山區(qū)高速公路橋梁上、下部構(gòu)造設(shè)計(jì)

顧云發(fā)

摘要：結(jié)合山區(qū)高速公路特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了山區(qū)高速公路橋梁上、下部構(gòu)造設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速公路；橋梁；上部；下部；設(shè)計(jì)

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國在山區(qū)修建的高速公路越來越多，山區(qū)高速公路地形地質(zhì)復(fù)雜，構(gòu)造物多，橋梁隧道總長占路線長度的比例大，有的山區(qū)高速公路，橋隧比例高達(dá)70%-80%。所以要設(shè)計(jì)成功一條山區(qū)高速公路，設(shè)計(jì)好其中的橋梁部分就顯得十分重要。

1 上部構(gòu)造設(shè)計(jì)

上部構(gòu)造設(shè)計(jì)要處理好兩個(gè)關(guān)系。

1.1 處理好跨徑與墩高的關(guān)系。

跨徑與墩高的關(guān)系按橋梁美學(xué)原則，一般應(yīng)選擇比值為0.618-1之間，通過經(jīng)濟(jì)比較，往往又是經(jīng)濟(jì)的，也就是說20m跨徑T梁適應(yīng)的墩高一般為12-20m，30m跨徑適應(yīng)的墩高一般為18-30m，40m跨徑適應(yīng)的墩高一般為24m-40m。山區(qū)高速公路地形起伏變化頻繁，通常應(yīng)根據(jù)地形選擇一種跨徑，不宜根據(jù)墩高頻繁變化跨徑，墩柱高度變化很大時(shí)，可以采用20m與30m或者30m與40m的組合跨徑。當(dāng)一座橋梁，有幾種跨徑方案可選擇時(shí)，應(yīng)結(jié)合上下構(gòu)做造價(jià)分析比較再做選擇。

1.2 處理好上部構(gòu)造（板或梁）與平面曲線半徑的關(guān)系。

橋位處平面曲線半徑對橋梁跨徑的選擇及平面布置影響較大，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面，第一是內(nèi)外弧差，第二是中矢高。墩臺徑向布置時(shí)，由于曲率半徑的影響，內(nèi)外梁梁長不等，半徑越小，內(nèi)外梁梁長差越大。解決此問題一般兩種途徑，一種是根據(jù)平面半徑變化梁長，另一種是不變梁長通過加大帽梁，加大封錨端或加長現(xiàn)澆連續(xù)段處理。第一種方法變化梁長，設(shè)計(jì)簡單，帽梁尺寸較小、規(guī)格統(tǒng)一，但一個(gè)標(biāo)段，如果有幾座橋處于不同的曲線半徑上時(shí)，預(yù)制梁長度種類就較多，頻繁調(diào)整模板雖不算很難，但每片梁都需要編號，堆放預(yù)制梁需要很大場地，這對“地?zé)o百米平”的山區(qū)確實(shí)是難以解決的問題，因此一般不采用變梁長方案。采用等梁長方案時(shí)，如果半徑較大，內(nèi)外梁梁長差不大，可以采用內(nèi)弧長等于標(biāo)準(zhǔn)跨徑布置，如果半徑較小，可以采用半幅橋中線弧長等于標(biāo)準(zhǔn)跨徑布置，這樣連續(xù)段長度一端比標(biāo)準(zhǔn)長度增加，一端減小。內(nèi)外弧差的問題解決后，還有中矢高的問題，一般中矢高10cm以內(nèi)，可以通過調(diào)整護(hù)墻內(nèi)緣使之適應(yīng)平面線形；半徑較小，中矢高大于10cm時(shí)，由于護(hù)墻一般為50cm寬，護(hù)墻調(diào)整太大外觀不美，護(hù)墻功能亦削減。此時(shí)亦有兩種解決辦法，一種是預(yù)制梁外緣按實(shí)際曲線預(yù)制，另一種是預(yù)制T梁邊梁時(shí)，將邊梁多預(yù)制一段長度，讓現(xiàn)澆橋面板和護(hù)墻來適應(yīng)平面線形。邊梁按實(shí)際曲線預(yù)制時(shí)，邊梁翼緣板由于兩側(cè)不等寬，剛度不等，施加預(yù)應(yīng)力時(shí)可能出現(xiàn)側(cè)向翹曲，且不同半徑外邊梁形狀不一樣，種類多施工較麻煩。第二種辦法雖然材料稍有浪費(fèi)，美觀性稍差，仍優(yōu)于前一種。

2 橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)

2.1 橋墩

高度較矮的橋墩（h＜40m）多采用柱式墩，Y型薄壁墩，其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圓柱和方柱。圓柱施工中外觀質(zhì)量易控制，且與樁基銜接方便，平原地區(qū)用的較多。但從美觀上來說，方柱有棱有角，與上構(gòu)梁體協(xié)調(diào)，有一定的視線誘導(dǎo)性，較美觀。從受力上看，截面積相等的方柱和圓柱，方柱抗彎剛度大于圓柱，受力優(yōu)于圓柱，當(dāng)體系為連續(xù)剛構(gòu)時(shí)，方柱可以方便地通過調(diào)整兩個(gè)方向的尺寸來調(diào)整墩柱的剛度，從而達(dá)到調(diào)整墩柱受力的目的。圓柱為各向同性，調(diào)整起來效果差一些。方柱的缺點(diǎn)是墩柱與樁基之間需通過樁帽連接，增加了工程數(shù)量，并且山區(qū)橋梁地面橫坡都較陡，增加柱帽構(gòu)造還會(huì)增加挖方工程量，引起邊坡不穩(wěn)，設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)地形、上構(gòu)結(jié)構(gòu)形式、墩高綜合考慮選用方柱或是圓柱。

Y型墩薄壁是獨(dú)柱雙支座的一種墩型，美觀性較好，但施工稍顯復(fù)雜。墩高較矮時(shí)，其施工既復(fù)雜又不美觀所以少采用。當(dāng)墩高較高時(shí)Y型薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一個(gè)支架，對于地面橫坡較陡，搭支架困難，模板需求量大的山區(qū)橋梁，Y型薄壁墩具有顯著的優(yōu)勢。從預(yù)算定額中也可以看出，同高度的柱式墩與Y型薄壁墩相比，Y型薄壁墩的基價(jià)低。另外采用雙柱墩時(shí)，由于地面橫坡較陡，兩個(gè)墩柱高度經(jīng)常相差較大，由于線剛度EI/L差距大，導(dǎo)致一個(gè)墩兩個(gè)墩柱受力差異較大，采用Y型薄壁墩，只一個(gè)墩柱，就避免了上述缺陷。也有人認(rèn)為，上部的Y型承托節(jié)約材料并不多，卻施工麻煩，宜設(shè)計(jì)為實(shí)體，權(quán)衡施工進(jìn)度和質(zhì)量、安全和節(jié)省材料及美觀之間的關(guān)系，也未嘗不可。不管外形如何，墩高較高時(shí)，采用獨(dú)柱雙支座外部形狀Y型的薄壁墩較為適宜。

2.2 高墩

一般矮橋墩的設(shè)計(jì)由強(qiáng)度控制，但當(dāng)墩高較高時(shí)，就必須得考慮橋墩的穩(wěn)定問題?！豆蜂摻罨炷良邦A(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）關(guān)于偏心受壓柱條文說明5.3.10條指出，“當(dāng)l0/h＞30時(shí)，構(gòu)件已由材料破壞變?yōu)槭Х€(wěn)破壞?！眑0為受壓柱的有效長度，在0.5~2倍墩高之間變化，究竟取值多少，與施工狀態(tài)、上構(gòu)重量、上構(gòu)和墩柱的連接方式即墩柱的支承剛度有關(guān)。大量的計(jì)算實(shí)驗(yàn)表明對于先簡支后剛構(gòu)（墩頂與上構(gòu)為鋼板焊接）和先簡支后連續(xù)（墩頂與上構(gòu)為橡膠支座連接）的多跨T梁橋來說，墩柱的有效長度l0=1.2~1.43l，l為墩柱高度，當(dāng)l=40m且采用矩形截面時(shí)，h≥1.2~1.43×40/30=1.6~1.907m，h=50m時(shí)h≥2~2.383m，當(dāng)墩厚大于2m時(shí)，實(shí)心矩形截面經(jīng)濟(jì)性降低，所以可以得出一個(gè)結(jié)論：墩柱為材料破壞時(shí)，采用實(shí)心矩形截面，其高度不宜超過50m。當(dāng)墩高大于50m時(shí)，宜采用空心薄壁墩截面。采用空心薄壁墩，墩高超過65m左右時(shí)順橋向應(yīng)考慮放坡，因?yàn)椴捎玫葘挸叽鐣r(shí)施工雖然方便，但為了保證橋墩的穩(wěn)定，墩柱和帽梁必將尺寸加大很多，這樣材料會(huì)浪費(fèi)較大。

2.3 橋墩與路幅的關(guān)系

山區(qū)高速公路有整體式路基，也有分離式路基。目前路線選線越來越強(qiáng)調(diào)減少占地，環(huán)保、與景觀協(xié)調(diào)的理念，除了中長隧道等設(shè)置分離式路基外，越來越多的采用整體式路基。整體式路基的雙幅橋，一般情況下下構(gòu)按分幅單獨(dú)設(shè)計(jì)，即雙幅四柱。對于高墩長橋，為了減少開挖，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，節(jié)約材料，降低造價(jià)，整體式下構(gòu)即雙幅兩柱不失為一種較好的選擇。與雙幅四柱相比，在橋墩截面積及橫向?qū)挾认喈?dāng)?shù)那闆r下，整體式下構(gòu)橫向和縱向剛度是分幅設(shè)置的兩倍以上，除了可以減少開挖，節(jié)約材料、施工面少外，還能減少墩頂變位。當(dāng)然整體式下構(gòu)帽梁跨度較大，還須考慮車輛雙向行駛時(shí)扭矩影響，帽梁需設(shè)置的強(qiáng)大一些。一座橋究竟是采用整體式下構(gòu)還是分幅下構(gòu)，需結(jié)合橋位處地形、地質(zhì)、水文、墩高等多方面因素綜合考慮。

2.4 橋臺

山區(qū)高速公路橋梁橋臺一般采用重力式U型臺、肋板臺、樁柱式臺。其中以重力式U臺最常用，根據(jù)《墩臺與基礎(chǔ)》規(guī)定，U臺適應(yīng)的填土范圍為4-10m，所以U臺的高度最好以10m控制。山區(qū)橋梁U臺一個(gè)顯著特征就是橫向，縱向橫坡陡，為了適應(yīng)地形，減小開挖，節(jié)約圬工方量，U臺設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)地形合理分臺階。樁柱式橋臺由于抗推剛度小，當(dāng)聯(lián)長較長，臺后填土高度較高時(shí)不宜使用，一般臺后填土高度宜控制在5m以下，聯(lián)長宜控制在150米以內(nèi)。埋置式肋板臺適應(yīng)范圍廣一些，但也不宜太高，不宜超過12m。山區(qū)高速公路橋梁縱向地形陡峭，往往不能設(shè)置錐坡，這時(shí)采用樁柱式或肋板臺會(huì)受到較大限制。當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況較差時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)U臺下設(shè)置樁基的情況。

2.5 基礎(chǔ)

山區(qū)高速公路橋梁最常用的基礎(chǔ)仍為為擴(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)。山區(qū)一般地質(zhì)情況較好，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的情況相對較多，且宜采用分離式擴(kuò)基礎(chǔ)。因?yàn)榉蛛x式擴(kuò)基礎(chǔ)適應(yīng)地形橫坡，承載力亦能滿足要求。斜坡上的擴(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)必須考慮基礎(chǔ)擴(kuò)散角和覆蓋層厚度以及施工時(shí)的相互影響。樁基礎(chǔ)多為嵌巖樁和柱樁，地質(zhì)情況較差地段采用摩擦樁。樁基礎(chǔ)不管受力形式如何，施工方法上多是挖孔樁和鉆孔樁。挖孔樁造價(jià)較節(jié)省，但設(shè)計(jì)中能否采用挖孔樁，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況具體分析，當(dāng)樁長較長；遇到流沙、軟弱夾層多，卵石、漂石等容易造成塌孔的地質(zhì)情況；地下水位較高、地層含有煤氣、瓦斯等有害氣體時(shí)不宜設(shè)計(jì)為挖孔樁。

3 結(jié)束語

山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)有很多區(qū)別于平原橋梁的地方，也更有很多方面需要探討，結(jié)合設(shè)計(jì)中遇到的實(shí)際問題，提出一些解決方法。