西部交通建设科技项目交通编号：合同号：2003 318 223 14 单位编号：密级：内部分类号：西部地区中小跨径适用桥梁型式的研究专题一之子课题西部山区中小跨径桥梁合理孔跨布置方案的研究云南省公路规划勘察设计院交通部公路科学研究所2006年3月目录目录1 概述 (6)1.1 项目研究的依据和必要性 (6)1.2 工作过程简述 (6)1.3 项目主要研究成果 (6)2 项目主要研究内容 (7)2.1 项目研究的主要工作内容 (7)2.2 具体的实施方案 (7)2.3 本项目研究的关键技术 (7)3 项目调查研究 (7)3.1 资料调查 (7)3.2 调查结果分析整理情况 (8)4 研究成果与分析 (10)4.1 黄土冲沟地区中小跨径桥梁的布设原则 (10)4.2 黄土冲沟地区中小跨径桥梁的合理孔跨布置 (11)4.3 黄土冲沟地区中小跨径桥梁的桥型选择 (12)5 结论 (12)5.1 研究成果总结 (12)5.2 存在的问题与建议 (13)参考文献 (15)附录 (1)附录A (1)附录B (1)B1 (1)B1.1 (1)B2 (1)附录C (2)1 概述1.1 项目研究的依据和必要性1.1.1 项目研究的依据“西部黄土冲沟地区中小跨径桥梁合理孔跨布置方案的研究”科研项目为西部交通科研项目“西部地区中小跨径适用桥梁型式的研究”的子课题。

甘肃省交通规划勘察设计院以交通部公路科学研究所的委托协议书为依据（项目编号：200331822314）。

双方合作的研究内容是：1）西部黄土冲沟地区中小跨径桥梁合理孔跨布置方案的研究；2）西部黄土冲沟地区中小跨径桥梁设计指南部分章节。

1.1.2 项目研究的必要性近年来，随着我国经济的高速发展，公路等级不断提高，高等级公路的建设迅速发展。

由于中小桥孔跨布设不合理，引起桥梁病害，进而影响高等级公路的行车舒适性，服务水平降低的矛盾日益突出，严重制约着公路建设的质量和发展。

因此，在高等级公路的建设中，黄土冲沟地区桥梁孔跨的合理布置成为一项急需研究解决的技术难题。

1.2 工作过程简述根据项目要求，本子课题科研小组首先确定了本课题的研究目的及内容，编制了研究大纲，制定了详细的进度安排计划，并且对科研人员进行了合理分工。

通过收集我院近年来在黄土地区设计的公路中小跨径桥梁采用结构类型资料（如：国道312线静宁～会宁段；GZ45徐家磨～古浪汽车专用二级公路；GZ45天水～谗口汽车专用二级公路；白银～兰州高速公路；谗口～柳沟河高速公路；兰州～临洮高速公路；刘白高速公路），经过多次汇总分析讨论，从合理、经济、安全等角度进行判译分析总结，于2004年12月底完成了本科研报告的编制。

1.3 项目主要研究成果《西部黄土冲沟地区中小跨径桥梁合理孔跨布置方案》研究报告及有关调查资料。

2 项目主要研究内容2.1 项目研究的主要工作内容根据本项目研究目的，黄土冲沟地区中小跨径桥梁合理孔跨布置方案的研究主要工作内容如下：1）收集和调查黄土山区和黄土冲沟地区桥梁运营现状，分析产生桥梁病害的原因；2）根据桥梁病害现状，分析、研究桥梁布置方案与病害的关系；3）通过分析、研究及总结，提出黄土冲沟地区中小跨径桥梁合理孔跨布置方案选择的原则和方法。

2.2 具体的实施方案1）现场调查黄土山区和黄土冲沟桥梁运营状况，收集有关技术资料和已有的研究资料。

2）总结已建的黄土冲沟上桥梁孔跨布置方法，结合调查结果分析现有布置方案存在的问题或不足。

3）针对黄土冲沟的地形、地质特点，提出中小跨桥梁孔跨布置的原则和方法。

2.3 本项目研究的关键技术本项目为西部交通科研项目“西部地区中小跨径适用桥梁型式的研究”的子课题。

主要关键技术如下：1）总结目前黄土冲沟地区中小跨径桥梁的一些病害和设计方法的缺陷2）建立模型，对桥型方案进行综合分析3）提出黄土冲沟地区桥型选择的方案和对策3 项目调查研究3.1 资料调查3.1.1 我省黄土地区资料收集3.1.1.1黄土冲沟形成的原因甘肃省位于中国西北内陆，地处黄河上游，地形复杂多样，山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁等地形、地貌均有分布。

其中陇中黄土高原占甘肃地域的比例较大，由于流水的长期侵蚀、切割、黄土高原被分割为大小不等的塬、梁、峁、崾、岘和纵横深切的沟壑等地形。

3.1.1.2我省湿陷性黄土的工程地质1）黄土的湿陷机理2）我省湿陷性黄土的工程地质分区：3.1.1.3黄土区冲沟1)黄土侵蚀地貌a）黄土区大型河谷b）黄土区冲沟2)黄土冲沟的形成与发展a）细沟阶段：水流在斜坡上由片流逐渐汇集成细小的股流，沿坡而下，在地表形成大致平行的细沟，又称犁沟。

细沟很浅，一般仅0.5米宽，0.1～0.4米深，数米到十余米长。

沟底的纵剖面与斜坡坡形一致，横剖面呈宽浅的“V”字形。

细沟一经耕犁，即行消失。

b）切沟阶段：细沟进一步发展，下切加深，穿过耕犁层，形成切沟。

切沟宽、深均可达1～2米，沟底纵剖面已有一部分与斜坡面不一致，沟床多跌水或陡坎并具明显的沟缘，沟口常形成小陡坎，成另悬沟口。

3.1.2 现场调查资料收集情况几条公路的现场调查资料见附件资料。

3.2 调查结果分析整理情况3.2.1 高等级公路中小跨径桥梁调查3.2.1.1国道212线兰（州）临（洮）高速公路中小跨径桥梁调查3.2.1.2施工、运营中存在的病害及原因分析1) 施工中存在的病害及原因分析本桥位处两侧为水浇地，老乡浇地时，水渗到基础下面，使地基承载力下降，达不到设计要求，而使墩台产生了不均匀沉降，见图3-1。

图3-1 xxxxx2）运营中存在的病害及原因分析a）桥头跳车b）压实度达不到标准图3-2 xxxxxc）路面渗水3.2.2 普通公路中小跨径桥梁调查国道312线西兰公路清江驿至会宁段及会宁至定西段公路是西兰公路静宁（司家桥）至定西（谗口）段的组成部分。

本段路线起点在青江驿以西，接界青段，即青会段起点K59+200＝界青段终点K58+509.22，终点在会宁县桃花山根与慢靖公路间的水浇地内，即青会段终点K94+797.30＝会马段起点K95+500，路段全长35.624公里。

有关气象资料如表3-1。

表3-1 气象资料表4 研究成果与分析公路桥梁应根据所在公路的使用任务、功能和将来发展的需要，按照安全、适用、经济和美观的原则进行设计。

通过归纳收集调查资料的分析研究，课题组认为黄土冲沟地区中小跨径桥梁的合理结构形式以采用预制空心板、预制组合箱梁结构为宜，多孔结构宜设置为先简支后连续体系。

其合理的布跨形式应遵循以下原则进行：4.1 黄土冲沟地区中小跨径桥梁的布设原则4.1.1 中小跨径桥梁的一般布设原则1）桥梁布设应满足公路的使用功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求，结合水文、地质等条件综合考虑。

2）桥梁布设应适应地形、河沟的自然状态，尽量避免对天然河道的改移或裁弯取直。

3）桥梁轴线宜与洪水主流流向正交，尽量避免斜交角度过大。

必要时桥梁斜做，以适应地形。

4）为保证桥位附近水流顺畅，河槽、河岸不发生严重变形，桥梁上下游应该设置必要的调治构造物。

除以上几点外，桥梁的布设还应该注意以下一些具体的问题：高速公路的路线走向是由按照所经地区的政治、经济发展及国防要求，经统一的规划和可行性研究拟定的控制点来确定的，其上设置的大中桥及特大桥一般要按路线布设的要求来选定桥位，基本上是逢沟架桥，但也要路桥结合，综合考虑，要从水文、地形、地质的角度出发，在适当范围内拟定适宜的桥位。

除满足功能及各技术标准要求外，还要充分考虑地方利益，并且要避免挤占河道、破坏河堤、调治构造物，防止因建桥造成洪水期桥前壅水，影响到两岸及周边区域的安全。

4.1.2 黄土冲沟地区中小跨径桥梁的特殊布设要求除上述一般布设原则必须遵循外，黄土冲沟地区由于所处地域的特殊性，有其独特的布设要求。

黄土冲沟是黄土地区最多见的一种侵蚀地貌。

黄土冲沟切割深度一般从几米到几十米之间，其横断面一般呈“V”字型或“U”字型，纵断面呈阶梯形，冲沟岸壁陡立。

黄土冲沟一般流量较小，沟槽较深，沟壁较陡、陷穴发育，桥孔布设一般根据地形确定。

4.2 黄土冲沟地区中小跨径桥梁的合理孔跨布置通常黄土地区公路跨越冲沟较多见的工程措施有土桥、高填土路堤、坝式路堤、加筋土或锚定板挡土墙、低位小桥涵和高架大、中桥等多种形式。

4.2.1 “V”字型沟“V”字型沟，沟谷小、狭窄，河沟断面呈“V”字形，沟宽一般在40米以内，沟深切割一般为10～40m之间。

对于V字形冲沟，由于冲沟发育，黄土土质更为疏松，水土流失严重，大多沟槽岸壁陡峭、不稳，黄土易淤易冲及河流易摆动等特点，桥涵孔径布置不宜过多压缩河道，所以在V字形冲沟设置桥梁时充分考虑了沟岸的地质特性，布孔时尽量将桥头、桥尾伸入土体一定的长度，对有滑塌趋势的沟岸先进行卸载开挖。

必要时，尚宜适当扩沟处理，避免沟岸滑坡或崩塌危及桥梁的安全。

根据沟宽尽量选择一跨跨过沟谷的跨径，桥梁布孔尽量由沟中心向两边布孔，桥台或靠近沟岸的桥墩尽量远离沟岸布设。

可考虑跨“V”字型沟采用较大跨径，边跨采用相对较小的跨径。

4.2.2 “U”字型沟“U”字型沟相对宽阔，沟壁舒缓，冲沟切割深度多在20~50米之间，沟宽多在80米以上，冲沟沟壁基本稳定。

布孔时一般以沟中心向两岸布孔为宜，尽量避免沟中心布设桥墩。

桥梁跨径一般在30米~50米较为合适。

4.3 黄土冲沟地区中小跨径桥梁的桥型选择桥梁设计遵循适用、经济、安全和美观的原则，其结构形式的选择根据桥梁所处的地形地质情况做到因地制宜、就地取材、便于施工及养护。

表4-1 方案比较表从工程造价、施工工艺与进度、桥梁造型等方面对三个桥型方案的综合比较，第一方案具有造价相对较低、施工工艺简单、工期短的优点，桥型简单，能与实际地形、地理环境相协调，所以初步设计阶段推荐第一方案。

5 结论5.1 研究成果总结通过课题调查研究，我们对西部黄土冲沟地区中小跨径桥梁合理孔跨布置方案有了进一步的认识。

分析总结后认为西部黄土冲沟地区中小跨径桥梁结构宜采用预制吊装的板、梁结构，梁式结构选择结构性能优越的组合箱梁比较适宜；简支结构虽较适合黄土地区的特殊地形、地貌、地质环境，但综合考虑到行车舒适性、安全性，认为采用先简支后连续的体系更能体现结构的合理性。

西部黄土冲沟地区中小跨径桥梁合理孔跨布置方案应该采用40m以下的梁（板）根据地形特点配合适宜的墩台结构（根据墩高采用柱式墩、箱形墩、框架墩等）布设，通过经济技术指标比较，选择最安全合理的布置方案。

根据黄土冲沟地区特殊的地形、地貌特点，对大的冲沟宜单跨通过，尽量不设中墩；在布孔时，应尽量避免不良地质对桥梁墩台的影响。

在孔跨布设上尽可能避免压缩河道，设置桥梁时充分考虑了沟岸的地质特性，布孔时尽量将桥头、桥尾伸入土体一定的长度，对有滑塌趋势的沟岸先进行卸载开挖。