1.山區高速公路的特點
山區高速公路的主要特點是地形地質復雜。地形復雜，表現為地面高差大，變化頻繁，橫坡陡；地質復雜表現為巖溶、滑坡、不穩定斜坡、崩塌、陡崖、煤氣地層等不良地質。受此影響，路線布設時平縱橫三個方面都受到約束，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。山區高速公路橋梁也相應具有上述特點，彎坡橋多，高墩大跨多，墩臺形式多，設計中必須協調解決好橋梁各細部構造與地形地質之間的關系。
2．山區高速公路橋梁設計的總體原則
(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的降低。同時,在路線方案設計中,盡量考慮了大型構造物兩頭接線順暢的需要。
(2)山區橋梁基本為跨越山谷而設置,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、小跨徑梁式結構。
(3)從經濟、適用、安全和方便施工出發,橋型選擇盡可能采用標準化、系列化、經驗成熟的預制裝配施工法,以確保工程質量、加快建設速度、降低工程造價。
綜合上述原則,橋梁上部結構均采用標準跨徑的預制梁板,受現場地形和運輸條件限制,需在沿線設置多個現場預制場,場地選擇須考慮至橋位的運輸、架設技術、經濟可行性。由于須跨越溝谷,墩高普遍較高,且半路半橋普遍存在,因此下部結構墩形的選擇是山區高速橋梁設計中的難點和要點。
3山區高速公路橋梁墩形的選擇
某高速公路全線穿越山區,地形、地質條件復雜,路線布設受地形制約,平面線形以曲線為主;路線在山嶺間穿越,為滿足縱坡的平穩過渡,須跨越山谷地段,橋梁構造物占路線長度比例較大,約為36.6%,橋墩普遍較高,大型橋梁構造物較多;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;橋梁建設受施工場地、運輸條件等的制約。
該項目后段33km路段均采用整體式雙向六車道,橋寬33.5m,左右幅橋梁分幅設計;半幅橋寬16.75m。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量,弱化橋下柱林現象,但會使下部蓋梁及橋墩尺寸因上部結構連續引起高墩尺寸偏大的情況下進一步增大;同時若采用雙幅雙柱式或單幅單柱式設計,則須采用預應力蓋梁,因此增加了工程造價和施工難度,影響施工進度;一幅橋的下部結構檢修維護也會對另一幅橋造成影響。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,對平曲線適應性強,蓋梁橫坡設置簡單,一般情況下蓋梁不需加寬,施工簡單、方便。
整體三柱式墩,其受力復雜,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,一般需設置預應力鋼束,并進行二次張拉,施工時間較長,施工難度較大;考慮山區地表的縱、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,三柱墩的受力不均勻性很明顯,經過不同墩高情況的計算分析可知: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到平均值的1~2倍。
從而造成彎矩分配極不均勻。因此,設計時必須準確掌握地面的實際變化情況,由于剪力分配差異過大造成樁基尺寸難于統一,需逐樁進行特殊設計,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應力,簡化了施工流程,施工方便快捷,難度大大減少。
（2）經濟性比較
以30mT梁橋墩為例,兩種墩形的工程數量及造價比較見表1。
表1  30m跨經T梁橋橋墩經濟性計較
由表1可見,兩種下部結構的造價較為接近。
3.2橫坡陡峭時的墩柱形式選擇
在橫坡陡峭的山坡上,為了減少樁基的自由長度,優化樁基直徑及配筋,減少對土體進行較大量的開挖,降低破壞山體植被,保護環境,須對墩身形式進一步比較。對于分離式雙柱墩,當單個墩身兩側柱底地面標高大于1m時,設柱底系梁可使土體零開挖。若采用獨柱(薄壁墩)配承臺樁基,則必然存在土體開挖,且其樁基較雙柱墩受力明顯提高,配筋相應增大;其承臺較之系梁配筋量大很多,因此雙柱墩在經濟、環保方面較獨柱薄壁墩優勢明顯,一般橋梁均采用雙柱墩,僅在有景觀要求的地方使用獨柱薄壁墩。
3.3高墩形式的比選
1）技術性比較
對于高度大于40m以上的高墩形式選擇對結構施工及運營階段的安全性、舒適性、經濟、美觀等具有較大的影響,因此有必要對高墩進行專門的比選研究。高墩主要有以下幾種形式進行: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。設計中計算分析表明:1)雙柱墩在制動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下產生過大的位移,影響施工安全。
2）經濟性比較
以40mT梁的40m高橋墩為例,4種墩形的工程數量及造價比較見表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)經濟性最優為雙柱墩,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低12%左右,經濟性明顯。
(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模,相對比較方便。由此,設計時可考慮取消箱形墩中采用的內隔板,盡量減少箱形墩的施工難度。箱形墩的縱向剛度較大,在施工狀態下墩頂的位移最小,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、施工安全與運營狀態的行車舒適性等因素,箱形墩均有較大優勢,該項目中的高墩均采用箱形墩。
4結語
山區等級速公路地質復雜地形多變，所過地區大多經濟薄弱在不同的地區，對橋梁的使用功能有不同的要求。特別是橋梁結構,由于所處的地理、地形、地質情況復雜,除巨型深谷、河川采用單孔大跨或超大跨的結構外,其他橋梁的上部結構以預制安裝的標準跨徑梁板為主,因此,下部結構橋墩成為設計的重點。因此，設計者要注意收集資科，根據全線的要求結合當地特點多比較分析，采用符合實際的橋梁方案，選擇符合情況的設計方法．這樣才能使橋梁設計達到安全、適用經濟、美觀的要求。
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