桥梁布跨分析
2015-04-08
1 引言
桥梁常常用于跨越河流、峡谷、农田、公园或道路等，跨越这些障碍物时的孔跨布置称为桥梁分孔或墩位选择。孔跨布置是桥梁方案设计的一项重要内容。桥梁跨径的布置对桥梁的使用性能、总体美观等起着决定性的作用，方案设计不足带来的影响是在技术设计阶段或施工阶段是无法弥补的。本文通过中山东部快线榄横路高架桥的桥跨布置，分析了桥梁孔跨布置的注意事项。
2 桥梁布跨原则
一座复杂的桥梁，不但要进行不同桥式方案间的比较，而且往往要将同一桥式的几个不同的分跨作为几个不同的方案进行比较，以求得较优的方案。桥梁布跨应结合桥址工程条件，如地形、地貌、地质、地震、水文、气象、通航、跨度、材料、荷载、施工方法、美学因素等情况来进行。布跨过程中需要特别注意的几点如下：
2.1 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。一般来说，地质越差或下部结构投资越大，此时应综合考虑上下部构造的总造价，以选取经济，合理的桥跨。因此，桥梁孔跨布置往往表现为：引桥小于主桥，边跨小于中跨。
2.2桥或拱桥相邻跨度的比值（小跨比大跨）宜在0.4~1内，接近0.618时，桥跨变化会显得平顺、流畅，结构受力合理，工程更经济。悬臂施工的连续梁桥或连续刚构桥，其跨度应满足施工时对称T构对跨度的要求。
例如，德国的Moselle-Valley-bridge，最大墩高约136m，其跨径组合为（156.8+218.2+170.5+146.1+133.9+109.6） m，计算可得，墩高与跨径的比值136/218.2≈0.62，因此整个桥梁比例协调，雄伟大气，如图1所示。
图1 德国Moselle-Valley-bridge
2.3 同一区段内，桥梁的孔径与式样应力求统一；同一座桥梁，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50m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。
例如，我国建造的东海大桥、杭州湾大桥两座跨海大桥中，其非通航孔的工程量都非常巨大，占桥梁总长90%以上的非通航孔，主要采用60m、70m等大跨径的标准预制梁段，通过集中预制，整体吊装，减少建设过程中海上恶劣天气对施工的影响，加快施工速度，保证施工质量。其中杭州湾大桥总长35.7km，其桥跨布置如下：
北引桥：3.5+15×30+10×50+3×60+50+50+80+50+24×50+7×70=3053.5m预应力混凝土连续梁桥；
北航道桥：70+160+448+160+70=908m五跨连续双塔双索面钢箱梁斜拉桥；
中引桥：14×70+134×70+10×70=11060m预应力混凝土连续梁桥；
南航道桥：100+160+318=578m三跨连续独塔双索面钢箱梁斜拉桥；
南引桥：10×70+86×70+203×50+80+5×50+60×30+50+34×30+3.5=20073.5m预应力混凝土连续梁桥。
2.4 起桥高度一般综合考虑桥台处地质情况，美观等。市政桥梁一般考虑美观，桥头填土高度偏低。
2.5 当桥梁上跨道路时，为了避免采用较大跨度，降低建筑高度，节省投资，往往考虑是否于道路的中央分隔带处设墩，从而两跨或多跨跨越道路。
2.6 桥梁中线宜与河道洪水流向正交，避免水流在桥头形成水袋而产生三角回流，影响线路或桥梁安全；桥跨结构应高出设计洪水水位至少0.25m，必要时，尚应考虑壅水高、波浪侵袭高、局部股流涌高、斜水流局部冲高、河弯超高、河床淤积或漂流物等的影响。
3工程实例
3.1 工程简介
中山东部快线榄横路高架桥按六车道一级公路（兼具城市快速路功能）标准设计；设计行车速度80km/h，公路－I级设计荷载，桥面净宽2x12.5m。
3.2 设计过程
设计过程中高架桥总的布孔原则如下：
①沿线虽然桥梁较多，但原则上桥位、桥型应服从路线和立交，不应因桥位、桥型的选择造成路线、立交过多绕行、线形指标降低或征地拆迁大规模增加。
②桥型及桥跨选择以经济、安全和满足功能要求为前提，兼顾美观为原则。
③桥型选择尽可能采用标准化、系列化和便于集中预制的构件；为增加行车舒适性及减少桥梁后期的运营、养护费用，尽可能采用结构连续。
④桥跨分联结合伸缩缝的选型，联长控制在100～120m。
⑤路段台高控制在4～5m。
⑥沿线桥梁上部结构，较多采用25m跨预应力砼小箱梁；高架桥的变宽段以及立交的主线桥一般采用现浇预应力砼连续箱梁；立交的匝道，当曲率半径大于600m时采用预制小箱梁，当曲率半径小于600m时采用现浇连续箱梁。
⑦左右幅桥梁错开布置，以跨越被交道路和河流，用边跨或引桥调整孔径将左右幅桥台或引桥墩逐渐调至呈横向正交并列。
高架桥跨越省道S111（中拱路）时，道路与高架桥斜角，如图2所示。布孔时利用渠化交通的交通岛来设置桥墩，以减小桥梁跨径。又因高架桥与道路斜交，左右幅桥墩未正交并列，布孔时通过引桥跨径的布置来调正。
图2 中拱路跨线桥
4结语
桥梁布跨是个复杂的过程，要从总造价，跨度，施工方法，美学因素等方面进行综合比较。对于较简单的中小桥可以快速定出其经济合理的跨径。但复杂的大型桥梁，布跨过程不像结构设计计算可以有严格的标准规范等依据，人的主管因素影响比较大，因此需综合考虑各种条件，充分论证其孔跨布置的合理性，听取各方意见，取得经济合理的跨径布置。
参考文献
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作者简介：龚巧艳(1982--)，女，湖南桃江人，汉族，硕士，路桥工程师，从事道路与桥梁设计工作。
