摘要：结合吉怀高速公路桥梁的特点，简要介绍了山区高速公路普通桥梁设计中的一般原则，以及上、下部构造宜采用的型式。
关键词：吉怀高速公路；桥梁设计
1.概述
吉怀高速公路是包头至茂名国家高速公路的重要组成部分，全长104.836公里。我院承担设计的是其中凤凰至怀化段，全长70.096公里。本段路线所经地区为山岭重丘区，地形起伏复杂，高差相对较大。全线共有特大、大、中桥70余座，桥梁比例占全线的30%，桥跨在20m至40m居多，最大墩高约60m，桥梁处最小平曲线半径为710m，最大纵坡为4%。全线大部分桥梁为跨越沟谷，或与沟谷并行的高架桥，仅有少数为跨越较大河流和道路的桥梁。全线所在地区地质情况相对较简单，以砂岩为主，仅在靠近怀化附近为石灰岩为主。
由于本项目路线受地形、地质和环境保护等因素的制约，桥梁表现出总长度大、平曲线半径小、纵坡大、桥墩较高、高架桥桥梁长度较长等山区高速公路桥梁的特点，所以本项目的桥梁设计是本项目的顺利实施的关键技术之一。
2.桥梁结构体系
山区高速公路,桥梁所占比重大，但一般来讲,大跨径桥梁方案毕竟是少数,绝大部分还是采用施工方便、造价经济的标准化、预制装配化结构。大跨径桥梁一般是控制因素不同，方案也各不相同，具有较强的个性特征，而标准跨径桥梁则更多的是具有共性特征，所以本文重点探讨的也是标准化、装配化桥梁的设计。
山区高速公路桥梁多为长、弯、坡桥，曲线梁桥在弯扭组合作用下，具有沿某一不动点变形的趋势，单向行驶的大纵坡长桥在长期反复的汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车行驶方向滑移的趋势，如果采用全连续结构，即上下构之间为橡胶支座连接时，这种滑移趋势往往造成梁体受力不平衡，支座脱空甚至破坏，从而导致梁体开裂。因此山区高速公路桥梁宜采用先简支后结构连续或墩梁固结的连续一刚构混合体系，既适应平面线形，又适应桥梁受力特点。
为保证行车舒适，结构耐久，吉怀高速公路桥梁主要采用先简支后连续体系，对于纵坡较大或平曲线半径较小的桥梁采用墩梁固结的连续-钢构体系，即固结中间的墩高较高，刚度相差不大的几个桥墩，而较矮的边墩则设置支座。
3.上部构造的选择
根据吉怀高速公路的特点：桥梁比例大、长桥多，且墩高一般在20~45m，45m以上墩高不多，为了减少施工难度，提高施工进度，以及考虑到高跨比等因素，故选择20m、30m、40m作为桥梁跨径。20m跨径对应墩高在25m以下的桥梁，30m跨径对应墩高在25m~35m之间的桥梁，40m对应墩高在35m以上的桥梁。这样可以用较少的跨径型式来满足绝大部分桥梁。
装配式桥梁横断面型式有空心板、T梁、小箱梁。
图1
20m跨径的桥梁数量不多，且桥长不大，一般是跨越道路或水沟，所在的地形起伏不大，考虑到空心板经济技术指标较T梁、小箱梁有优势；且其建筑高度最低；并在美观方面优于其他两种型式，施工相对较简单，故20m跨径桥梁上部构造选用空心板。
30m、40m跨径的桥梁数量最多，且桥长一般都较长。
吉怀高速公路为山区高速公路，其平面曲线半径较小，大多数桥梁位于超高缓和段上，如果选用小箱梁，架梁时一片梁四个支点不易调平，易造成支座脱空，受力不均匀的情况；T梁的梁高较高，横隔板多，整体刚度和抗剪能力较小箱梁好；且小箱梁的吊装重量较大，很难满足山区交通运输、场地预制条件均较差，大型机具进入困难的特点；再结合湖南地区的习惯做法，本次设计采用吊装重量小，施工方便，结构刚度大、稳定性好的T梁作为30m、40m跨径桥梁上部构造。
4.下部构造的选择
本项目桥梁墩高一般在20m至60m之间，为了尽可能的标准化和统一化，墩高在30m以下，桥墩形式基本以双柱式墩为主。柱式墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式；其自重轻，结构稳定性好，施工方便、快捷，外观轻颖美观，桥墩布设灵活性大，可适应不同类型的基础。而当桥梁跨越深谷不受水流限制时，或桥梁跨越沟谷溪流交角较小且仅有较小的漂流物时，采用双柱墩可提高上部构造的横向稳定性和抗扭刚度，尤其对于曲线半径较小或大纵坡的桥梁，采用双柱墩可减小曲率和纵向水平力的影响。
对于墩高在30m以上桥墩，我们采用了梁格法分别在30mT梁和40mT梁上对几种常见型式桥墩做了比较：
表1.墩高在30-40m的桥墩型式对比
从表1可以看出，矩形空心墩在砼用量稍小于矩形实心墩、圆形柱式墩，但钢筋用量稍大于矩形实心墩、圆形柱式墩，矩形空心墩截面抗弯刚度大于圆形柱式墩、矩形实心墩。矩形空心墩施工难度大于矩形实心墩、圆形柱式墩，矩形空心墩的盖梁和承台均大于矩形实心墩、圆形柱式墩。本条高速公路对于30~40m高度桥墩推荐采用双柱式圆形墩。
从表2可以看出，矩形空心墩在砼用量上小于圆形柱式墩，截面抗弯刚度远大于圆形柱式墩，主筋用量小于圆形墩，但箍筋及分布钢筋大于圆柱式墩。矩形空心墩施工难度稍大于圆形墩。总体看来，矩形空心墩优势较明显。本条高速公路对于45m以上桥墩推荐采用矩形空心墩。
山区高速公路由于纵横向地形起伏大，地势陡峭，桥台应基本伸入切方中。为避免较大面积的开挖山体，造成边坡失稳，从而影响桥台的稳定性，故桥台一般采用伸入切方中的柱式台。只有在纵横向地形起伏不大，且地质情况良好无顺层坡的情况下，才采用重力台。
对于桥梁基础设计而言，沿线山岭区地质条件较好，砂岩承载力较大，一般可满足扩大基础的要求。一般对于地面纵横坡小的桥墩基础，可采用扩大基础形式；但多数高架桥跨深沟或位于隧道进出口等地形复杂路段，地面纵横向坡度较陡，如采用扩大基础，两侧基础埋深相差很大，易引起基底受力不均匀；且基础施工工作面大，基坑开挖工程量大，严重破坏山体、植被，造成水土流失和水体污染，对环境的破坏相当严重；由于山体横坡较陡，基坑开挖后高边坡也存在着防护困难、工程量大，边坡稳定性和安全等问题。因此，从施工难易程度、结构安全性、工程造价和环境保护等方面综合考虑，灵活采用人工挖孔短桩基础与扩大基础相结合的方式。对于左右墩柱高差大的桥墩，应保证相同高程处墩柱截面尺寸的一致，其余部分加大截面尺寸，以平衡墩柱刚度差别大给上部构造带来的变形不协调影响。如果一联内既有扩大基础又有桩基础，为控制墩台的不均匀沉降，要求扩大基础置于强度在中风化以上的岩石上。对于砂岩基础遇水后变软、发泡、强度降低的情况，墩台基础首选桩基础，但为了更方便的检验基底情况，建议施工时采用挖孔桩。
5.桥梁设计的一般原则
5.1山区高速公路桥梁很多不受水文控制而只受地形控制，因此不宜采用路基方案而设置为高架桥，路桥设置界限问题，一直是难以把握的关键问题，也是影响公路造价的问题。实际上，对于地质情况较好，虽然填方中心高度为30m，但收敛较快的V型峡谷，且桥隧相连地段，为消化隧道废方，考虑路基方案可能比桥梁方案更安全更经济，因为这样的地形架桥，场地局促，难度大，纵横坡陡，极易引发边坡不稳。而对于宽而平缓地段，虽然填方高度只是20m左右，但如果需跨标段借方，且运距远，填方基底还需花大量资金处理的路段，反而考虑桥梁方案可能更安全更经济。所以山区高速公路路桥界限，不能一概而论，对于填土高度超过20m的路段，应根据地形、地质、前后构造物、前后路段的废方量、工程造价等进行综合比选后决定是否设置桥梁。
5.2在同一标段内，桥梁的的孔径与式样力求统一；在同一座桥梁中，除通航或其他要求外，应尽量采用相同的结构并且等跨；对于跨度不超过30m的简支梁桥，其跨度应采用标准跨度。以达到方便设计与施工，取得经济效益。
5.3桥梁孔跨的布置，除满足桥梁功能及其他条件的要求外，应使其总造价较低（当然，对于不同的桥长，应结合路基一同比较）。一般来说，地质越差或下部构造投资越大，就越宜采用较大的跨度，以减少支承结构的工程量，从而节省投资，反之亦然。
6.结束语
桥型设计本身就是一项复杂和灵活的工作，对于吉怀高速公路这样的山区高速公路而言，因发展时期较短，具有曲线半径小、超高大、纵坡大、高墩和长桥等特征的桥梁设计，有很多新的问题需要进一步的探讨和研究。随着我国社会经济和公路事业的日益发展，大力发展山区高速公路将成为必然，因而山区高速公路桥梁设计必将日趋完善。
参考文献
[1]公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）
[2]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）
[3]交通部公路司.降低造价公路设计指南(2005版).人民交通出版社 论文职称
