关于高等级公路桥梁总体方案设计的探讨

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一、前官

高等级公路桥梁设计时应遵循安全、适用、经济、美观和有利环保的原则，因地制宜，结合当地自然条件和地质条件，以及施工期间材料供应、施工要求及竣工后使用效果等因素，进行综合考虑，尽可能地做到技术可行、方案经济合理、美观、简浩，并尽量做到标准化、系列化和施工机械化以加快工程建设进度，降低造价。

二、高等级公路桥梁总体设计原则

(1)垒面贯彻“技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理”的原则和现代桥梁简洁、舒适、协调的设计理念，综合考虑水文、地质、通航、环境保护等控制因素。桥型结构在力求形式统一，结构标准化的基础上兼顾景观。

(2)充分考虑地形对结构物形式、规模、技术难度的影响。如陡坡地形，海滩地形，结合桥位处地形特点，择优选择技术成熟、施工方便、经济实用的常规结构型式。多跨长桥尽量采用标准化设计，保证施工质量和加快施工进度，有效降低工程费用。

(3)考虑公路的运营舒适性的要求，以及为避免桥面裂缝，对3孔以上的多孔桥均采用先简支后连续结构体系。

(4)改善桥梁结构的视觉效果，桥梁的配跨应与地形、墩身高度相适应，强调墩柱与上部结构的协调性，使桥梁与路线在立面和平面上形成顺适、流畅的立体曲线，并与自然景观融为一体，尽可能地减少由于公路建设产生的对自然的影响。

(5)一般大、中、小桥桥位平面线形服从路线总体布设需要，做到桥位处平面线形与道路线形协调一致，平顺流畅。对于特大桥，则综合考虑路线与桥位优劣。

(6)对于地质特殊不良地段，桥梁跨径选择除满足跨越要求外，经济比较后一般选择中等偏大的跨径，以减少桥梁造价。

(7)对于跨越河流、沟渠的桥梁，孔径、跨径和桥长设计时，注意到满足河流顺畅排泄、灌溉或水运通航之需要，特别是当水中墩与航道，水流方向存在斜交角时，考虑适当加大桥梁跨径。

三、桥梁布孔原则

桥梁的布孔关系到桥梁的造价。跨径和孔数不同时，上部结构和墩台的总造价是不同的。在桥梁长度确定后，跨径越大，孔数愈少，上部结构的造价就增大，而墩台的造价就减小，跨径愈小，孔数愈多，上部结构的造价减小，而墩台的造价就增大。最经济的跨径就是要使上部结构和墩台的总造价最低，因此当桥墩较高或地质不良，基础工程较复杂而造价较高时，桥粱跨径就选得大一些；反之，当桥墩较矮或地基较好时，跨径就可选得小一些。桥梁孔径选择原则如下：

(1)桥梁的布孔应对结构受力有利

桥跨拟定时应结合上部结构形式、桥高、跨径大小、桥梁结构受力等因素综合考虑，避免桥梁分孔仅考虑对桥台及台后填土高度的控制，对桥梁结构受力合理性、经济合理性、美观等方面缺乏考虑。

(2)桥梁的布孔应避免基础施工费用无谓增加

跨径拟定及分孔布置时，尽量避免桥墩位于河床的深水槽、山谷的谷底，减少基础施工难度的同时，降低工程造价。

(3)桥梁布孔尽可能根据地形条件选用标准跨径。

桥梁布孔是个非常复杂的问题，各种各样的条件和要求往往相互矛盾。从设计经验分析可以得出：桥墩增高与跨度增大的经济效果不同，在一定的高度范围内，墩高增加后相应的单位混凝土造价有所降低，而跨度的增大会引起上部结构形式的改变、断面尺寸的增大、施工方法的改变和技术难度的增大。通常情况下，在没有通航及洪水位要求，基础施工难度不大的情况下，从经济角度考虑，小跨度桥梁较大跨度桥粱有利。

四、桥型方案选择

4.1桥梁上部结构设计要点及思路

(1)尽可能采用标准化预制构件，以便桥梁上、下部能平行作业，利于加快施工进度，确保工程质量、降低工程成本、缩短工期。

(2)合理布置跨径

在满足排水、泄洪、通航等基本功能要求的条件下，尽可能采用经济跨径，以降低工程造价。

(3)各种标准跨径上部构造经济比较

目前，标准跨径装配式结构跨径20m以下的目前最常采用的1.25m宽幅空心板，相应上部构造不再进行经济比较。跨径在20～50m的上部构造形式主要为预应力空心板、预应力混凝土T型梁、组合小箱梁等。20m以上跨径空心板考虑到结构的使用经济性，以及从通车运营使用情况看，鉴于大跨径空心板横向铰缝连接问题更加突出，也不推荐采用。因此对于常规桥梁，大于20m跨径桥梁着重对25～40m跨径上部结构作比较。

20m跨径的上部构造形式中，T型组合粱混凝土指标最低，其次是组合小箱梁，其缺点是粱高尺寸较大，预应力砼空心板主要经济指标相对较高，但预制梁高度小，上部构造轻盈美观。由于跨径20m的上部构造主要运用于墩高不高的桥梁，桥梁建筑高度过大则与桥梁墩高不协调，影响桥梁美观。经综合比较，当上部构造采用20m跨径时，选用空心板梁。

跨越特殊位置的桥梁，考虑到功能要求及施工条件等因素.采用悬臂浇注变截面预应力混凝土连续箱梁，现浇预应力混凝土连续箱梁、斜拉桥、拱桥等特殊结构，并进行综合比选。

4.2桥梁下部结构设计要点及思路

(1)桥梁墩台型式选择应符合因地制宜、就地取材和便于施工、养护的原则，达到技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、与周围环境协调、造型美观的目的。

桥台方案确定时，主要根据桥位处地质条件，台后填土高度及桥梁规模进行综合考虑。桥墩的设计，从造价方面分析，圆柱墩的经济性能最好，其次是矩形墩，然后是空心薄壁墩；从施工上考虑，圆形断面施工工艺最简单，质量易于控制，其次是矩形断面，而空心截面施工工艺最复杂，按照现有的施工工艺水平，施工质量不易控制；基础型式：主要从地质条件、施工难易程度、结构安全性、工程造价和环境保护等方面综合考虑，对于地质条件较好的位置，采用扩大基础，对于地质条件较差，软土较深的位置，采用钻孔灌注桩基础。当持力层埋深小于5.Om时，一般采用浅基；当持力层埋澡为5～6m时，若持力层为硬质岩层，一般采用浅基，否则采用桩基。当持力层大于6m时，采用桩基。在山坡上的墩台当选用扩大基础等浅基形式时，应避免因基坑开挖，导致山体崩塌或滑动，江河中的浅基础埋置深度应满足洪水冲刷的要求。

(2)下部结构型式的选取

一级公路桥梁下部结构，基础一般采用桩基础，持力层埋深较浅时可采用扩大基础。桥墩可采用排架式、柱式、框架式、变截面实体花瓶式、Y形实体式、薄壁实体式、空箱式等形式。桥台可采用柱式、肋板式、坐板式、u形重力式、扶壁式等形式。

同一桥位只要地质资料确定，墩台基础只是选用扩大基础或桩基础型式的问题，工程费用基本确定。不同标准跨径下部结构型式比选的关键因素主要取决于桥墩型式的选择。

通过对以往类似工程的桥型统计分析表明，当墩高小于30m时，柱式墩、Y形墩是最实用、最经济的桥墩型式.柱式墩工艺成熟，提升滑模施工快，与桩基础衔接性好， Y形墩外观俊美，但施工相对复杂，施工支架较多，工期长，需要设大体积承台，基坑开挖对自然环境破坏较大。根据本项目特点，推荐采用柱式墩。

4.3桥型方案选择

不同标准跨径桥型方案的比选，取决于桥梁跨高比、地形地质条件、设计施工经验，地区的习惯做法以及桥梁美学的要求，就上部结构而言，材料指标总体随着跨径的增加而增大，因此对桥梁不同跨径桥型方案的选取，必须结合下部结构的材料指标，通过经济指标比较并结合施工、地形地质条件综合考虑。

对于桥梁跨径选择，应根据地质条件的不同，设计假定在同一桥位，在相同的施工条件下，应对不同跨径预制T型梁进行比较。对于同一项目，应避免跨径过于凌乱，减少跨径种类，降低施工造价。

五、结语

高等级公路桥梁总体方案设计是一个复杂而庞大的工程，需要综合运用各专业的相关知识，统筹考虑。通过运用上述设计原则和具体做法，使本项目的桥梁设计较为合理，通过对桥梁上下部结构的比较，使全线桥粱比较好地与路线和自然相融合，较好地控制了工程规模，成为一条可持续发展的景观、生态、旅游公路，不仅节约了大量的资金，更重要的是还取得了很大的社会效益。