桥梁孔跨布置定性研究

提要 以论文《桥式最优设计理论研究》及《桥式新分类与新评价》所研究的内容为基础，糅合桥梁规范有关孔跨布置的条文及笔者的工程实践，提出桥梁孔跨布置应遵循的20条准则。它是桥梁孔跨布置实践的高度概括与总结。
关键词 桥梁  孔跨布置

   桥梁孔跨布置，亦称为桥梁分孔或者叫墩位选择。它是桥梁总体设计或者说是建筑设计中的一项重要内容。桥梁孔跨布置应以论文《桥式最优设计理论研究》及《桥式新分类与新评价》所研究的内容为基础，以有关规范[1][2]所列条文为准绳，结合桥址工程条件，如地形、地貌、地质、地震、水文、气象、通航或跨线等及材料、荷载、施工方法等情况来进行。
1桥梁布置
桥梁常常因跨越河流、峡谷或道路等而设。  
准则[1] 投资巨大、工程复杂的大型桥梁，应从地质、水文、接线方案等方面进行综合论证，以寻求较优的桥渡方案。
准则[2] 跨越一条河流时，一般以设置一座桥为宜；当一条河流有两个或两个以上的稳定河槽，或滩地流量占设计流量比重较大，且水流不易合并时，宜分设桥梁，但若两桥相距不远、有连通设桥条件时，应连通设为一长桥。
当桥梁穿越某些不良地质区域时，应设桥通过。其应遵循如下准则[3]。
准则[3] 当桥梁穿越某些不良地质区域，如冻土区的冰椎、冻胀丘、融冻泥流、热流滑塌、热流湖塘等不良地质处，应设桥通过。
2 桥梁分跨
桥梁分跨是桥梁总体设计的主要项目之一。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做为几个不同的方案进行比较，以求得较优的方案。桥梁分跨一般遵循如下准则：
准则[4] 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（当然，对于不同的桥长，应结合路基一同比较）。一般来说，地质越差或下部结构投资越大，就越宜采用较大的跨度，以减少支承结构的工程量，从而节省投资，反之亦然。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。
准则[5] 梁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。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。
斜拉桥边跨与中跨之比宜在[1/3,1/2]内。
悬索桥边跨与中跨之比宜在[1/4，1/2]内。
准则[6] 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。
准则[7] 一般情况下，桥孔不宜压缩。起桥高度一般为6~8m，较小者取至2~3m。有条件设置挖方内桥台者，应优先采用。
准则[8] 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。
准则[9]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。通航孔桥跨结构应高出桥下通航净空建筑限界。当然，桥跨结构不能伸进桥面行车/人建筑限界。
准则[10]通过设计洪水流量、桥跨结构高出设计洪水水位并有足够的富裕、其产生的冲刷系数小于容许值是桥梁孔径必须满足的条件之一，这是水文对桥梁的基本要求。
准则[11] 当桥梁较高、跨越河道的水深较大、河面较宽时，则在技术经济条件许可的情况下常常增大水中桥跨跨度（适应大跨的桥式有悬索桥、斜拉桥及拱桥等），尽可能将桥墩设在岸上、浅水区或礁石上，最大限度地减少深水桥墩基础，把深水基础问题转化为用增大跨度的方法来加以解决（即减少下部结构工程投资，而增大上部结构工程投资，从而达到降低结构总投资），降低了洪水对桥墩及基础施工的影响，有利于泄洪及水上交通，减少了船舶撞击桥墩的几率，因而往往是经济合理的。
准则[12] 跨越宽浅河流的桥梁，多采用等跨梁桥跨越主河槽。
准则[13]当线路跨越泥石流河流时，桥孔应尽量采用单孔或考虑采用多孔较大的跨度，以免被泥石流冲毁。
准则[14] 跨越V字形或接近V字形峡谷时，桥梁主跨往往采用一跨跨过，并且优先考虑拱桥或反吊桥方案。
准则[15] 当桥梁上跨道路时，为了避免采用较大的跨度，降低建筑高度，节省投资，往往考虑是否可于道路的中央分隔带处设墩，从而两跨或多跨跨越道路。
准则[16] 由于不良地质的影响，墩台布置应遵循如下几点：
①墩台基础不应设置在软硬不均匀的地基土上。
②墩台位置应避开断层、滑坡、挤压破碎带、石灰岩溶洞及溶沟、黄土陷穴与暗洞或局部软弱地基等不良地质处。
③陡峭山坡上修建墩台时应注意基础底下及侧面岩体的稳定性。
④靠近陡峭岩壁的河槽边墩基础，应避免穿经水下山坡落石堆积层。
准则[17] 在具有较长历史的城区，建造桥梁选择墩位，应对桥址区域内现有的或残留的构筑物调查清楚，如地下管线（给水管道、排水管道、通讯光缆、 电缆、煤气管道等），驳岸、码头、防汛墙、堤岸及抛石护岸等各类水工构筑物，各种房屋建筑物的性质及结构情况等，以便确定桥墩基础是否避让，或原有构筑物拆迁、改造、或对紧靠基础的结构物采取防护措施等，必要时，应对临近建筑物、构筑物或土体稳定性进行评估。
准则[18] 在互通式立体交叉中，桥梁的布设应尽量避免出现分叉桥或急转弯桥，若无法避免时，应于分叉处、桥面宽度聚变处或急转弯处设置桥墩，使桥梁受力状态良好。另外，在互通式立体交叉中，桥梁群在水平面上的布置应力求作到匀称，桥下通透性良好。
准则[19] 对于跨越河流后又要与滨河路实现互通式立交的大型桥梁，要妥善处理好跨河分跨与立交桥群布置的关系问题。
准则[20] 悬索桥分跨布置时，除了考虑桥塔处于良好的位置及其他要求外，不可忽视锚碇的位置，其对方案造价及大缆索股的稳定性有大的影响。
桥梁孔跨布置是一项复杂的系统工程。较简单的中小桥梁，富有经验的工程师可能一眼便可定出其合理的孔跨布置；但复杂的大型桥梁，则须充分研究论证（其前期投入较大，方案研究工作常需好多年），听取各方意见，甚至其最终方案须由桥梁专家组定夺得出。