标准跨径桥梁的孔跨比选择

大部分的公路桥梁均为标准跨径的常规桥型，桥梁的孔跨比选择对工程造价影响较大。所以，有必要根据不同的高度对桥梁的跨径进行研究、比选。按照桩基础和扩大基础两种基础型式针对跨径20m、30m、40m预应力混凝土连续小箱梁桥梁的桥型选择进行研究、比选。

可以看出：不管采用桩基础还是扩大基础，桥长相等、跨径相差较大时（即两个数量级以上，10m为一个数量级），跨径小者造价低，合理的高跨比应为：H（平均墩高）＝0.7L（跨径）～1.0L时；基础型式对桥梁造价影响较大，桥长相等的情况下，采用桩基础时桥梁造价远大于扩大基础的桥梁。

可以看出：采用桩基础时，平均墩高在22m～30m时，4-30m箱梁比6-20m箱梁经济。原因是4-30m箱梁虽然上部数量比下部工程数量大，但其下部工程数量比6-20m箱梁下部数量少很多，由此可以知道，当H（平均墩高）＝0.73L（跨径）～1.0L时，桥梁较经济；采用扩大基础时，平均墩高在25m～30m时，4-30m箱梁比6-20m箱梁略经济。原因是4-30m箱梁下部工程数量优势减小。

基岩埋深较浅地段当墩高25m≤H＜30m时，推荐跨径为30m跨小箱梁。

可以看出：

采用桩基础时，平均墩高在33m～40m时，3-40m箱梁比4-30m箱梁经济。原因是3-40m箱梁虽然上部数量比4-30m箱梁的较大，但其下部工程数量比4-30m箱梁下部数量少很多，由此可以知道，当H（平均墩高）＝0.82L（跨径）～1.0L时，桥梁较经济。

当墩高15m

采用扩大基础时，平均墩高在33m～40m时，4-30m箱梁比3-40m箱梁经济，原因是3-40m箱梁下部工程数量少的优势减小了，这时，采用跨径较小的结构且当H＝0.7L（跨径）～1.3L之间时桥梁比较经济。

综上所述，桥梁采用桩基础时，应采用较大跨径的桥梁方案，合理的高跨比应为：H（平均墩高）＝0.7L（跨径）～1.0L，当H大于L时，桥梁不经济；采用扩大基础时应采用较小跨径的桥梁方案，合理的高跨比应为：H（平均墩高）＝0.7L（跨径）～1.3L；同一桥梁，采用扩大基础比桩基础的造价底20％～30％。 

除特殊和复杂桥梁外，一般大中桥梁跨径可按下述范围选取（墩高指盖梁顶至柱底的距离）：墩高≤15m时，大桥采用25m跨先简支后桥面连续小箱梁，中桥则选用20m跨；墩高15～25m时，选用25m跨先简支后桥面连续小箱梁结构；墩高25～30m时，选用30m跨先简支后桥面连续小箱梁结构；墩高30～40m时，选用30m跨先简支后桥面连续小箱梁结构。

高速路20~50 m跨径桥梁经济设计

1 山区高速公路桥梁设计特点

①地形起伏大, 地质条件多变, 陡坡基础要注意连同山体的稳定性。

②高墩桥梁众多, 各墩高差较大, 稳定分析不能忽视。

③施工条件较差, 施工场地受限, 施工吊装安全问题突出。

④弯、坡桥比例大, 需考虑如何减少结构类型,以有利于节省施工投入。

⑤山区地形纵横向起伏较大, 桥台一般设置在填挖交界处, 以避免桥台台后形成高挡墙或大锥坡。桥梁左右幅一般不等长。

2 山区高速公路桥梁设计要点

①路桥配合要适宜, 应选择施工期间对环境破坏少的方案。山区高速公路常沿陡坡定线, 宜尽量减少桥墩个数和基础开挖, 避免破坏陡坡的生态平衡, 保持其稳定和景观。

②从经济、适用、安全和方便施工出发, 桥型选择尽可能采用标准化、系列化、造价经济、经验成熟的预制装配施工法。综合考虑施工预制简单、重量轻、吊装安全、安装方便、竖向刚度及侧向刚度大等各种因素, 推荐采用T 梁。主梁可在高架桥桥头现场预制。

③考虑行车的舒适性及山区高墩桥梁养护的难度, 采用连续结构及少养护的墩梁固结的结构形式, 高墩固结, 矮边墩设支座或者释放, 形成连续一刚构混合体系, 原则上墩高超过20m采用墩梁固结形式的桥梁结构, 墩高小于20m以下采用连续梁结构。弯、坡桥采用连续一刚构混合体系最为适宜。

④跨径与墩高的关系按桥梁美学原则, 一般应选择比值为0. 618～ 1之间, 通过造价分析, 上述原则往往也是较经济的。通常一座桥宜选择一种标准跨径或不多于两种跨径。跨径与墩高的最经济组合方式: 墩高15m 以下时, 优先选用20 m T梁; 墩高15～20m 时, 优先选用25m T梁; 墩高20～30m,优先选用30 m T 梁; 墩高30～ 45m, 优先选用40 mT梁; 墩高大于45m 时, 选用50 m T 梁高跨比较协调, 但50m 预制T 梁起吊重量大, 高空吊装难度及危险性均较大, 除有特殊要求, 原则上在山区不要采用, 宜采用40m T梁。墩高50～60 m左右时, 建议结合地形实际条件用40m T梁(建安费约5 100元/㎡ )与60m连续刚构(建安费约6 000元/㎡)、80m 连续刚构(建安费约6 050元/㎡)进行比选,连续刚构需悬臂施工, 边跨现浇段无法采用支架现浇, 需吊在悬臂端现浇, 施工难度大。一般情况下,采用经济性最优与施工难度一般的40m T梁方案。

⑤下部结构一般采用分幅双柱墩, 在地面横坡较大处(大于25度时)采用矩形墩或薄壁墩。推荐采用大直径桩基础。斜坡上的桩基础, 桩基入土深度计算应留有安全余地; 如为嵌岩桩, 其嵌岩起算面应根据地质情况确保桩中心距岩层斜坡面的水平距离, 以确保有足够的嵌岩深度。设计中能否采用挖孔桩, 除了考虑桩径大于1. 2m, 桩长小于15m 的情况外应结合地质情况具体分析, 如果遇到地下水位高、地层含有煤气或流沙、卵石等易造成塌孔的地质情况时不宜设计为挖孔桩。

常用墩柱形式中其中分离式双柱墩受力明确, 平曲线适应性强, 盖梁横坡设置简单, 一般情况下盖梁不需加宽, 施工简单。

整体三柱式墩受力复杂, 盖梁受力较大, 桩基受力不均, 盖梁为降低梁高, 一般需设置预应力钢束,二次张拉, 施工时间长; 如地表纵横坡较大, 特别是同一横断面存在较大地面落差时易造成墩柱高度差很大, 墩柱的受力不均匀性更明显, 计算分析表明最矮的墩柱及桩基分配的剪力甚至达到平均值的1. 0～2. 0倍, 造成弯矩分配极不均匀。因此, 设计时必须准确掌握地面的实际变化情况。

整体双柱式墩如设置在地面横坡较陡处时, 其受力与整体三柱极为相似, 盖梁需设置预应力钢束, 需二次张拉, 施工时间较长。因此, 在相同地形条件下, 分离式双柱墩的双柱之间高差将大大减少, 受力均匀明确, 盖梁一般不加宽及施加预应力, 简化了施工流程, 施工方便快捷。

分离式双柱墩减少了桩基的自由长度, 优化了桩基直径及配筋, 但存在对山体较大开挖的可能, 很可能造成边坡不稳, 同时开挖影响了山体植被, 不利于环保。

因此, 本着环保原则, 为了最大限度减少山体开挖, 可考虑独柱(矩形墩或薄壁墩)配承台桩基方案, 分析表明独柱与双柱墩经济比约为1:0.9, 但独柱墩的桩基受力明确且开挖量明显减小, 因此在横坡较大时(一般为地面横坡为25 度以上) , 推荐选择独柱矩形墩或薄壁墩。

40m 跨径高墩柱理论上可采用以上四种截面, 其抗弯惯矩比为1：0.3206 ：0.3538：0.4354, 面积比为1 ：1.0975 :1. 1179 :11179;空心薄壁墩刚度最好, 砼材料也最少, 双柱墩刚度最小。计算分析表明: 由于刚度小, 双柱墩在制动力作用下梁端纵向位移最大, 空心薄壁墩最小, 因此双柱墩墩顶在施工状态下易产生过大的位移, 影响施工安全。宜优先选择独柱薄壁墩。

桩基础经济比较: 25m≤墩高< 35 m时, 群桩概算金额约为大直径桩的1.4倍;墩高35 m< 墩高≤45m 时, 群桩概算金额约为大直径桩的1. 2倍;大直径桩的经济性优势较明显。群桩基础施工时需开挖基坑, 易加大山体的开挖, 不利环保;大直径桩施工时开挖量较小, 对山体的破坏小。推荐大直径桩基础方案。

圆柱与方柱截面的抗弯惯矩比为1 :0.993, 面积比为1 :1.013; 顺桥向刚度相当, 圆柱略大, 圆柱截面砼材料数量比方柱少, 圆柱略具优势。当然, 如截面积相等的方柱和圆柱, 方柱抗弯刚度大于圆柱, 受力优于圆柱, 当体系为连续刚构时, 方柱可以方便地通过调整两个方向的尺寸来调整墩柱的刚度, 从而达到调整墩柱受力的目的。圆柱为各向同性, 调整起来效果差一些。采用方柱时, 桩基与墩柱之间需设置一个转换承台, 施工时需开挖基坑后方可进行承台和桩基的施工, 加大了山体的开挖, 圆柱则可避免因施工承台而增加对山体的开挖, 有利于环保。

因此, 建议墩高h % 30 m, 优先采用圆柱墩; 30< h< 45 m采用圆柱墩或矩形墩, 考虑稳定性增设柱间横系梁: h( 45m 采用空心薄壁墩。

圆形空心桥墩      方形空心桥墩

⑥曲线桥采用弯梁直做, 各跨、各幅、同幅各片预制梁长级差控制在10 cm以内, 以减少预制梁长种类, 不足部分通过在结构连续或刚构处墩顶的现浇连续段进行实际梁长的调整, 或在墩顶伸缩缝处通过封锚段长度进行实际梁长的调整; 而在桥台处可将桥台的台口线旋转一个微小角度进行调整, 从而保证桥台孔各片预制梁长可采用同一尺寸。超高路段预制梁通过翼缘板倾斜与超高同值来实现, 超高过渡段内一孔超高值取其相邻墩位超高平均值。

⑦桥台位置的确定依据锥坡能否设置和半路半桥时挡土墙能否设置的原则进行设计。桥台尽量设置在填挖交界处。纵向地形陡峭, 不能设置锥坡时, 也常出现桥台与挡土墙结合的组合式桥台。

⑧桥跨分联结合伸缩缝的选型, 30m 跨径以下的分联长度控制一般在120m 以内, 伸缩缝宜选择80型; 40m 跨径的分联长度一般控制在200 m以内, 最大伸缩缝的选择控制在160型。T 梁支座宜采用圆形板式支座。

⑨外侧防撞栏采用加强型SS级砼防撞栏(高110 cm) , 内侧防撞栏采用SA 级F型砼防撞栏(高100 cm)。桥头搭板一般采用10 m。

⑩耐久性设计要求上部结构尽可能采用全预应力砼构件, 并采取真空压浆工艺来提高预应力管道浆体的饱满度; 采用连续结构后, 支点上缘负弯矩束多采用扁锚体系, 其波纹管易于锈蚀和变形, 施工中宜增设衬管和控制养护工艺予以预防; 为确保支点负弯矩预应力效应的有效性, 现浇段混凝土内宜添加膨胀剂, 以补偿混凝土收缩和徐变产生的应力损失。所有砼构件, 严格控制裂缝宽度并设有足够厚度的保护层; 桩基要求钻头直径不得小于设计桩径; 在混凝土桥面铺装层下设置防水层。

桥梁经济指标表

桥梁造价估算经济指标

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