(内蒙古交通设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010)
摘 要：文章结合以往高速公路桥梁设计经验，介绍了内蒙古准格尔至兴和煤炭运输高速公路桥梁方案设计。
关键词：山区；重载高速公路；上部结构；桥墩；桥台；基础
中图分类号：U442.5(226) 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)06—0275—02
1 概述
内蒙古准格尔至兴和煤炭运输高速公路是内蒙古第一条重载高速公路，该项目起点位于鄂尔多斯市准格尔县大路镇，终点位于乌兰察布市兴和县。该项目地形、地质复杂，大部分路段位于山区，深冲沟较多。
该项目的建设对蒙西地区优质煤炭的大规模开发外运，发挥西部地区资源优势，为东部经济发达地区提供优质高效能源产品，对支援国家经济发展和加快准格尔、东胜煤田优质动力煤和出口煤的生产基地建设，特别是加快实施国家能源发展战略等方面具有重要作用。该项目的修建，将使煤炭运输大幅度增加，完善了路网结构，增强了煤炭运输在路网上的灵活性，为鄂尔多斯市地方矿的煤炭外运开辟了新的运输途径，对完善市场机制，促进煤电一体化发展，培育特大型企业集团具有重要意义。
以下就结合以往高速公路桥梁设计经验，来介绍内蒙古准格尔至兴和煤炭运输高速公路桥梁方案设计。
2 桥梁方案设计
一般来说，桥型的选择应根据安全、适用、经济、美观、有利环保以及便于施工和养护等因素进行综合分析，以便最终确定桥梁实施方案。对于山区高速公路而言，还应着重考虑施工难易程度、山区地质病害及环境保护等影响因素。
由于该项目路线方案受地形和地质、环境保护以及特殊的旅游需要等因素制约，作为重要组成部分的桥梁其平纵线形受影响较为突出。具有曲线、大纵坡、高墩、长桥等特征的山区高速公路桥梁，在桥型方案的比选上有相当难度和复杂性。全线大部分桥梁跨越沟谷，并与沟谷交错并行，仅有少数为跨线桥和跨河桥。
2.1 桥梁上部结构设计
上部结构的选择，应结合沿线地形、地质、水文条件、施工难度和环保要求，并综合考虑其受力特点和经济性。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。该项目桥梁跨径有6、8、13、16、20、25、30、40m，横断面形式有空心板、T梁、小箱梁等。
结合以往高速公路桥梁设计经验，在内蒙古准格尔至兴和煤炭运输高速公路设计中，对于13m以上跨径的桥梁主要考虑对简支预应力混凝土空心板、先简支后连续预应力混凝土组合箱梁和先简支后连续预应力混凝土T梁三种结构桥型进行比较。
2.1.1 简支预应力混凝土空心板。此种结构施工方便，施工技术成熟，建筑高度最低，跨径不宜＞25m。平原地区受净空和桥台填土高度的限制，桥梁上构要求尽可能降低建筑高度，这样可以减小纵坡，降低路基填土高度，减少占地及降低路基处理难度，与路基综合起来比较具有优势。山区高速公路桥梁一般净空无严格限制，空心板跨径小，梁高小，由于桥梁跨径受限制，往往造成跨深沟桥梁高跨比不协调，美观性差，且高墩数量增加，桥面伸缩缝多，行驶条件差。因而，在山区高速公路中，该类桥型一般用于地形相对平缓、填土不高的中、小桥上。该项目简支预应力混凝土空心板采用的跨径有13、16、30m。
2.1.2 先简支后连续预应力混凝土组合箱梁。
一般来说，预制吊装多梁式组合箱梁在中等跨径的桥梁中具有造价省，施工方便的特点，是中等跨径桥梁常用的桥型。桥型美观，结构受力性能好，行车平顺性良好，无需大量支架，造价较低，后期养护工作量较小。若在桥头路基上预制组合箱梁、采用架桥机安装，将主要施工工作面转移至桥上，可大大减小对沿线环境的影响。但当弯桥的弯曲程度较小，单跨桥梁采取弯桥直做、以两端桥台为控制点；多跨桥梁，各墩台呈放射状、径向布置、调整每片梁长，或者调整现浇段长度，但应注意调整现浇段长度时核对盖梁的宽度，以保证满足支座的安放。对于桥梁横坡特别是超高缓和段的横坡，据以往项目反映经常出现支座悬空的情况
，严重影响桥梁的营运寿命，该项目采取调整每端、每侧箱梁腹板高度的办法，严格使其满足横坡的需求。采用直梁设计，以翼缘板宽度调整平面线形，可减少曲梁的弯扭作用，在一定程度上弥补弯梁桥在受力和施工上的不足，此外采取加强横向联系的措施，提高结构的整体性能。鉴于该类桥型造价低，对地形的适应性较强，施工周期快，在中等跨径的长桥及高架桥中较广泛采用。在该项目设计中，如预制场地选择较方便，弯桥的弯曲程度较小，无大超高、大纵坡时或跨越沟谷、河流的中等跨径的桥梁，可考虑采用先简支后连续预应力混凝土组合箱梁。该项目组合箱梁采用的跨径有20、25m。
2.1.3 先简支后连续预应力混凝土T梁。
山区高速公路平面半径较小，超高缓和路段不可避免会出现在桥上，如果选用空心板和小箱梁，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，所以该项目大于30m跨径的桥梁采用T梁。对于50m跨径T梁，在小半径平曲线上，由于内外梁长差较大，跨中矢高较大，对路线的适应性要差一些。另外山区高速公路，交通运输、场地预制条件均较差，大型机具进入困难，50mT梁单片重170多t，架设设备要求较高，运输及安装过程中变形不易控制，因此该项目不选用50m跨径T梁，采用的跨径为30、40m。
2.1.4 整体式钢筋混凝土现浇板。考虑到准格尔至兴和煤炭运输高速公路是一条重载公路，大型运煤车居多，6、8m跨径小桥上部结构采用整体式钢筋混凝土现浇板。此种结构采用满堂钢支架就地浇筑施工，相能比预制板整体性能好，解决预制板之间铰缝容易出现裂缝的问题。
2 桥梁下部结构设计
下部构造应能满足上部结构对支承受力的要求，同时在外形上要做到与上部构造相互协调、布置匀称。
2.1 桥墩型式
通过经济比较，20m跨径适应的墩高一般为15m以下，25m跨径适应的墩高一般为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24～40m。由于该项目地震烈度为8度，桥梁墩高＞30m采用空心薄壁墩，墩高＜30m采用柱式墩。
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，外观轻盈美观，桥墩布设灵活性大，可适应不同类型的基础。对于山区高速公路来说，多数桥梁跨越沟谷、溪流且交错并行，斜交角度较大，采用柱式墩可大大减小桥墩对水流的阻碍。采用双柱墩加盖梁的形式，可以提高箱梁、T梁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；而对于宽度较宽或斜交角度较大的桥梁，采用三柱式或多柱式墩，可适用不同桥宽的变化。
空心薄壁墩美观性较好，但施工稍显复杂。墩高较矮时，其施工既复杂又不美观所以少采用。当墩高较高时薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一个支架，对于地面横坡较陡，搭支架困难，模板需求量大的山区桥梁，薄壁墩具有显著的优势。另外采用双柱墩时，由于地面横坡较陡，两个墩柱高度经常相差较大，导致两个墩柱受力差异较大，采用薄壁墩，只一个墩柱，就避免了上述缺陷。所以该项目墩高＞30m时，采用空心薄壁墩。
2.2 桥台型式
山区高速公路桥梁桥台一般采用重力式U型台、肋板式桥台、桩柱式桥台。重力式U型台台前没有溜坡，能减少桥孔，但要求地基承载力高，且混凝土数量较大。桩柱式桥台由于抗推刚度小，当联长较长，台后填土高度较高时不宜使用，一般台后填土高度宜控制在5m以下，联长宜控制在150m以内。埋置式肋板桥台适应范围广一些，但也不宜太高，不宜超过12m。山区高速公路桥梁纵向地形陡峭，往往不能设置锥坡，这时采用桩柱式或肋板台会受到较大限制。该项目根据地形、地质情况采用了此三种桥台型式。
2.3 基础型式
对于桥梁基础设计而言，沿线山岭区地质条件较好，承载力大，大部分路段可满足扩大基础的要求。一般对于地面横坡小的桥墩基础，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。桩基础多为嵌岩桩和柱桩，地质情况较差地段采用摩擦桩。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
，灵活采用钻孔桩基础与扩大基础相结合的方式。
3 结语
山区高速公路桥梁设计有很多区别于平原桥梁的地方，也更有很多方面需要探讨。笔者结合以往山区高速公路设计经验，就内蒙古准格尔至兴和煤炭运输高速公路桥梁方案设计，提出一些粗浅的认识，文中不当之处敬请同行和有关专家指正。