桥梁孔跨布置探讨

摘要：本文总结了铁路、公路及城市道路桥梁设计中常用的15条孔跨布置原则，提出了经济合理的相邻跨度之比值，并将之应用到具体的工程实例。

关键词：桥梁 分跨原则 实例

一、引言

逢山开路、遇水搭桥，道出了桥梁架设的原始动机。随着现代社会交通的发展，又增加了道路的立交，引起大量的立交桥梁建造，这就要牵涉到桥梁的孔跨布置，即桥梁分跨或者叫桥梁墩台位置选择，它是桥梁总体设计亦或桥梁建筑设计当中的一项重要内容。作者以有关规程、规范为准则，结合桥址地形、地貌、地质、地震、水文、气象、通航、跨线要求及桥梁类型、荷载、采用材料、施工方法等情况，并结合近年来的工程实践，谈一谈在桥梁设计中孔跨布置的体会。

二、桥梁分跨原则

桥梁常常因跨越河流、峡谷、道路或铁路而设置。

桥梁分跨是桥梁总体设计的主要项目之一。大型复杂的桥梁，其方案设计有桥位选定、桥式及孔径确定等几项内容。桥梁在桥位确定之后，不但要进行不同桥式方案间的比较，而且要将同一桥式按不同的孔跨布置做为几个不同的方案进行比较，以求得较经济、合理的设计方案。

本文主要讨论一下桥梁分跨的原则。

1、桥梁孔跨的布置，在满足桥梁的使用功能条件下，结合线路的情况，应使其总造价较低。一般情况下，桥址地质条件越差或下部结构投资越大，就越宜采用较大的跨度，以减小下部结构及基础的工程量，从而节省投资，反之亦然。从投资和跨度方面来看，桥跨布置总体表现为：边跨小于中跨，引桥小于主桥。

2、一条长大铁路、公路干线，同一区段内桥梁的孔径与式样应力求简化。同一座桥梁，除通航和其他特殊需要外，应尽量采用等跨及相同的结构类型。跨度不超过60m的简支梁桥，其跨度应采用标准跨度，以达到方便设计和施工的目的，便于工厂化制造，取得经济效益。

3、桥梁路基相连，桥梁的经济起桥高度一般为5~6m，较小者可取至2～3 m，以此控制桥梁的长度。有条件设置挖方内桥台者，应优先采用，可保证桥台的稳定。

4、跨越河流的桥梁，孔跨布置不宜压缩天然河道。桥梁中线宜与天然河道洪水流向正交，避免水流在桥头形成水袋而产生三角回流，影响路基、桥梁安全。

5、水文控制的桥梁，其孔跨布置必须保证安全通过设计频率洪水、流冰、流木、泥石流及其他漂流物，其产生的冲刷系数宜小于冲刷容许值。桥跨结构底部应高出设计洪水频率水位并有足够的富余量。

6、通航河流上，桥梁中线应与航线正交。当不能避免斜交时，应适当加大通航净孔。通航桥孔位置应根据河流的中常水位及低水位时的航线确定，通航孔桥跨结构应高出桥下通航净空建筑限界。

7、连续梁桥或拱桥相邻跨度的比值(小跨比大跨)宜在0.4～1之间，当比值接近0.618时，桥跨结构会显得平顺流畅，结构受力合理，工程更经济。悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥或连续刚构桥，其跨度应满足施工时对称T形结构对跨度的要求。斜拉桥边跨与中跨之比宜在0.3～0.5间;悬索桥(吊桥)边跨与中跨之比宜在0.2～0.5间，具体跨度应根据地质条件、通航等级要求及气象条件而定。悬索桥因其特有的桥跨结构受力型式，令其成为当今世界上唯一单孔跨度超过1000m的桥式。

8、跨越铁路、公路及道路的立交桥梁，其桥梁孔跨布置应保证桥下净空限界符合相关行业的技术标准。应避免采用较大跨度，以减小梁部结构高度，降低桥梁建筑高度，缩短引桥长度，从而节省投资。

9、跨越宽浅河流的桥梁，多采用等跨简支梁桥。泥石流地区的桥孔，不宜压缩和过分扩大，应以单孔或多孔的较大跨度桥梁跨越，以免被泥石流冲毁。跨越V形峡谷时，桥梁主跨往往采用一跨跨过，并且优先采用拱桥或反吊桥方案。

10、修建深水高墩桥，河流水面较宽时，在技术经济条件许可下常常增大水中桥跨跨度，尽可能将桥墩设置于岸边、浅水区或礁石上，减小深水桥墩基础的工程量及施工难度，把深水基础问题转化成浅水基础来加以解决。这样可减少下部结构工程投资，上部结构工程投资虽增大，但桥梁总体投资仍应减小。同时也降低了桥墩对洪水的阻挡影响，有利于主河道的泄洪及水上交通，减小了船舶及漂流物撞击桥墩的概率，有利于桥梁的安全。此种情况适用于大跨度的悬索桥、斜拉桥、拱桥及连续梁桥。

11、当桥梁位于不良地质区域时，布置墩台应遵循如下几点：

(1)墩台基础应避免设置在软硬不均的地基土壤上。

(2)墩台基础位置应避开地基断层、滑坡、挤压破碎带、溶洞、黄土陷穴与暗洞或局部软弱地基等不良地质。

(3)在山区修建桥梁，位于陡峭山坡上的墩台应注意基础底面及侧面岩体的稳定性，宜选择桩基或挖井基础，并嵌固于基岩中。

(4)靠近陡峭岩壁的河槽边墩基础，应避免穿过水下山坡落石堆积层。

12、在老城区建造桥梁，应调查清楚桥址区域内的地上及地下构筑物，如地下各种管线(自来水管、排水管、热力管、煤气管、电力电缆、通讯光电缆等)，码头、防汛墙、堤岸及抛石护岸等各类水工构筑物，水下古代残留物，各种房屋建筑物的性质造价，以便确定桥墩基础位置时考虑避让。不能避让时，设计应考虑对既有构筑物进行拆迁、改造或采取防护措施。

13、互通式立体交叉桥梁，桥梁群在平面上的布置应匀称规则，选择合适的桥墩式样，保持桥下通透性良好。桥梁的平面布置应尽量避免出现分叉桥和急转弯桥，若无法避免，应于桥梁分叉处、桥面宽度骤然变化处设置桥墩，使桥梁受力状态良好。

14、邻近城市，桥梁跨越河流后又要与滨河路实现互通式立交，应妥善处理好跨河分跨与立交桥群布置之间的关系。

15、悬索桥的分跨布置，除了考虑桥梁主塔处于良好的位置外，应重视锚碇的设置位置，可选择地锚或自锚方式。其对主缆索的选择及设计方案、造价有较大影响。

三、工程实例

1、工程简介

某公路桥跨越广州市增步河，增步河是珠江的一条主要支流，承担着泄洪和航运的功能。既有桥梁的主桥为35m+50m+35m空腹式钢筋砼拱桥，两端引桥为跨径10m的简支梁桥，桥梁总长766.4m。既有桥于1982年建成通车，后发现主拱圈出现裂纹，两桥台因受纵向顶力作用产生竖向裂纹，河中桥墩产生纵向位移，桥梁出现险情。广州市政府决定拆除原桥，原址建造新桥。

2、设计经过

桥址处河宽139m，常水深4.5m，通航净高8m，钻孔揭示地基土壤表层为淤泥，其下为软塑黏土，距地表10m~30m均为浅黄色硬塑砂黏土，基本承载力σ0=300kpa。设计采用桥式为预应力混凝土连续梁桥，排架式桥墩，钻孔桩基础，桥跨结构受力均匀，又因为其立面面积小，线形轻巧流畅，在市区有较好的景观效果。因为桥址处地基条件差，拱桥立面面积大，阻水多有碍行洪，不适宜修建拱桥;修建斜拉桥因跨度小取不到经济的效果。

桥梁高度受水文控制。桥上纵坡1.5%，桥面宽50m，初步设计时拟定了两种孔跨布置：(1)35m+50m35m，(2)80m+110m+80m，具体布置见下图：

孔跨布置方案一保持原桥的孔数、跨度不变，减小主桥的长度。方案二采用一跨跨越河道，主桥长度为270m 。

方案一虽然短主桥的长度较短，降低了主桥的设计施工难度及造价，但由于两个桥墩位于原桥墩位上，虽然支座截面处剪力最大，但可通过适当加大截面高度、增加受剪钢筋来解决问题。再结合具体的地形条件，最后确定边跨跨度为80m。方案二引桥较方案一短，避免了河中两个桥墩的施工，经过综合比较，最后选定方案二。

此桥已于2000年底建成通车，使用效果良好。

四、结束语

以上桥例的孔跨布置只涉及到桥梁孔跨布置原则的几个方面，越是大跨度桥梁其孔跨布置越具有挑战性，尤其是大跨度桥梁的代表——斜拉桥和悬索桥，其孔跨布置主要结合桥址地形、地质、地震、气象、通航、采用材料及施工方法综合考虑，是一项复杂的系统工程。较简单的中小桥梁，在勘察地形之后，资深桥梁工程师凭经验便可以定出其合理的孔跨布置。但复杂、大型的桥梁设计，须有充分的前期方案研究、论证，听取各方面意见才能决定其设计方案，甚至最终设计方案由桥梁专家组历经数年才能定夺。

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