近年來(lái)，在國(guó)家不斷加大對(duì)西部投資開(kāi)發(fā)的大環(huán)境下， 西部交通的各干線項(xiàng)目加速發(fā)展，但要發(fā)揮干線項(xiàng)目預(yù)想的社 會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，就需要在干線項(xiàng)目修建時(shí)，考慮建設(shè)一定 量的與重要城鎮(zhèn)和旅游景點(diǎn)相連的連接支線。主要是在滿足一 定量的最大通行能力基礎(chǔ)上，通道要“通”、“順”，并且由 于干線運(yùn)輸能力的升級(jí)陸續(xù)完成，造成對(duì)連接支線的大量緊急 需求，每條連接支線工期、造價(jià)的控制也就成為其重要的考核 指標(biāo)。在處理連接支線上的橋梁方案時(shí)，也要考慮在承載能力 “夠用”的基礎(chǔ)上，盡可能的多考慮一些“通”、“順”以及 工期與造價(jià)的平衡問(wèn)題。連接支線中由于不追求線形、指標(biāo)會(huì) 出現(xiàn)很多小半徑橋梁，下面將本人參加的一個(gè)高速公路干線項(xiàng) 目中連接線上一座橋梁方案比選的方法以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究簡(jiǎn)單概括。
橋梁概況及方案比選 西部某高速公路干線連接線上某橋是該連接線的主 線橋，本橋所在路段推薦方案（以下簡(jiǎn)稱k線方案）為， 線位位于緩和曲線長(zhǎng)ls=40m，半徑r=35m，緩和曲線長(zhǎng)ls=25m的平曲線內(nèi)，縱坡為4.7%，橫坡為5%。橋 梁 主 要 尺 寸 及 技 術(shù) 標(biāo) 準(zhǔn) 為 ：全 寬 - 1 0 . 4 m ， 凈 寬-9.4m，現(xiàn)澆梁高125cm，瀝青混凝土鋪裝厚10cm，設(shè)計(jì) 車道數(shù)按照兩車道計(jì)算，7度設(shè)防地震烈度。(k線方案如圖 1：路線方案示意圖)
1.1 橋位總體方案定性比選
在項(xiàng)目初期考慮到k線方案的半徑較小，增加了一個(gè)擴(kuò)大半徑后的方案進(jìn)行比較。首先用定性比較的方法，對(duì)增 大半徑的方案與k線方案進(jìn)行比較。橋梁所在路段有舊路，舊橋橋位在本橋兩方案上游， 舊路為28m半徑路段中以1～8m小橋跨越本溝，兩方案溝底 處縱坡均為12.5%。將本路段圓曲線半徑加大后形成一個(gè)圓曲線半徑為55m 的路線方案（以下簡(jiǎn)稱55m半徑方案），本路線方案為半徑 增大的極限，如繼續(xù)擴(kuò)大圓曲線半徑，工程量會(huì)明顯多于k 線方案且實(shí)施難度會(huì)大幅增加。k線方案與55m半徑方案在 平衡工期與造價(jià)之后，定性比較如下：
⑴因?yàn)楸韭范问鞘芸v坡控制的持續(xù)上坡路段，按照k線 方案橋梁段前后已接近極限縱坡。如果按照55m半徑方案實(shí) 施勢(shì)必會(huì)造成橋梁縱坡增大。經(jīng)過(guò)測(cè)算，路線每減少10m縱 坡要抬高0.656%，而如果半徑加大到55m，路線會(huì)至少減 少20m，縱坡會(huì)達(dá)到6%左右，于結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)難度、施工難度與工期都會(huì)有較大影響。
⑵55m半徑方案的線位在k線方案過(guò)溝位置的下游方向 約26m處，k線方案布跨選用15m跨徑，需要4跨，平均墩 高約為10.3m，而55m半徑方案選用13m跨徑，需要5跨，橋墩處對(duì)應(yīng)填土高比k線方案增加3.25m左右，平均墩高約為 13.55m。雖然55m半徑方案較k線方案路線長(zhǎng)度會(huì)減少20多 m，但是由于提高了路線指標(biāo)，甩開(kāi)舊路路基路段的造價(jià)會(huì) 大幅提升。在這部分增加的造價(jià)比較下，因減少路線長(zhǎng)度 而減少的工程量幾乎可以忽略不計(jì)。橋梁工程中，55m半徑 方案橋墩墩身造價(jià)比k線方案提高約31.5%，而上部構(gòu)造并 不會(huì)因?yàn)樵龃舐肪€半徑的同時(shí)，減小橋面面積而使造價(jià)減 少（橋長(zhǎng)反而增加了），本方案也不能使用統(tǒng)一模版預(yù)制 上部梁板以減少工期。
綜上所述，經(jīng)過(guò)定性比較，增大半徑的方案對(duì)于本 座橋梁來(lái)說(shuō)不僅不會(huì)節(jié)約預(yù)算，而且會(huì)延長(zhǎng)工期；另一方面，k線方案中的35m半徑圓曲線，以“通”、“順”的連 接支線在做好其他行車安全保障措施的基礎(chǔ)上，線型指標(biāo) 是完全可以接受的。
圖2：邊梁翼緣板及現(xiàn)澆層平面變寬示意圖
圖3：橋型推薦方案立面圖
1.2 橋型方案比選
針對(duì)k線方案，還應(yīng)進(jìn)行不同橋型方案比選。
1.2.1 上部結(jié)構(gòu)比選
鑒于橋梁所在路線圓曲線半徑較小，相對(duì)來(lái)說(shuō)使用 13～15m跨徑橋梁最為合適。這主要考慮了三個(gè)方面的因素。
⑴在路線線型為小半徑的情況下，如采用彎橋直做的 預(yù)制結(jié)構(gòu)，平曲線型由護(hù)欄在外側(cè)調(diào)整實(shí)現(xiàn)（方案示意圖 見(jiàn)圖2），考慮到懸弧差會(huì)根據(jù)跨徑增大而增大，若懸弧 差較大則會(huì)造成材料浪費(fèi)以及線型不順暢，故跨徑不宜過(guò) 大，且本橋主跨跨徑不受河道與流量的制約。
⑵若采用現(xiàn)澆箱梁作為上部構(gòu)造，跨徑越大在跨中位 置的形心距相鄰兩橋墩臺(tái)理論支撐點(diǎn)連線的距離（形心位 置大致等同橋梁中心線位置，如圖4中跨中截面橋梁中心線 到橋墩中心線的距離）也會(huì)越大，對(duì)抗扭剛度會(huì)有更高要 求，造成造價(jià)增大，跨徑過(guò)小又會(huì)造成下部材料浪費(fèi)。
⑶采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁時(shí)，隨著小半徑橋梁跨徑的增 大，則箱梁勢(shì)必需要使用預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)抗彎能力。對(duì)于本 路線方案，抗彎預(yù)應(yīng)力索由于按照曲線布置，橋梁?jiǎn)慰?跨徑越大，其產(chǎn)生的徑向分力越大，則對(duì)抗扭性能產(chǎn)生不 利影響越大，根據(jù)小半徑橋梁特點(diǎn)——盡量降低梁高，并 且盡量減小抗彎扭剛度比（即減小抗彎剛度，增大抗扭剛 度）；同時(shí)如現(xiàn)澆連續(xù)箱梁跨徑過(guò)大還要考慮采用獨(dú)柱偏 心墩，用以平衡恒、活載偏心作用而導(dǎo)致的扭矩增大、翹 曲形變與外側(cè)腹板彎扭的耦合效應(yīng)，由于兩者都會(huì)非線性 增大、翹曲形變也會(huì)引起翹曲正應(yīng)力并伴隨剪應(yīng)力出現(xiàn)以 及雙支座時(shí)可能產(chǎn)生的半徑內(nèi)側(cè)支座脫空的現(xiàn)象。綜合考 慮上述問(wèn)題后，曲線橋的跨徑最好不要過(guò)大，以15m跨徑最 為適宜，而更好的辦法就是盡可能采用普通鋼筋混凝土結(jié) 構(gòu)，避免使用預(yù)應(yīng)力，同樣這種辦法也是以跨徑不能過(guò)大 為前提的。
綜上所述，本橋上部結(jié)構(gòu)擬定兩個(gè)方案：方案一：5×13m預(yù)制鋼筋混凝土空心板方案，u臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)，樁 柱式橋墩；方案二：4×15m普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁 方案，u臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)，固結(jié)獨(dú)柱墩、獨(dú)柱墩、樁基礎(chǔ)（方 案二見(jiàn)圖3）。
1.2.2 上部方案比選
根據(jù)前文的論述，這兩個(gè)上部結(jié)構(gòu)方案本身是有理論 依據(jù)的，并且是有比較價(jià)值的。具體比較如下：
⑴方案一特點(diǎn) 由于全橋都位于平曲線段上，因此采用主梁調(diào)整預(yù)制 長(zhǎng)度，如圖1所示，空心板翼板的寬度根據(jù)曲線半徑確定 預(yù)制長(zhǎng)度；因?yàn)槊靠缌洪L(zhǎng)的不同，所以在結(jié)構(gòu)計(jì)算及配筋 時(shí)，需要根據(jù)梁長(zhǎng)的差別按照不同梁長(zhǎng)級(jí)配計(jì)算配筋，這 樣缺點(diǎn)是：
①設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)周期會(huì)增長(zhǎng)；
②實(shí)施階段會(huì)因?yàn)樵龆嗔四０逄讛?shù)而抵消預(yù)制結(jié)構(gòu)原 有的節(jié)省工期以及比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)節(jié)省造價(jià)的優(yōu)勢(shì)；
③運(yùn)營(yíng)階段上部結(jié)構(gòu)還會(huì)由于橫向不同、梁板板長(zhǎng)和 剛度不同更易在鉸縫處形成通長(zhǎng)裂縫，影響運(yùn)營(yíng)期的使用 以及增高養(yǎng)護(hù)成本。
⑵方案二特點(diǎn) 同樣全橋位于平曲線上，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)可以避免方案一 所敘述的問(wèn)題；采用較小跨徑而實(shí)現(xiàn)的普通鋼筋混凝土結(jié) 構(gòu)，避免了預(yù)應(yīng)力的徑向分力對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及對(duì)抗扭性能 的影響。對(duì)于曲梁在外荷載的作用下會(huì)形成撓曲變形與彎扭耦 合共同變大的情況，但對(duì)于受力模型來(lái)說(shuō)還是跨中下緣形 變與耦合更嚴(yán)重，普通鋼筋在這個(gè)位置隨變形增大而增加 使用效率，同時(shí)提供了更好的抗彎扭和對(duì)抗翹曲正應(yīng)力的 效果。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析比較，在15m跨徑的35m半徑時(shí)，內(nèi)外腹板跨中處彎矩較內(nèi)外腹板弧線長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)跨徑的直橋跨 中彎矩?cái)?shù)值相近，故可以簡(jiǎn)化為根據(jù)內(nèi)外腹板弧長(zhǎng)的直橋來(lái)進(jìn)行替代內(nèi)力計(jì)算，從而減短設(shè)計(jì)周期；由于橋面橫坡為5%，梁底為平坡，半徑外側(cè)腹板比內(nèi) 側(cè)腹板高，這正符合了內(nèi)外側(cè)抗彎與抗扭的區(qū)別，客觀上 降低了一定的梁高；腹板采用鋼筋骨架配筋增加整體性、抗彎能力、抗扭 能力，同時(shí)也對(duì)翹曲形變引起的翹曲正應(yīng)力及其伴生的剪 力有一定抵抗能力。
經(jīng)上述比選后上部結(jié)構(gòu)選用方案二，這個(gè)方案在構(gòu)造 合理性、全壽命工期及經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)以及上部結(jié)構(gòu)具體受 力條件的改善方面都更為出色。
1.2.3 下部方案比選
通過(guò)上部方案比選，選定了普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁 的方案，下部結(jié)構(gòu)就以上部本方案為基礎(chǔ)，選擇了兩個(gè)方 案比選。
方案一：固結(jié)獨(dú)柱墩、獨(dú)柱墩、承臺(tái)、樁基礎(chǔ)，固結(jié) 獨(dú)柱墩布置在1、3號(hào)橋墩（如圖3），2號(hào)墩為獨(dú)柱墩。
方案二：偏心獨(dú)柱墩、承臺(tái)、樁基礎(chǔ)。鑒于橋梁所在 路線圓曲線半徑較小且存在緩和曲線段，無(wú)法根據(jù)圓曲線 線形大、小樁號(hào)方向?qū)ΨQ布置，以縮短設(shè)計(jì)、實(shí)施階段周 期，故而全橋墩柱采用徑向布置。上述方案的力學(xué)模型最大的差別在于，方案一活載作 用在徑向剖面（見(jiàn)圖4）上時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生的最大彎矩 較小。活載最不利工況力學(xué)模型的受力特點(diǎn)是：利用徑向剖 面雙側(cè)橋墩以外的上部結(jié)構(gòu)自重，平衡兩側(cè)橋墩內(nèi)的恒載 及活載對(duì)相鄰兩橋墩墩頂主梁構(gòu)成的負(fù)彎矩（如固結(jié)墩頂 同樣有彎矩）。在綜合考慮了兩個(gè)方面因素后，最終推薦方案一，其 比較過(guò)程如下。
穩(wěn)定性分析 ：本結(jié)構(gòu)采用了固結(jié)獨(dú)柱墩與獨(dú)柱墩相結(jié) 合的墩身結(jié)構(gòu)，15m跨徑對(duì)應(yīng)中35m半徑處的跨中最外側(cè)可 能出現(xiàn)的受力點(diǎn)到此跨兩獨(dú)柱墩支點(diǎn)連線的距離為：5.0m （直橋?yàn)?.3m），差值為0.7m（如圖4中跨中截面橋梁中心 線到橋墩中心線的距離），經(jīng)計(jì)算在不考慮墩頂固結(jié)的最 不利情況下，也不會(huì)造成邊跨半徑內(nèi)側(cè)支座脫空的現(xiàn)象出 現(xiàn)，故而不需要利用偏心下部結(jié)構(gòu)保證穩(wěn)定性，否則方案 二勢(shì)必會(huì)由于下部偏心結(jié)構(gòu)而增加造價(jià)，就穩(wěn)定性分析而 言選用方案一為宜?？拐鸺罢w性分析：方案一與方案二在墩梁結(jié)合處的 區(qū)別是：以支座作為上下部結(jié)構(gòu)過(guò)渡的墩身僅承受并向上 部結(jié)構(gòu)傳遞了軸力、剪力，而固結(jié)墩除了傳遞軸力、剪力 外，同時(shí)還承受彎矩作用，有效的減小了上部結(jié)構(gòu)的自由 度，提高了橋梁整體的抗震穩(wěn)定性，并能有效防止縱坡過(guò) 大以及其他原因造成落梁。由于固結(jié)墩采用了矩形截面，所以主要是徑向方向與 切線方向自由度較大，并且由于尺寸的原因橋墩給上部構(gòu) 造增加的剛度很小。能更好利用橋梁整體的剛度對(duì)內(nèi)力進(jìn) 行再分配，以提高整體性。由此可見(jiàn)從抗震及整體性分析而言選用方案一有一定 優(yōu)勢(shì)。經(jīng)上述比選后下部結(jié)構(gòu)選用方案一。
2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
由工程實(shí)例總結(jié)的非匝道小半徑橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)。根據(jù)上文對(duì)工程實(shí)例討論研究，在綜合考慮造價(jià)和工期后，現(xiàn)將對(duì)于與上文中工程實(shí)例同類型項(xiàng)目的小半徑橋梁（匝道橋除外）具有普遍意義的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，特歸納如下。
2.1 橋跨布置及方案選定注意應(yīng)結(jié)合布跨結(jié)果，布置固結(jié)墩的位置，以及非固結(jié)墩臺(tái)的支座選用。一般情況下，二級(jí)及以下公路的小半徑橋梁多是在陡坡深溝處，以路線貼近等高線走向以減小工程量。這種路段一般為緩和曲線加圓曲線加緩和曲線的形式。所以，一般來(lái)說(shuō)在地形、水文條件允許的情況下，盡量在圓曲線曲中點(diǎn)附近布置一個(gè)橋墩，圓曲線所在的一聯(lián)橋梁盡量以此橋墩為基準(zhǔn)對(duì)稱布置，可以最大可能的避免邊跨半徑內(nèi)側(cè)支座脫空，并且這種布跨方案在活載作用的最不利情況下（見(jiàn)圖4）對(duì)結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生的彎矩最小。
2.2 結(jié)構(gòu)尺寸的方案擬定原則 在條件允許的情況下，盡量降低梁高，盡可能減小固 結(jié)墩墩柱的截面尺寸，增大橋墩的柔度，這樣可以盡量減 小橋墩由于固結(jié)對(duì)上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，并讓下部結(jié)構(gòu)在 由于上部結(jié)構(gòu)翹曲形變產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力時(shí)更有效的參與內(nèi) 力再分配，使結(jié)構(gòu)受力更合理，項(xiàng)目投資更高效。
2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn) 結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)包括：進(jìn)行正常獨(dú)柱墩徑向剖面的上部 穩(wěn)定性計(jì)算（邊界條件按簡(jiǎn)支計(jì)算）；采用偏心墩的整體 穩(wěn)定性計(jì)算（邊界條件按簡(jiǎn)支計(jì)算）；如偏心墩無(wú)法完全 解決支座脫空問(wèn)題，就需要進(jìn)行固結(jié)偏心墩的整體穩(wěn)定性 計(jì)算（邊界條件在固結(jié)墩處采用固結(jié)計(jì)算）并且根據(jù)固結(jié) 界面不同情況進(jìn)行截面配筋驗(yàn)算。