复杂地形条件下山区高速公路桥梁方案设计

(1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210000；2.长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室,江苏 南京 211112)

红河州建水(个旧)至元阳高速公路采用双向4车道标准，设计时速80 km/h，标准路基宽度25.5 m，建水段起点设庄子河枢纽接鸡石高速、个旧段起点设蚂蟥塘枢纽接在建新鸡高速、终点设呼山枢纽接在建元蔓高速，路线全长124 km,地形较为复杂，属于典型山区高速公路。

山区高速由于受复杂地质条件限制，同时兼顾地形、地貌、气象、水文、环保等因素，通常桥梁比例大且设计复杂，同时对施工、养护、维修等带来较大困难，因此准确把握山区桥梁设计原则，协调好总体设计与细部设计，是设计人员最为迫切的追求[1-5]。

1 项目特点

1.1 沿线地形起伏、差异性大

项目位于云贵高原南缘、哀牢山和红河东侧，总体上属构造溶蚀侵蚀中山区,地形地貌较复杂，主要表现为：地势南西低北东高，地形起伏大，山体陡峻，冲沟发育，地形中等切割，发育构造断陷岩溶盆地。区内最高点位于北侧白石岩，高程2226 m，最低点位于红河河谷，工程区范围内最低高程220 m，相对高差达2000 m。

1.2 地质病害多，技术难度高

全线地质调绘显示不良地质主要为岩溶、活动断裂、高地应力、高地温，其次为滑坡、岩堆、采空区等，特殊性岩土主要为花岗岩残积土、红黏土等，见图1。路线布设时，桥址选择既要兼顾路线总体走向，又要符合大跨高墩桥的布设原则，兼顾安全、适用、环保的基础上进一步降低造价。

图1 现场地形地貌

1.3 环境保护、水土保持要求高

本项目沿途地形地貌变化大，路基高填深挖段落多，弃方量大。路线方案布设时应注重环境保护、水土保持，尽量减少并妥善处理好路基弃方,最大限度地掩盖人工和施工的痕迹，并与自然环境协调，使道路交通与沿线自然风景相配合，构筑公路沿线生态旅游景区。

2 装配式预应力混凝土T梁桥

2.1 横断面布置

本断面T梁横向布置可以依据通用图推荐，采用边板悬臂100 cm、湿接缝45 cm的6片梁方式，见图2。

图2 T梁标准断面布置(单位： cm)

2.2 上部桥型方案

本项目常规跨径桥梁采用模拟方法，按不同的桥高度做桥型比选。大致可将墩高分为H≤20 m 、20 m45 m这4种范围，对H≤35 m预制结构进行装配式预应力混凝土T梁和装配式预应力混凝土箱梁比选、对H>35 m预制结构进行装配式预应力混凝土T梁的跨径比选。

方案比较时采用单幅桥宽12.75 m为典型代表，桥长按各跨径不同组合，等长度进行比较，见表1。

表1 桥梁经济性比较平均墩高/m上部结构跨径布置/m综合建安费/万元15T梁6×20576箱梁4×3058530T梁5×301007箱梁5×3092440T梁6×401920T梁8×30205670T梁5×402068T梁4×501761

综合比选：①当墩高H≤20 m，在山区跨越山沟、山凹等；在坝区跨越水沟、河流，且无净空限制时，优先选择20 m T桥。②当墩高20 m45 m时，50 m T梁造价相对较低，但考虑到深山区吊装施工条件及对曲线路段布梁的适应性，建议采用40 m T梁。

本项目桥型方案的拟定是以上述经济指标为基本依据，同时吸收了云南省多年来山区高速公路桥梁设计、建造方面卓有成效的经验和方法，并考虑高跨比协调美观和施工标准化，在墩高差别不大的前提下，同一段落的桥梁跨径适当统一。

2.3 桥梁下部及基础

桥墩形式的选用，从结构受力、对水流影响、环境保护、施工工艺水平、工程造价、美观协调等方面综合考虑，推荐采用柱式墩、箱型薄壁墩等结构形式，见表2。

表2 下部结构形式表墩高/m拟采用的桥墩形式上下部连接方式≤35双圆形柱式墩橡胶支座35～65双矩形实心墩橡胶支座或墩梁固结>65变截面箱型薄壁墩橡胶支座或墩梁固结

墩高较低时尽量以圆墩为主,当墩高较高时可采用矩形截面以提高截面承载力，其桥墩与基桩通过方形承台连接，见图3。柱式墩墩高H>7 m设置底系梁以增加桥墩整体刚度，斜坡上的底系梁宜靠近较高一侧桩柱地面处设置，以减少施工开挖、降低对环境的破坏。柱式墩墩高H>15 m设置柱间系梁，降低桥墩横向地震响应。T梁墩高大于35 m时采用墩梁固结体系。

图3 矩形墩布置图(单位： cm)

桥台一般可采用U型台、肋板式台、座板台和柱式台。当地质条件较好、台后填土高度小于5 m时可考虑采用柱式台；填土高度较高时可采用肋板式台；当地质条件较好且桥台位于挖方路段时,可采用座板式桥台；当桥头纵横向地形陡峭，无法放坡时，可采用U型台。山岭重丘区的桥梁，由于地面坡度较大，为减少基础工程量，避免深挖基坑带来的地质病害，基础型式宜采用桩基础。

3 钢混组合梁桥及预应力混凝土连续刚构桥

钢-混凝土组合结构自重轻，延性高，抗震性能好，制造安装成本低，施工速度快，具有良好的力学性能和社会经济效益，标准断面见图4。

本项目地形起伏大，地质条件好，高墩桥梁较多，根据本项目桥梁特点，对宽阔“U”型沟谷进行70 m跨径的组合钢板梁与40 m装配式预应力砼T梁方案比选、对陡峭“V”型沟谷进行70 m跨径的组合钢板梁与变截面连续刚构方案比选。

就这两句话，让大家都沉默了，不约而同地向ICU门口望过去，突然意识到打什么打，现在救活权筝比什么都重要。

图4 钢板组合梁标准断面(单位：cm)

乍甸大桥为跨越冲沟而设置，桥位处桥梁分别跨越通村公路、冲沟及S212，地形起伏较大，沟谷整体呈“U”字形，谷宽约500 m、平均墩高约60 m，且桥长不受水文控制，现采用(60+3×70)m+4×40 m双工字形钢板组合梁+T梁、11×40 m T梁2个方案比选，见表3。

豹子冲大桥为跨越冲沟而设置，地面标高1384.3～1 522.7 m，高差138.4 m，沟谷整体呈“V”字型，口宽750 m。现采用4×40 m+(65+120+65) m+8×40 m变截面预应力砼连续刚构+T梁、3×40 m+(50+3×70+50)m+7×40 m双工字形钢板组合梁+T梁2个方案比选，见表3。

表3 钢板组合梁方案比较表墩高/m上部结构跨径布置/m综合建安费/万元88钢板组合梁(60+3×70)+4×405868T梁11×405947钢板组合梁+T梁3×40+(50+3×70+50)+7×4012372109砼连续刚构+T梁4×40+(65+120+65)+8×4014145

4 组合梁斜拉桥及钢桁梁悬索桥

红河特大桥位于元阳县南沙水电站库区内,是红河州建水(个旧)至元阳高速公路上的关键控制性工程。

4.1 桥位分析

依据路线总体走向，初拟定6个桥位进行方案论证与比选，桥址处属于中高山河谷地貌，两岸地形坡度陡峭，覆盖层一般0.5～3.0 m，低凹部位达10 m多，地表出露的灰岩块石多呈中等风化，钻孔揭露局部有夹层风化现象，溶隙、溶孔等溶蚀现象发育，钻孔岩芯发育蜂窝状溶蚀孔洞，孔洞最大直径2 cm，溶隙溶孔充填锈膜，见图5。

图5 红河特大桥地形地貌

受地形地质条件及南沙水电站安全要求的限制，重点比选2号线位与5号线位，见图6。

2号桥位方案：路线由他白依村东侧开始设置他白依隧道(2 500 m)向西，出隧道后沿大湾道班山脊布线，设置红河特大桥跨越红河，至呼山，该段路线里程约10.5 km，工程造价约15.7亿元。

5号桥位方案：比较段路线起点同2号桥位，由他白依村东侧开始设置他白依隧道(3 730 m)向西南，由于该桥位处红河两岸地势较陡，出隧道后直接设置红河特大桥跨越红河，并设置甘蔗山隧道至呼山，该段路线里程约11.2 km，综合工程造价约18.4亿元。

图6 桥位示意图

综合比较，2号桥位建设里程较短，红河特大桥建设实施条件好，结构安全性好，综合工程造价低，综合优势较为明显。

4.2 桥型方案

4.2.1 工字型组合梁斜拉桥

基于红河特大桥的地形地质特点，采用主跨跨

径相对较小、塔墩高度相对较大斜拉桥方案较好地平衡了跨径与墩高之间的矛盾。根据两岸地形接线及合理的边中跨比，斜拉桥采用(188+420+188)m 3跨连续漂浮体系,边中跨比0.447。索塔处设置横向限位支座，纵向设置阻尼限位装置，下部桥墩较高，边跨未考虑设置辅助墩，见图7。

图7 斜拉桥总体图(单位：m)

采用混凝土桥面板代替受力复杂的正交异性板，桥面刚度大，对桥面板及桥面铺装受力有利；梁段分块制造，现场散件组装，现场安装工作大，梁段吊重小，桥面吊机要求低，现场安装周期稍长。

4.2.2 钢桁梁悬索桥

红河河谷为“V”型剥蚀谷，桥址处地质条件较好，适合建造锚碇，但由于山势陡峭，跨径较小时桥墩高度超高施工困难，桥跨度取大为宜，另外考虑到悬索桥造型美观与周边环境和谐，拟采用900 m单跨钢桁梁悬索桥方案，见图8。

图8 悬索桥总体图(单位： m)

采用单跨双铰体系，边跨设引桥；加劲梁采用钢桁梁，结构整体刚度较大，结构竖向变形较小；依据地形地质条件，起点侧锚碇采用重力式锚碇、终点侧采用隧道锚；钢桁梁组件在工厂加工，在现场拼装，而后采用缆索整体吊装，施工方便，施工风险较小，施工措施费用低。

综合必选推荐斜拉桥，该方案外观协调挺拔、简洁美观、与周围环境协调，较好地平衡了跨径与墩高之间的矛盾；工程规模较小，整体造价较低；施工工期较短。

5 结论

山区高速公路桥梁具有与地形地貌相关的特点，给桥梁设计、施工、养护等带来困难和挑战，因此设计人员应遵循“安全、适用、经济、美观、环保”的理念，抓住山区桥梁特点把控好总体方案，桥型布置及结构设计应依据公路线形条件，结合地形、地质、水文等统筹考虑，积极采用新结构、新设备、新材料、新工艺，达到“以人为本”的建设理念。

[1] 葛胜锦.山区高速公路桥梁的设计方法与实践 [J].公路,2008(9):237-244.

[2] 朱敏方.山区高速公路桥梁设计探讨[J].公路,2003(5):33-37.

[3] 吴玲正.墩形选择对山区高速公路桥梁设计的影响[J].中外公路,2011，31(5):167-170.

[4] 黎立新，何智勇，尚峰.山区高速公路常规桥梁选型设计[J].公路,2008(8):46-50.

[5] 陈奉民.关于山区高速公路桥梁勘察设计技术的思考[J].公路交通技术,2013(6):74-79.