施工安全与运营状态的行车舒适性等因素,箱形墩均有较大优势,该项目中的高墩均采用箱形墩。

4结语 　　山区等级速公路地质复杂地形多变，所过地区大多经济薄弱在不同的地区，对桥梁的使用功能有不同的要求。

特别是桥梁结构,由于所处的地理、地形、地质情况复杂,除巨型深谷、河川采用单孔大跨或超大跨的结构外,其他桥梁的上部结构以预制安装的标准跨径梁板为主,因此,下部结构桥墩成为设计的重点。

因此，设计者要注意收集资科，根据全线的要求结合当地特点多比较分析，采用符合实际的桥梁方案，选择符合情况的设计方法．这样才能使桥梁设计达到安全、适用经济、美观的要求。

参考文献: 　　[1]JTGD60—2004公路桥涵设计通用规范[S]. 　　[2]JTGD62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]. 　　[3]JTGD63—2007公路桥涵地基与基础设计规范[S]. 　　[4]项海帆等.公路桥梁抗风设计指南.人民交通出版社，1996 　　[5]陈四德,李章喜.山区高速公路桥梁设计探讨[J].中外公路,2006 　　 　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。