山区桥梁―富水峪桥的设计浅谈

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摘要：该文结合工程实例介绍了山区桥梁上下部结构设计中遇到的问题，及应对这些问题时本工程中采用的方法。

关键词：山区桥梁 弯箱梁 独柱墩 工程实例

随着我国交通事业的快速发展，山区中的高等级公路越来越多。由于受地形和自身线形的限制，在穿山越岭时难免遇山凿洞，逢沟谷河溪架桥，桥梁在公路中占据比例日益增大。山区主要特点是地形、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、不良地质等。山区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。

本文将结合门头沟富水峪桥改建工程具体实例阐述山区桥梁的一些特点。

1 工程概况

2 桥梁设计

桥梁设计完全符合路线线形，桥梁的平面布置，基本上服从整体线形布置的要求，桥梁纵坡也应服从路线纵坡。桥型总体布置图见图1。

图1 桥型总体布置图（尺寸单位：cm）

2.1上部结构

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2.2下部结构

桥台为U型桥台、扩大基础，台身采用M15砂浆砌MU60块石；桥墩为独柱墩接扩大基础。墩台基础顶做铅丝石笼防护。

3弯梁的受力特点及设计采用措施

3.1弯桥受力特点

弯桥最主要的受力特点是，梁截面在发生竖向弯曲时，由于受曲率的影响，必然产生扭转，而这种扭转作用又将导致梁的挠曲变形，即“弯-扭”耦合作用。这一作用使弯桥具有以下各项受力特点。

⑴由于弯扭耦合，弯桥的变形比同样跨径直线桥要大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显，当梁端处横桥向约束较小时，梁体有向曲线外侧滑移的趋势。

⑵弯桥即使在对称荷载作用下也会产生较大的扭转，通常会出现弯桥的外侧梁荷载超重，内侧梁荷载的卸载，内外梁产生应力差别。这种现象在小半径的宽桥中尤其明显。

⑶弯桥的支点反力与直线桥相比，有曲线外侧变大、内侧变小的倾向，内侧甚至产生负反力。当曲率半径小，恒载较小时，应注意在设计上控制内侧支点的负反力，必要时应在构造上采取相应的措施，设置拉压支座，同时应防止外侧支座超载。

⑷弯桥的中横梁，除具有直线桥中的功能外，还是保持全桥稳定的重要构件，与直线桥相比，其刚度一般较大。

⑸弯桥中预应力效应对支反力的分配有较大影响，计算支反力时必须考虑预应力效应的影响。[1]

3.2设计中采用的措施

3.2.1截面选择

弯桥外边缘的挠度大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一趋势就越明显。曲线梁在垂直荷载作用下，同时产生弯矩和扭矩，且两者相互耦合，致使在通常条件下，曲线梁桥的挠曲变形要比同一跨径的直梁要大。因此，在选择主梁截面形式时，应使设计截面具有较大的抗扭刚度。

本桥采用单箱双室箱形截面，箱式截面具有挖空率高，材料用量少，结构自重小，抗扭刚度大，截面应力分配合理等优点，而双室式的腹板总厚度大，对截面抗剪也比较有利。

3.2.2横隔梁设置

曲线梁桥中的横隔梁起着增强主梁抗畸变刚度和加强梁内曲线预应力束锚固等作用。为此，本桥除在支撑处设置外，25米的中跨增设三道横隔梁，20米边跨增设一道横隔梁。这样既增加了主梁刚度，又不至于增加过多主梁自重。

3.2.3梁长控制

一般弯梁的半径尽量采用大值，联长不宜过大。本桥受工程条件的限制，增大弯梁的半径是比较困难的，但我们适当控制了梁的总长，跨径为20+25+20米，这样，淡化了弯梁的力学特性，使其更接近于直梁。

3.2.4预应力束径向力

曲线梁桥的预应力钢束径向力一般比较大，尤其对于此小半径梁桥作用更大，设计时必须考虑其对主梁腹板曲线内侧混凝土的压力，这种压力可引起腹板崩裂和钢束崩出主梁。因而此次设计时我们在曲线外侧的腹板内设置了足够数量的防崩钢筋。

3.2.5独柱墩设置

桥梁下部结构采用独柱支承方式，交承点的位置对结构受力尤为重要。此外由于独柱支承曲线梁桥中支点抗扭能力弱，所以必须在桥梁两端部设置抗扭支承，以增加桥梁的整体稳定性。

设计时将独柱墩的横向刚度适当增大，将其顶部扩大成直径2.4米的锤状，并在上面放置双支座。这样既达到了抗扭的效果，又不会对结构的美观造成太大影响，增加了桥下的透空度。

3.2.6偏心考虑

有些独柱式点铰支撑桥墩的连续弯梁中，上部结构传来的扭矩是由桥的梁端通过设置抗扭支承来传递扭矩，中支点的作用只是起到减少弯曲长度的作用，为了使配筋设计更合理，可在中墩的点铰支承处，给与一定的横向预偏心，这就可达到人为的调整梁内的扭矩分布，以使人为的控制沿梁长方向梁内的扭矩峰值。[3]

但本桥在S型曲线上，经计算扭矩不是很大，故此设计在独柱墩采取双支座的方法。

4 下部结构设计遇到的问题

山区主要特点是地形、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、不良地质等。本工程所处地理位置地形复杂，岩性多变，地质构造发育、岩土体工程地质和水文地质条件参差不齐，主要为第四纪沉积岩。

4.1桥台

由于桥头两侧桥位处的地质情况不一样，故两桥台也分情况设计。

0号桥台侧为高填方堆积层，起初计划直接做桩基础，但实际发现填土表面松散、易滑落，容易出现滑坡危险，坡顶为109国道，考虑基坑边壁的稳定性，经设计评审，将此处改为U型桥台。U台的特点是结构简单，基础底承压面大，应力较小；但由于桥台高，圬工体积较大，两侧墙间的填土容易积水，除增大土压力外并易受冻胀，而使侧墙裂缝。本次设计时充分考虑了可能的土压力，并在桥台中间用渗水性土填筑，同时为了防止不均匀沉降，基底标高处换填天然砂砾压实处理。

3号桥台侧为的岩石，起初计划在基岩上直接做基础，但施工过程中凿平岩石表面时发现其为强风化基岩，成片状剥落，凿至地面下1米标高处才基岩情况才良好，故此处也用U型桥台，依基岩而建，基础底部在基岩中植筋处理。

为了锚固栏杆基础的预埋筋，侧墙上部30cm采用C30混凝土浇注，并与侧墙下部块石结构做成锯齿形连接，这样即可增强锚固，又可节省钢筋。桥台外形见图3。

4.2桥墩

独柱墩在弯梁桥中日趋广泛使用，尤其当连续曲线箱梁桥的曲率半径较小时应用最多，它有利于桥下空间范围大，阻水小，且有利于整个桥型的美观。

经过地质勘探，桥墩处多为大粒径的漂石，若采用桩基础，打桩困难，故此处也采用扩大基础，基础顶做铅丝石笼防冲刷处理。设计时扩大基础不但进行了承载力验算，也合理控制了偏心距，尽量使基础应力分布均匀。

5 结语

现浇预应力混凝土连续弯箱梁因其造型优美、线形顺畅、造价合理等优点，而在现代公路、城市立交桥梁中得到非常广泛的应用，而独柱支撑的弯箱梁更因其下部结构固有的灵活、轻盈等特点成为目前经常采用的结构形式。

本文结合山区桥-富水峪桥的工程实例，浅析了从上部结构设计到下部结构的选取中考虑和遇到的几个问题。

山区桥梁的设计比平原桥要复杂得多，每个工程具体情况各不相同，不能一概而论，具体的设计过程中，准确、全面的结构受力分析才是保证我们的设计不出现质量问题的最有效手段。

参考文献

[1] 范立础.桥梁工程.北京.人民交通出版社，2001.

[2] 谢智敏，曹卫力.弯梁桥常见问题分析.广西交通科技，2003.

[3] 邵容光，夏淦.混凝土弯梁桥.北京.人民交通出版社，1996.

[4] 何景华.公路实用勘测设计.北京.人民交通出版社，2000.

[5] 江租铭、王崇礼.墩台与基础.北京.人民交通出版社，1994.

作者简介：赵燃，（1980-），男，山西临汾人，工程师，学士，主要从事桥梁设计工作。