大中桥梁设计注意要点

1.大中桥梁总体设计原则

  （1）大中桥梁位均应符合路线总体走向，路桥综合考虑。

  （2）桥位尽量选择在河段顺直、河道较窄的位置，以减短桥梁的长度。 

  （3）桥孔布设除满足设计流量，水位要求外，一般要不压缩河道，对有防洪、抢险和通行要求的河堤，要留有人、车通道。对于游荡性的河道，桥孔布设留有余地，并结合河道情况设置必要的导游工程，以保证桥梁的安全和洪水安全渲泄。

2.大中桥梁设置原则

  （1）在跨越深沟时，根据沟底纵坡，填土高度及工程地质等因素进行分析，填土高速大于25cm时，考虑采用桥梁跨越。

  （2）为避免水毁桥梁，桥孔布设原则上不压缩河槽。对于山前扩散及变迁河段，桥梁长度应考虑河槽摆动的因素，为确保水流及漂浮物顺利通过桥孔，大桥跨径不宜小于20cm。

  （3）在地形复杂，山坡陡峻处的山谷桥梁，布孔时应根据桥址纵、横断面布设。为避免锥坡落空或墩台基础悬空，桥台高度不宜过高。

  （4）平原区桥梁孔径布设以水文计算成果为依据，并结合河道的地形、地貌及相关情况予以确定。

3.大中桥梁结构类型的选择

3.1桥梁选型原则

  桥梁结构形式的选择应遵循“安全、适用、经济、美观”的原则，结合桥位处的地形、地质、施工条件等因素，以技术先进、节约投资、施工方便可行、方案合理、行车舒适为原则，具体如下：

  （1）为保证桥面平整，行车舒适，上部结构宜采用连续结构或桥面连续结构。

  （2）受填土高度控制时，为降低路基填土高度，上部结构宜采用建筑高度较小的结构类型。

  （3）为缩短工期、降低造价、便于技术质量管理，一般大、中桥尽量采用统一的结构形式。山区桥梁主要采用中等跨径的T型桥梁，平原区推荐采用连续箱梁。

  （4）当跨越深谷，墩高大于20m时，上部结构宜采用较大跨径的连续梁和连续钢构桥梁形式，以降低工程造价。

  （5）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，基础形式宜采用桩基础。

  （6）桥梁基础形式根据地质情况及地面坡度的不同，可采用桩基础和扩大基础，墩身型式根据墩高的不同，分别采用柱式墩和薄壁空心墩。

  （7）中桥上部结构型式一般采用跨径20cm或跨径16cm的预应力混凝土空心板跨径10cm、13cm的钢筋混凝土空心板，上部结构采用桥面连续。

3.2桥梁结构选型

  （1）上部结构类型及跨径选择 

  为方便施工、保证施工质量、缩短施工周期，确保工程安全，对于桥梁结构型式全线进行了统筹考虑，尽量采用便于机械化、工厂化、标准化生产的中等跨径预制安装构件。位于山区的桥梁，当桥墩较高时，因下部结构造价占全桥总造价的比重增大，选用较大跨径较为合理。一般地，对山区特大、大型桥梁，上部结构根据墩身高度宜采用25m～40 m装配式预应力混凝土连续箱梁，25m～50 m装配式预应力混凝土连续T梁，16m～20 m的先张法预应力混凝土空心形等桥型方案。 

  对桥墩较低的桥梁，方案设计时亦可考虑预应力混凝土T型梁方案，但T梁方案存在以下缺点： 

  ①建筑高度大，在要求桥下净高相同的情况下，桥头路基土高度基本上由桥梁高度控制，采用T梁势必增大路堤填土高度。 

  ②工程造价稍高，经造价分析，在24.5 m宽的路段，50 mT梁、40 mT梁、30 mT梁、30 m箱梁、25 mT梁、25 m箱梁、20 m空心板、16m空心板上部构造平均每延米建安费依次为40797元、36488元、32360元、29412元、30487元、27715元、27713元、26266元。根据近几年国内特别是江苏、广东、山西等地的使用经验，矮箱梁比T梁施工工期短，后期养护量小，外形美观，造价便宜（便宜约10%）等特点，因此，大中桥梁上部结构一般采用预应力混凝土连续箱梁。

  （2）基础类型选择

  山区大中桥梁基础形式的选择，若仅从承载力角度出发，可采用扩大基础，山区地面坡度较大，采用扩大基础不仅开挖基坑工程量大，对环境破坏严重，而且开后环形较高的临空面难以防护，可能造成山体失稳或其它病害。与桩基础相比，扩大基础不仅工程造价上没有优势，而且存在工程病害等难以处理的不利因素。故山区大中桥基础宜采用桩基础。

4.大中桥梁设计方法

4.1桥型方案设计方法

  （1）跨越冲沟、峽谷时桥梁长度在布孔时宜适当加长，桥台深入挖方段不少于3m，迎水面采用30m厚7.5号浆砌片石铺砌至沟底，横桥向每侧铺砌15m。

  （2）当地质条件好，沟形狭窄，平曲线半径R≥1800m，且弓玄差在20cm以下者，桥型方案首选缆索吊装箱形钢筋混凝土拱，平曲线由拱上建筑形成，桥台采用石砌重力式桥台或框架式组合桥台。

  （3）当桥梁位于较小平曲线半径时，桥型方案确定应考虑以下因素：

  ①平曲线半径R≤500m时，上部结构宜采用预应力混凝土空心板或部分预应力混凝土组合箱梁或钢筋混凝土现浇连续箱梁。

  ②当单孔跨径拱弦差小于15cm，梁端张口小于50cm时，且:

  A 墩高H＜15m时，距径选用16～25m，上部结构宜采用预应力混凝土空心板或部分预应力混凝土组合箱梁。 

  B 墩高15m＜H≤25m时，跨径选用25～30m，上部结构宜采用部分预应力混凝土组合箱梁或预应力混凝土连续T梁。

  C 墩高25m＜H≤40m时，跨径选用30～40m，上部结构宜采用部分预应力混凝土组合箱梁或预应力混凝土连续T梁。 

  D 墩高H＞40m时，跨径选用40～50m，上部结构宜采用预应力混凝土连续T梁。 E 墩高H＞15m时，上部结构可以考虑预应和混凝土连续或预应力混凝土连续刚构。

4.2桥梁上部结构布设方法

4.2.1 现浇箱梁的布设方法

  （1）钢筋混凝土现浇连续箱梁，孔径组合一般采用（16＋n×20＋16）m，桥墩采用独柱或双柱式墩，桩基础。

  （2）当平曲线半径较小，拱弦向距离大于15cm时，须考虑桥墩向外侧移。

4.2.2 预制空心板梁的布设方法 

  （1）当内外侧梁长之差小于等于标准跨径的2%时，桥梁布设以路线中心线为准，按标准跨径设置，优先考虑等角度布设。 

  （2）当内外侧梁长之差大于标准跨径的2%时，桥梁布设以左右半幅桥梁中心线为准，按标准跨径设置，考虑采用平行布设。

4.2.3 预制组合箱梁或T梁的布设方法

  （1）桥墩尽量按等角度布设。

  （2）墩顶横梁内侧尺寸不应小于通用图尺寸，外侧尺寸 不应大于内侧尺寸的两倍。

  （3）对于等长预制梁，当满足不了第2条时，左右半幅桥应错墩布置。当错墩布置仍满足不了要求时，预制梁采用不同的长度。

具体到一座桥设计时，上部构造设计要处理好两个关系：

  第一，处理好跨径与墩高的关系。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，通过经济比较，往往又是经济的，也就是说20m跨径T梁适应的墩高一般为12—20m，30m跨径适应的墩高一般为18—30m，40m跨径适应的墩高一般为24m—40m。山区高速公路地形起伏变化频繁，通常应根据地形选择一种跨径，不宜根据墩高频繁变化跨径，墩柱高度变化很大时，可以采用20m与30m或者30m与40m的组合跨径。当一座桥梁，有几种跨径方案可选择时，应结合上下构做造价分析比较再做选择。

  第二，处理好上部构造（板或梁）与平面曲线半径的关系。

桥位处平面曲线半径对桥梁跨径的选择及平面布置影响较大，主要表现为两个方面，第一是内外弧差，第二是中矢高。

  墩台径向布置时，由于曲率半径的影响，内外梁梁长不等，半径越小，内外梁梁长差越大。解决此问题一般两种途径，一种是根据平面半径变化梁长，另一种是不变梁长通过加大帽梁，加大封锚端或加长现浇连续段处理。第一种方法变化梁长，设计简单，帽梁尺寸较小、规格统一，但一个标段，如果有几座桥处于不同的曲线半径上时，预制梁长度种类就较多，频繁调整模板虽不算很难，但每片梁都需要编号，堆放预制梁需要很大场地，这对“地无百米平”的山区确实是难以解决的问题，因此一般不采用变梁长方案。

  采用等梁长方案时，如果半径较大，内外梁梁长差不大，可以采用内弧长等于标准跨径布置，如果半径较小，可以采用半幅桥中线弧长等于标准跨径布置，这样连续段长度一端比标准长度增加，一端减小。内外弧差的问题解决后，还有中矢高的问题，一般中矢高10cm以内，可以通过调整护墙内缘使之适应平面线形；半径较小，中矢高大于10cm时，由于护墙一般为50cm宽，护墙调整太大外观不美，护墙功能亦削减。此时亦有两种解决办法，一种是预制梁外缘按实际曲线预制，另一种是预制T梁边梁时，将边梁多预制一段长度，让现浇桥面板和护墙来适应平面线形。边梁按实际曲线预制时，边梁翼缘板由于两侧不等宽，刚度不等，施加预应力时可能出现侧向翘曲，且不同半径外边梁形状不一样，种类多施工较麻烦。第二种办法虽然材料稍有浪费，美观性稍差，仍优于前一种。

高速公路桥梁上部构造造价：经造价分析,在24.5 m宽的路段,50 mT梁、40 mT梁、30 mT梁、30 m箱梁、25 mT梁、25 m箱梁、20 m空心板、16m空心板上部构造平均每延米建安费依次为40797元、36488元、32360元、29412元、30487元、27715元、27713元、26266元. 根据近几年国内特别是江苏、广东、山西等地的使用经验,矮箱梁比T梁施工工期短,后期养护量小,外形美观,造价便宜(便宜约10%)等特点,因此，大中桥梁上部结构一般采用预应力混凝土连续箱梁。

4.3桥梁下部结构布设方法

4.3.1桥墩设计方法 
  （1）墩高H＞30m时，宜采用薄壁空心墩，截面纵向尺寸为（跨径/20＋0.5）m 

  （2）墩高H≤30m时，宜采用单排桩柱式墩。

  （3）当基础覆盖层厚度于5米时，基础采用桩基础；否则，采用扩大基础。

  （4）一座桥梁桥墩尽量采用一种形式，墩柱断面以最大墩高之截面为准。

  （5）跨径20米预应力混凝土空心板与跨径25米部分预应力混凝土组合箱梁可采用同一标准下部尺寸。
  （6）板梁式桥单排桩双桩双桩式墩立柱之间距L可用下式估算： L＝K.B/cosΦ B－桥宽（m）, Φ－斜度（度） K－立柱间距系数，板桥K＝0.55～0.65；T型或I型梁桥K＝0.53～0.57；箱型梁桥长K＝0.50～0.55。
  （7）桥墩承台系梁设计方法如下： 

  ① 可能受船舶、大冰圬等墥击的桥墩，若无其它防撞设施，桩顶应设承台。

  ② 地震基本烈度≥8度的地区，墩高大于7m时，桩顶应设系梁。 

  ③ 墩高超过20m时，桩顶应设系梁。

4.3.2桥台设计方法

  （1）台高H＜5m且侧向及台前可设锥坡时，宜选用柱式桥台；台高H≥5m且侧向及台前可设锥坡时，宜选用肋式桥台；台高H≥5m且侧向可设锥坡时，宜选用“U”型桥台。一般地，台高H控制在8m以内最为经济。

  （2）桥台承台不宜埋置太深，其底面以埋入地下1m为宜，以改善桩基受力，降低工程造价。 

  （3）为降低工程造价，肋式桥台肋数不宜多于桥墩柱数，桥台承台上不宜设置挡墙。

 4.3.3其它 

（1）伸缩缝估算方法：D=（Δt×L×10-5×103＋20）mm；D－伸缩量（mm）; Δt－极端最高气温与极端低气温的差值（度）；L－联变形长度（m）。

（2）预制梁长的预留值不应作为伸缩缝预留宽度的一部分。

（3）山岭重丘区高等级公路构造物（大中小桥、涵洞、通道等）的设置就少于2.5个/km。

（4）墩、台盖梁计算未考虑墩、台身和盖梁的固结作用。对于双柱墩、台近似简化为简支结构计算，对于三柱墩台近似简化按连接结构计算。

（5）基桩按弹性磨擦桩或嵌岩进行计算时，有效桩长不得小于5d（d为桩径），有效桩长自最低冲刷线或桩侧土厚度不小于2.5d处起算。

（6）桥面横坡以墩、台身高度的变化予以调整，支座垫石厚度为定值。

（7）为了在桥台耳墙内护栏受撞后不致影响耳墙安全，耳墙相外移了25cm或30cm，为此，桥头路基两侧均应加宽50cm或60cm，从锥坡顶点起10m过渡到正常宽度。 

结束语

  一般地讲，平原区、城镇人口密集区、旅游专线、立交区的桥梁在选型时应注重其经济性、美观性和安全性；山岭重丘区的桥梁在选型时应注重其经济性、施工难易程度和安全性。但是，随着新材料、新工艺、新技术的不断涌现，人们对桥梁结构的认识不断提高。因此，对结构工程师而言，追求合理、美观、经济、安全的桥型方案是永无止境的。