简介： 结合以往山区高速公路桥梁设计经验，来介绍汤口至屯溪高速公路初步设计中桥型方案设计。
关键字：高速公路桥型 方案设计
1 概述
汤口至屯溪高速公路既是国家重点干线天津至汕尾公路的重要组成部分；又是安徽省公路主骨架中的“一纵”，还是连接“两山一湖（黄山、九华山、太平湖）”旅游的交通要道及“黄山～衢州～南平”与“黄山～千岛湖～武夷山”大旅游路线的重要组成部分。
汤口至屯溪高速公路是我省继铜陵至汤口高速公路后的又一条山区高速公路，全长56.45公里。本段路线所经区域地形地貌复杂多样，从起点至田干段，约30公里为山岭重丘区，地面高差大；从田干至屯溪为平原微丘区，地面高差相对较小。全线有特大桥、大桥及高架桥共60座，桥跨在25米至40米之间居多，最大墩高约30余米；桥址处最大纵坡3.9%，最小平曲线半径410米。全线大部分桥梁跨越沟谷，并与沟谷交错并行，仅有少数为跨线桥和跨河桥。
由于本项目路线方案受地形和地质、环境保护以及特殊的旅游需要等因素制约，作为重要组成部分的桥梁其平纵线形受影响较为突出。具有曲线、大纵坡、高墩、长桥等特征的山区高速公路桥梁，在桥型方案的比选上有相当难度和复杂性。
以下就以往山区高速公路桥梁设计经验，浅析汤口至屯溪高速公路初步设计中高架桥桥型方案的设计。
2 桥型方案的比选
一般来说，桥型的选择应根据适应、经济、美观、安全以及设计施工的难易程度等因素进行综合分析，以便最终确定桥梁实施方案.对于山区高速公路而言，还应着重考虑施工难易程度、山区地质病害及环境保护等影响因素。
2.1 上部构造型式
上部构造型式的选择，应结合沿线地形、地质、水文条件、施工难度和环保要求，并综合考虑其受力特点和经济性。结合以往山区高速公路桥梁设计经验，在汤屯高速公路初步设计中，主要考虑对简支空心板、先简支后连续组合箱梁和现浇连续箱梁三种结构桥型进行比较。
2.1.1 简支空心板结构：
此种结构桥型，施工方便，施工技术成熟；但跨径小，梁高大；由于桥梁跨径受限制，往往造成跨深沟桥梁高跨比不协调，美观性差；上部构造难以与路线小半径、大超高线形符合，且高墩数量增加；桥面伸缩缝多，行驶条件差。因而，在山区高速公路中，该类桥型一般用于地形相对平缓、填土不高的中、小桥上。
2.1.1 现浇连续箱梁：
高速公路桥梁基于运营的整体性、舒适性和耐久性的考虑，往往必须设计为预应力连续结构。对于预应力混凝土弯桥，梁在承受竖向弯曲时，由于曲率的影响，必然产生扭转，而这种扭转作用又将导致挠曲变形，这种弯扭互相耦合的作用，使得弯桥变形也为弯曲和扭转两者的迭加，故变形值要比一般直线桥为大。同时由于扭矩作用，弯桥的外梁荷载加重，内梁减载，内外梁应力产生差别。因此，抗扭能力强的整体式闭合箱梁成为弯桥设计的首选型式；而且，箱梁顶板和底板都具有较大的面积，能有效地抵抗弯矩，抗扭能力强，受力合理。
对于跨越沟谷、河流的高架桥，尤其是与沟谷、河流斜交或交错并行的高架桥，为了减小桥墩对水流的影响，往往设置为独柱墩的形式。而这种独柱墩的形式，对于跨线高架桥来说，可减少横向墩的数量，加强下部空间的透视度，增加墩的纤细感，加上梁高一致，整个桥梁外型简洁优美，线条流畅，这对整个跨线高架桥是否美观起着很重要的作用。而就这一点来说，只有采用整体式连续箱梁的方案才能做到，因为箱形截面抗扭刚度很大，对于需要在其梁底下设置独柱单支点的支承形式特别有利。为了提高箱梁的横向稳定性，本项目中，采取将墩顶扩大，设置双支座方案，这将大大提高箱梁的整体强度和抗扭能力，增强箱梁的横向稳定性。
在现今桥梁设计中，桥梁美学已被越来越多的设计者重视，而人们对美的要求也越来越高，而象汤屯高速公路这样一条旅游高速公路来说，在桥型选择时，可较多地考虑桥梁的美观因素，在保证结构强度需要的同时，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围的环境相协调。采用现浇连续箱梁，布孔方便、合理；对小半径、大超高线形平纵横要求适应性强，外观平顺，桥型美观，行车平顺舒适。
但对于现浇预应力连续箱梁来说，采用满堂支架施工，对山体植被破坏严重，支架工程量大，对于跨河桥影响通航与排洪，支架安全性较难保证。另外，施工周期长，施工费用高，需要有较大的施工场地，施工管理复杂。因而采用满堂支架现浇的施工方法，一般用于地形平坦、中等跨径且墩高不大、桥孔不多的桥梁；或弯曲程度较大的弯桥、变宽桥以及预制场地选择困难的桥梁。
对于中等跨径的多孔长桥，采用移动滑模逐孔浇筑箱梁的施工方法，无疑是一种优选桥型。由于此法是在桥位上现浇施工，可免去大型运输和吊装设备，使桥梁整体性好；同时它又具有在桥梁预制厂的生产特点，可提高机械设备的利用率和生产效率。支架工程量小，施工期与河流的干扰较小。但是，对于中等跨径的桥梁，整体式箱梁桥无论采用何种施工方法，费用都较高，与预制吊装多梁式组合箱梁相比，处于弱势。
对于较大跨径的预应力连续梁桥，选择桥型方案时应首选悬臂浇筑的施工方法。它可以不需在河中搭设支架，施工不影响通航或桥下交通，在跨越深水、山谷、湖泊等处时更能显示优势。汤屯高速公路初步设计中，对于跨越通航河道、主河槽较宽的河流及深水水库的大型桥梁，其推荐的桥型方案多采用此类50米以上跨径的变截面预应力连续梁桥。
2.1.3 预制吊装组合箱梁：
一般来说，预制吊装多梁式组合箱梁在中等跨径的桥梁中具有造价省，施工方便的特点，其造价低于整体式箱梁，是中等跨径桥梁常用的桥型。桥型美观，结构受力性能好，行车平顺性良好。无需大量支架，造价较低，后期养护工作量较小。若在桥头路基上预制组合箱梁、采用架桥机安装，将主要施工工作面转移至桥上，可大大减小对沿线环境的影响。但对于小半径、大超高的曲线梁桥来说，采用此种桥型，抗扭及梁体受力平衡能力均较整体式箱梁差；且梁体预制较复杂，施工难度大，施工周期长，在受力和施工上都不尽人意。但当弯桥的弯曲程度较小，单跨桥梁采取弯桥直做、以两端桥台为控制点；多跨桥梁，各墩台呈放射状、向心布置、调整每片梁长，或者调整现浇段长度，但应注意调整现浇段长度时核对盖梁的宽度，以保证满足支座的安放。对于桥梁横坡特别是超高缓和段的横坡，据以往项目反映经常出现支座悬空的情况，严重影响桥梁的营运寿命，本项目采取调整每端、每侧箱梁腹板高度的办法，严格使其满足横坡的需求。采用直梁设计，以翼缘板宽度调整平面线形，可减少曲梁的弯扭作用，在一定程度上弥补弯梁桥在受力和施工上的不足，此外可以采取加强横向联系的措施，提高结构的整体性能。鉴于该类桥型造价低，对地形的适应性较强，施工周期快，在中等跨径的长桥及高架桥中较广泛采用。在本项目设计中，如预制场地选择较方便，弯桥的弯曲程度较小，无大超高、大纵坡时或跨越沟谷、河流的中等跨径的桥梁，可考虑采用预制拼装组合箱梁结构。
