1、公路桥梁设计的布孔及选型分析摘 要：文章主要介绍了桥梁的布孔与选型的原则，并结合某工程实例，针对公路桥梁设计的布孔与选型进行了分析，旨在公路桥梁设计中如何根据具体情况进行布设以达到桥梁设计安全、适用、经济、美观的要求，提出了自己的看法。 关键词：高速公路桥梁桥孔布置桥面平整度 中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号： 一、桥孔布设原则 桥孔设计，应在保证桥梁安全运营情况下，顺畅渲泄包括设计洪水在内的各级洪水的水流和泥沙，避免河床产生不利变形，保证墩台有足够的稳定性，且做到经济合理。桥梁孔径与桥型有关，但孔径还取决于地形、水文、地质等条件和通航、流冰、流木等其它漂浮物顺畅通过桥
2、下的要求，桥孔设计还应考虑桥址上下游已建或拟建水利工程引起的河床演变对桥孔的影响。因此往往在总体设计时先考虑需要的孔径布置，再考虑桥梁形式，在桥型研究中如认为需要改变孔径时再予调整。桥孔布置的影响因素很多，其基本原则是： （1）一般而言，地质条件良好、施工水深不大时，应该采用较小的跨度，反之，宜采用较大的跨度。 （2）跨越大江大河或海湾的桥梁一般采用大跨径越过主河槽或通航净空，采用较小跨径跨越河滩或非通航范围。但船只较多河流在河槽内的非通航孔跨径亦不易过小，以备小船只洪水时靠岸行驶通行。 （3）通航桥跨应考虑满足通航净空、桥墩防撞设施宽度和墩前紊流区宽度三者的总宽度。同时应该充分考虑河床天然演
3、变导致通航孔位置变化的影响。 （4）斜桥、弯桥应按向水流的法线方向投影的跨径考虑通航或洪水宣泄的宽度、桥墩阻水面积；在深水河槽中宜采用阻水面积小或独柱式桥墩。 二、桥孔布设要点分析 桥孔布设应与天然河流断面流量分配相适应，在滩槽稳定的河段上，若桥孔需延伸到河滩上时，其左右河滩桥孔长度之比应近似等于左右河滩流量之比；在滩槽不稳定的河段或桥址位于河湾段时，桥孔布设应考虑河床变形和流量不均匀分布的影响。在实际工程设计布孔时，首先要考虑桥孔净长，然后根据断面形态、主流位置、通航要求、河床演变趋势、基础地质等，尽量选用合理的标准跨径，在桥址纵断面图上和桥址地形图上进行合理的桥孔布设，使桥下实际的水面宽度
4、等于或稍大于计算的桥孔长度。桥孔布置，应先河槽，后河滩，这样才能满足排洪输沙要求，确保桥梁的安全。 2.1 山区河段的桥孔布设 （1）峡谷河段桥孔布设不宜压缩河槽，一般宜单孔跨越。桥面高程可根据设计洪水水位并结合两岸地形和路线等条件确定，墩台基础可置于不同高程的岩基上。 （2）开阔河段桥孔布设允许压缩河滩，但不能压缩河槽。桥头河滩路堤应尽量与洪水主流流向正交，否则应增大桥孔。 2.2 平原区河段的桥孔布设 （1）顺直微弯和蜿蜒河段，通过河床演变调查，预测河湾的发展和深泓的摆动，桥孔布设应考虑河床演变的影响。 （2）分汊河段，在滩槽稳定的分汊河段上，断面流量分配基本稳定，可考虑布设一河多桥，在滩
5、槽不稳定的分汊河段上，桥孔布设应预估各汊流量分配比例的变化。 （3）宽滩河段，桥孔布设可根据桥位上下游主流趋势及洪水中泓线摆动范围布置，允许对河滩作较大压缩，但应考虑壅水影响。若河汊稳定而又不宜合并一处，以及河滩的大股水流无法导入桥孔时，可考虑修建一河多桥。 （4）游荡河段，游荡河段主流迁徙不定，桥孔布设不宜过多压缩河床，应结合当地治理规划，辅以必要的调治工程，在深泓线可能摆动范围内应均布设桥孔。 三、桥梁选型要点分析 影响桥梁形式选择的因素桥涵是一个整体的空间构筑物，其结构形式，一般是指上部结构，墩台和基础的造型，所以在总体设计中应进行综合分析比较，使上下部构造协调一致，经济美观，同时要适当
6、考虑农田排灌的需要，并应尽可能采取标准化的装配式结构，以利实现工厂化和机械化施工。而每一具体的结构形式，又与地址、地形和水文等因素有关。所以在选择桥型时，必须妥善处理各方面的矛盾，选出合理的方案。 桥梁的长度、宽度和通航孔大小等都是桥型选择的独立因素，它们是随设计任务同时提出的，这些因素不是设计人员在进行桥梁设计时能随意更改的。 经济是桥型选择时考虑的主要因素，一切设计必须经过详细而周密的技术经济比较。一般来说，造价低，材料省、劳动力消耗少的应该是优秀方案，但有时当其他技术因素或使用要求上升为设计的主要矛盾时，也不得不放弃较为经济的方案。 地质、地形、水文及气候条件是桥型选择的限制因素，地质条
7、件在很大程度上影响到桥位、桥型（包括基础类型）和工程投资。地形条件及水文条件将影响到桥型、基础的深度、水中桥墩的数量等。 四、工程实例分析 某公路桥梁，全长 247.21km，地处经济发达的苏南地区，东段地形平坦，河流、道路密布，水陆交通十分繁忙，为适应该地区交通网络的要求，必须设置桥梁、通道、分离式立交等结构物，以满足各种功能的需要。 4.1 桥孔布置 （1）跨河桥梁的布孔。该地区河流密布，人烟稠密，农田耕作采用机械化作业，人行通道、机耕通道多，桥孔布置不能仅考虑泄洪的要求，应视两岸地形、地物与通道布置统一考虑，适当加大跨径或增加孔数，再用线外道路连接沟通，以满足人、机通行的需要，这样桥梁虽
8、加长，而结构物的数量却减少，避免主线纵断面线形过多的起伏，亦便于施工。（2）软基路段的桥孔布置。桥头路基填土不宜过高，否则将导致桥路结合部过大的差异沉降而引起跳车，不能满足使用要求，或增加软基处理的难度和经费。计算分析和先期试验路段沉降观测资料表明，软基地段路基填土高度大于 4m，很难满足桥头路基工后沉降小于 10cm 的规定。施工过程中大量的沉降观测资料再次证实，上面的计算分析基本正确。为减小桥头路基的工后沉降，软基路段的桥孔宜适当加长，使经过处理的软基路段工后沉降控制在允许值内，根据计算和观测数据分析，桥头路基的高度宜控制在 5m 以下。 （3）斜、弯桥的结构布置。高速公路上车辆高速行驶，
9、必须保证安全和舒适，设计应保待平、纵线形在视觉上的连续性，以引导驾驶员的视线。因此，无论是一般结构物，还是大型桥梁，在平、纵、横布置上应满足布线要求，服从于线形综合设计。在此原则下，桥梁大多数系斜、弯结构。在满足使用功能条件下，为了加快工程建设，便于施工和工厂化生产及质量控制，采取下列措施布置斜、弯结构。 4.2 桥墩结构选型 （1）柱式桥墩。带盖梁单排桩柱式桥墩是用能承受弯矩的盖梁来代替实体式桥墩上的墩帽，当采用群桩基础时，需在桩顶设置承台，使各桩共同受力，并通过它使柱与桩相连（一般适用于简支梁桥或先简支后连续的连续梁桥） 。 （2）重力式实体桥墩。靠自身恒载（包括桥垮结构恒载）来平衡外力（
10、偏心力矩）和保证桥墩的稳定（抗倾覆稳定和抗滑稳定） 。因此污工体积较大，阻水面积增大，抗冲击力较差，不宜用在流速大并挟有大量泥沙的河流。对地基承载力的要求高。墩身多做成实体式的，不配钢筋，多用块石或片石混凝土砌筑。 （3）钢筋混凝土薄壁墩。钢筋混凝土薄壁墩又可分为单肢薄壁墩和双肢薄壁墩两种形式。前者墩身重量较轻，可节约污工材料，适用于地质条件较差时的简支梁桥上；后者适用于墩梁固结的连续刚构桥上（多用于互通式立交的跨线桥上） 。 （4）选用墩台时的注意事项。1）为了减少软基位移对结构的影响，尽可能减少超静定个数，适当加大桩间距，减少桩的根数。2）软土地基的桥梁，由于软土的变形对构造物的危害极大且
11、难以预料，尤其是蠕动变形对结构的危害是致命的，直接影响到结构的耐久性。对可能对构造物产生不利影响的区域，应根据软土的物理力学指标、软土厚度，进行相应的软基处理，以避免软土的水平向变形对桩基产生附加水平力，并消除蠕动隐患。3）软土地基由于强度低、易变形，桩基的最大弯矩点和弯矩零点可能因受到各种不可预见因素的影响而变化。 五、结语 综上所述，在桥梁布孔与选型时，首先要根据河道情况、路线等级、地理位置、通航要求、地质情况确定桥梁长度，然后根据具体情况确定桥孔布置，最后根据造价、工期、质量等确定具体结构型式，满足桥梁设计安全、经济、适用、美观的要求。 参考文献 1 王亚斌.景观桥梁结构造型设计与评价D.合肥：合肥工业大学土木建筑工程学院， 2006.
