江南地區(qū)新型橋梁設(shè)計(jì)研究

毛卓明　鄭　超

摘要：文章結(jié)合我國(guó)江南多為山區(qū)、地形地質(zhì)復(fù)雜的道路特點(diǎn)，介紹了江南地區(qū)新型橋梁設(shè)計(jì)中跨徑的選擇原則，橋墩、臺(tái)、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)體系宜采用的形式以及橋梁和路基之間的關(guān)系，并對(duì)江南地區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中存在的問題和相應(yīng)措施進(jìn)行了探討，給我國(guó)江南地區(qū)橋梁設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：江南地區(qū)；新型橋梁；橋梁設(shè)計(jì)研究；路基

中圖分類號(hào)：U448文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0130-02

江南地區(qū)主要包括江蘇、浙江、安徽、湖北、湖南和江西等六省部分地區(qū)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，在江南地區(qū)修建的道路越來越多，江南地區(qū)道路地形地質(zhì)復(fù)雜，包括了山地或丘陵、臺(tái)地、泛濫平原、泥炭地、砂州或砂嘴、大型水域、淺水域等多種自然形態(tài)，構(gòu)造物多，橋梁隧道總長(zhǎng)占路線長(zhǎng)度的比例大，路線布設(shè)時(shí)平曲線比例大，曲線半徑小，縱坡大，半邊橋和高擋墻多，道路設(shè)計(jì)困難。道路橋梁也相應(yīng)具有下述特點(diǎn)：小半徑彎坡橋多、大跨多及墩高、墩臺(tái)形式多。因此，要成功設(shè)計(jì)一條江南地區(qū)道路，設(shè)計(jì)中協(xié)調(diào)解決好橋梁各細(xì)部構(gòu)造與地形地質(zhì)之間的關(guān)系就非常重要。

一、江南地區(qū)道路的主要特點(diǎn)

江南地區(qū)道路的主要特點(diǎn)是地形、地質(zhì)復(fù)雜，地形復(fù)雜，表現(xiàn)為地面高差大，變化頻繁，橫坡陡；地質(zhì)復(fù)雜表現(xiàn)為巖溶、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌、陡崖、煤氣地層等不良地質(zhì)。受此影響，路線布設(shè)時(shí)平、縱、橫三個(gè)方面都受到約束，平曲線多，平面半徑小，縱坡大，橋梁比例高，橫坡陡，半邊橋和高擋墻多。江南地區(qū)道路橋梁也相應(yīng)具有上述特點(diǎn)，彎坡橋多，高墩大跨多，墩臺(tái)形式多，設(shè)計(jì)中必須協(xié)調(diào)解決好橋梁各細(xì)部構(gòu)造與地形、地質(zhì)之間的關(guān)系。對(duì)于縱坡，平原微丘區(qū)路線直捷舒順，直線占比例大；山嶺重丘區(qū)，路線多彎曲，曲線比例大。直線、曲線、回旋線的選用與合理組合取決地形、地物等具體條件，片面強(qiáng)調(diào)路線要以直線為主或以曲線為主或人為規(guī)定三者的比例都是不現(xiàn)實(shí)和不可取的。路線平面設(shè)計(jì)中長(zhǎng)直線盡頭不能接以小半徑曲線，應(yīng)盡量避免連續(xù)急彎的線型。平曲線應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度，緩和曲線長(zhǎng)度需符合規(guī)定要求，盡量避免采用小偏角，路線轉(zhuǎn)角小一些好，但不能過小，采用過小轉(zhuǎn)角容易使駕駛?cè)藛T錯(cuò)把曲線當(dāng)成急彎。對(duì)于路線總斷面設(shè)計(jì)時(shí)，地面橫坡不大時(shí)，就找經(jīng)濟(jì)點(diǎn)；地面橫坡較陡時(shí)宜多挖少填，地面橫坡很陡時(shí)，宜全挖路基或深挖路基。

二、橋梁與路基的關(guān)系

江南地區(qū)道路橋梁很多不是受水文控制而是只受地形控制，因不宜采用路基方案而設(shè)置為高架橋、路橋設(shè)置界限問題，一直是難以把握的關(guān)鍵問題，也是影響公路造價(jià)的問題。路基規(guī)范強(qiáng)調(diào)“路基中心填方高度超過20m時(shí)，宜和橋梁做方案比選”，在項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)作中，往往由于工期緊，或認(rèn)為橋梁跨越方案安全省事，就直接采用橋梁方案。實(shí)際上，對(duì)于地質(zhì)情況較好，雖然填方中心高度為30m，但收斂較快的V型峽谷，且是橋隧相連地段，為消化隧道廢方，考慮路基方案可能比橋梁方案更安全更經(jīng)濟(jì)。因?yàn)檫@樣的地形架橋，場(chǎng)地變局限，難度大，橫縱坡陡，極易引發(fā)邊坡不穩(wěn)。而對(duì)于寬而平緩地段，雖然填方高度只是20m左右，但如果需跨標(biāo)段借方，且運(yùn)距遠(yuǎn)，填方基底還需花大量資金處理的路段，反而考慮橋梁方案可能更安全更經(jīng)濟(jì)。所以筆者認(rèn)為，江南地區(qū)道路橋梁界限，不能一概而論，對(duì)于填土高度超過20m的路段，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、前后構(gòu)造物、前后路段的廢方量、工程造價(jià)等進(jìn)行綜合比選后決定是否設(shè)置橋梁。

江南地區(qū)道路地形橫坡陡峭，雖然可以通過設(shè)計(jì)為左右幅路基不一樣高的錯(cuò)臺(tái)路基來處理，但有時(shí)由于左右輔路基橫向交通要求，需要設(shè)置轉(zhuǎn)向車道，錯(cuò)臺(tái)式路基方案不易實(shí)現(xiàn)，這時(shí)就不可避免地會(huì)出現(xiàn)半邊橋。當(dāng)最低一側(cè)填土高度為15m左右時(shí)，應(yīng)綜合地形、地質(zhì)將加筋擋墻、錨桿擋墻、棄土方案與半邊橋做綜合比較后決定是否設(shè)置橋梁。

三、結(jié)構(gòu)體系特性

為了保證行車舒適，結(jié)構(gòu)耐久適用，江南地區(qū)道路標(biāo)準(zhǔn)跨徑大中橋一般均采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或墩梁固結(jié)的連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)混合體系。全剛構(gòu)體系由于一座橋梁墩高相差較大，需通過調(diào)整橋墩的線剛度來改善橋墩受力，這樣一來，橋墩尺寸種類就比較多，美觀性降低，施工也相對(duì)麻煩。全連續(xù)結(jié)構(gòu)聯(lián)長(zhǎng)不能太長(zhǎng)，舒適性差，墩臺(tái)水平位移較大，墩柱尺寸需設(shè)計(jì)得相對(duì)大一些，材料較費(fèi)。根據(jù)地形，將中間墩高較高，剛度相差不大的相鄰幾個(gè)橋墩固結(jié)起來，利用其柔性適應(yīng)橋墩所受的水平力，較矮的邊墩設(shè)置滑板支座或橡膠支座，形成連續(xù)梁。這樣的剛構(gòu)—連續(xù)體系，高墩、矮墩的受力性能都得到了改善，且適應(yīng)地形特點(diǎn)。江南地區(qū)道路橋梁多為彎、坡橋，曲線梁橋在彎扭耦合作用下，具有沿某一不動(dòng)點(diǎn)變形的趨勢(shì)，單向行駛的大縱坡長(zhǎng)橋在長(zhǎng)期反復(fù)的汽車制動(dòng)力作用下，梁體具有沿汽車行駛方向滑移的趨勢(shì)，如果采用全連續(xù)結(jié)構(gòu)，即上下構(gòu)之間為橡膠支座連接時(shí)，這種滑移趨勢(shì)往往造成梁體受力不平衡，支座脫空甚至破壞，從而導(dǎo)致梁體開裂。因此江南地區(qū)道路橋梁宜采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或墩梁固結(jié)的連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)混合體系。這樣既適應(yīng)平面線形，又適應(yīng)橋梁受力特點(diǎn)。

四、橋梁設(shè)計(jì)原則

江南地區(qū)道路，橋梁所占比重大，但大跨徑橋梁較少，絕大部分是采用施工方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制裝配化結(jié)構(gòu)。大跨徑橋梁一般視控制因素不同，方案也各不相同，具有較強(qiáng)的個(gè)性特征。而標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋則更多的是具有共性特征，所以本文重點(diǎn)探討標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化橋梁的設(shè)計(jì)。江南地區(qū)道路橋梁常用標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化跨徑有16m、20m、25m、30m、40m、50m；橫斷面形式有空心板、T梁、小箱梁等。對(duì)于跨徑小于30m的橋梁，有空心板、小箱梁、T梁等三種結(jié)構(gòu)形式可以選擇，對(duì)于40m、50m跨徑的橋梁，根據(jù)梁的受力特點(diǎn)，宜采用T梁。當(dāng)然，這是江南地區(qū)的情況，平原地區(qū)則另當(dāng)別論。平原地區(qū)受凈空和橋臺(tái)填土高度的限制，橋梁上構(gòu)要求盡可能降低建筑高度，這樣可以減小縱坡，降低路基填土高度，減少占地及降低路基處理難度，對(duì)土源缺乏，軟基較多的平原地區(qū)有顯著的經(jīng)濟(jì)性。20m空心板建筑高度最低，與路基綜合起來比較具有優(yōu)勢(shì)，平原地區(qū)路網(wǎng)發(fā)達(dá)，分離式立交較多，空心板在美觀方面優(yōu)于另外兩種斷面，所以平原地區(qū)較多采用空心板。而江南地區(qū)道路橋梁一般凈空無嚴(yán)格限制，另外，江南地區(qū)道路平面半徑較小，超高緩和路段不可避免會(huì)出現(xiàn)在橋上，如果選用空心板或小箱梁，架梁時(shí)一片梁4個(gè)支點(diǎn)不易調(diào)平，易造成支座脫空，受力不均勻的情況，所以江南地區(qū)道路橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面優(yōu)先采用T梁。對(duì)于50m跨徑T梁，在小半徑平曲線上，由于內(nèi)外梁梁長(zhǎng)差較大，跨中矢高較大，對(duì)路線的適應(yīng)性要差一些。另外江南地區(qū)道路，交通運(yùn)輸、場(chǎng)地預(yù)制條件均較差，大型機(jī)具進(jìn)入困難，50mT梁?jiǎn)纹?50多t，架設(shè)設(shè)備要求較高，運(yùn)輸及安裝過程中變形不易控制，因此一般情況下不選用50m跨徑T梁，所以江南地區(qū)道路橋梁，宜采用的常用標(biāo)準(zhǔn)跨徑為20m、25m、30m、40m。T梁之間的橫向連接有鉸接和剛接兩種形式，采用鉸聯(lián)結(jié)時(shí)，鉸只傳遞剪力，車輛荷載作用在鉸縫處時(shí)，彎矩主要由現(xiàn)澆橋面來承受，這樣一來，現(xiàn)澆橋面的厚度就必須加厚，否則，鉸縫處橋面板易出現(xiàn)通長(zhǎng)的縱向裂縫?，F(xiàn)澆橋面板厚度增加，意味著恒載增加，T梁配筋和鋼索必須增加，經(jīng)濟(jì)性下降，所以T梁橫向連接采用剛接較好。規(guī)范規(guī)定“預(yù)制T形截面梁的橫隔梁連接，宜采用現(xiàn)澆混凝土整體連接”，當(dāng)然在斜交橋及異形橋中需要橫向弱聯(lián)結(jié)時(shí)，鉸結(jié)也是很好的選擇形式。

五、結(jié)語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，在江南地區(qū)修建的道路越來越多，江南地區(qū)道路地形地質(zhì)復(fù)雜，包括了山地或丘陵、臺(tái)地、泛濫平原、泥炭地、砂州或砂嘴、大型水域、淺水域等多種自然形態(tài)，構(gòu)造物多，橋梁隧道總長(zhǎng)占路線長(zhǎng)度的比例大，路線布設(shè)時(shí)平曲線比例大，曲線半徑小，縱坡大，半邊橋和高擋墻多，道路設(shè)計(jì)困難。道路橋梁也相應(yīng)具有下述特點(diǎn)：小半徑彎坡橋多、大跨多及墩高、墩臺(tái)形式多。因此，要成功設(shè)計(jì)一條江南地區(qū)道路，設(shè)計(jì)中協(xié)調(diào)解決好橋梁各細(xì)部構(gòu)造與地形地質(zhì)之間的關(guān)系就非常重要。

參考文獻(xiàn)

[1]公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD30-2004）[S]．

[2]公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD60-2004）[S]．

[3]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD62-2004）[S]．

作者簡(jiǎn)介：毛卓明（1979－），浙江衢州交通設(shè)計(jì)有限公司工程師，研究方向：橋梁工程；鄭超（1980－），浙江衢州交通設(shè)計(jì)有限公司工程師，研究方向：橋梁工程。