淺析高速公路橋梁設(shè)計(jì)

[摘 要]山區(qū)高速公路具有地形復(fù)雜、構(gòu)造物多、橋隧比大等特點(diǎn)，橋梁在山區(qū)高速公路建設(shè)中起著舉足輕重的作用，所以要設(shè)計(jì)安全系數(shù)高、經(jīng)久耐用的高速公路橋梁，對(duì)山區(qū)高速公路的橋梁設(shè)計(jì)將是橋梁工程選擇施工方式的重要依據(jù)。本文結(jié)合山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)的研究，來具體分析山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)的設(shè)計(jì)方法。

[關(guān)鍵詞]高速公路 橋梁 設(shè)計(jì)

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，交通也變得越來越便利，公路工程建設(shè)規(guī)模也在不斷發(fā)展和壯大。我國修建的高速公路也在不斷從平原地區(qū)不斷向山區(qū)延伸，山區(qū)高速公路的地質(zhì)、地形復(fù)雜，構(gòu)造物多，橋梁隧道在線路中所占比例大，山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)的成功與否，橋梁部分的設(shè)計(jì)就顯得十分重要。因此，對(duì)山區(qū)高等級(jí)公路橋梁設(shè)計(jì)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、山區(qū)高速公路的特點(diǎn)

山區(qū)高速公路地形復(fù)雜、地質(zhì)不良、水文多變，其建設(shè)的最大特點(diǎn)是平曲線多，半徑小，縱坡大，橫坡陡，橋隧比例高，而且還往往存在著填挖方大，視距不良等情況影響交通安全和管理。山區(qū)高速公路在施工中，容易對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，如果沒有處理好，會(huì)誘發(fā)各種地質(zhì)災(zāi)害，不僅增加建設(shè)投資，還會(huì)給運(yùn)營帶來安全隱患。基于山區(qū)高速公路存在以上特殊情況，為適應(yīng)路線線形的布設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)一般采用高墩、曲線、長橋、大縱坡等，并要根據(jù)山區(qū)的實(shí)際情況在不同階段采取不同的方法和手段。

二、山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.與平原地區(qū)的高速公路相比，山區(qū)高速公路在地形、地質(zhì)、水文條件等方面有著很大的差別，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)橋梁時(shí)必須高度重視這些差別，尤其是在地形、地質(zhì)方面。有時(shí)同一座橋在縱橋向的地質(zhì)變化很大，在橫橋向的地形變化很大，如不重視，很容易出現(xiàn)差錯(cuò)，因此在設(shè)計(jì)前一定要認(rèn)真收集設(shè)計(jì)資料，做到心中有數(shù)，有條件時(shí)設(shè)計(jì)人員最好到實(shí)地調(diào)查一下，再保證施工質(zhì)量的同時(shí)，盡量使設(shè)計(jì)的方案能給施工帶來方便。

2.由于山區(qū)高速公路的地面高差變化較大，地勢變化明顯，起伏不均，運(yùn)輸材料、機(jī)械比較困難，給施工帶來很大的不便。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮到施工的可行性，到全面了解，對(duì)相關(guān)資料做出細(xì)致研究，具體情況具體分析，將設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作做好。

3.橋梁設(shè)計(jì)要遵循“適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、環(huán)?！钡幕驹瓌t?，F(xiàn)在隨著國民經(jīng)濟(jì)不斷提升“美觀和環(huán)?！币咽艿皆絹碓蕉嚓P(guān)注。橋梁設(shè)計(jì)在注重安全性、舒適性、和耐久性的同時(shí)，應(yīng)引入“環(huán)保、美化、人文”的理念，把高速公路橋梁的景觀設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)重要內(nèi)容加以考慮。在保證橋梁使用功能的前提下，要盡可能地考慮到使建成后的橋梁與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，不對(duì)原有的環(huán)境造成破壞。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)開拓藝術(shù)創(chuàng)新思路，全方位、多角度地展示橋梁景觀的美學(xué)效應(yīng)，同時(shí)應(yīng)維護(hù)生態(tài)平衡，保護(hù)珍稀動(dòng)、植物及特有的地質(zhì)風(fēng)貌。對(duì)橋梁進(jìn)行涂裝時(shí)，不但要考慮與周邊環(huán)境色調(diào)、橋梁造型相協(xié)調(diào)，還要考慮橋梁所在地區(qū)的民風(fēng)、民俗。橋梁的設(shè)計(jì)工作不僅僅是技術(shù)的要求，也是對(duì)設(shè)計(jì)人員藝術(shù)思維的考驗(yàn)。

三、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在山區(qū)高速公路的橋梁設(shè)計(jì)中，由于大跨徑橋梁數(shù)量畢竟較少，所以本文將重點(diǎn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、施工便利及造價(jià)合理的預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。在進(jìn)行山區(qū)高速公路橋梁的設(shè)計(jì)中，橋梁上部預(yù)制結(jié)構(gòu)常用的跨徑有以下幾個(gè)級(jí)別，即16m、20m、25m、30m、35m、40m及50m跨徑。橋梁的橫截面類型包括空心板、T型梁及小箱梁。當(dāng)所設(shè)計(jì)的高速公路橋梁的跨徑在16m及20m時(shí)，多選用空心板，因?yàn)榭招陌孱A(yù)制簡單，安裝方便;在25m、30m及35m時(shí)，通常選用T梁或者預(yù)制小箱梁，因?yàn)檫@兩種結(jié)構(gòu)形式都是結(jié)構(gòu)合理，工藝成熟，行車舒適;而當(dāng)橋梁的跨徑在40m及50m的級(jí)別時(shí)，需選用T型梁，因?yàn)門梁自重較小，安裝時(shí)較方便。因?yàn)樵谏絽^(qū)高速公路的橋梁施工時(shí)，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)采用空心板及簡支小箱梁的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，會(huì)在架設(shè)橋梁時(shí)出現(xiàn)一片梁的四個(gè)支點(diǎn)的調(diào)平工作較困難的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致支座出現(xiàn)脫空及受力不合理的情況，所以在山區(qū)高速公路中橋梁的上部結(jié)構(gòu)的形式，T梁的截面形式較適合。

關(guān)于T梁的結(jié)構(gòu)形式，受到山區(qū)自然條件的限制，往往山區(qū)的高速公路橋梁較少選用跨徑為50m的T梁，更常見的是在20m、25m、30m、40m幾個(gè)跨徑里進(jìn)行選擇。T梁與T梁的橫向連接可采取鉸接或剛結(jié)的形式，當(dāng)采取鉸接的形式時(shí)，可通過鉸進(jìn)行剪力的傳遞，行駛車輛所產(chǎn)生的荷載作用到鉸縫部位時(shí)，所產(chǎn)生的彎矩靠現(xiàn)澆的混凝土橋面承擔(dān)，所以應(yīng)將橋面的厚度適當(dāng)增厚，防止在鉸縫部位的面板在長期荷載作用下形成縱向裂縫。但另一方面，伴隨著現(xiàn)澆混凝土橋面板厚度的增加，會(huì)引起荷載的變化，為支撐變重后的面板，需要增加T梁的配筋及預(yù)應(yīng)力鋼束的設(shè)置，綜合考慮可知其經(jīng)濟(jì)性較差。所以T梁實(shí)施剛結(jié)來進(jìn)行橫向的連接的工程效果較好。

四、橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)

1.橋墩的設(shè)計(jì)

對(duì)于普通結(jié)構(gòu)的橋梁一般宜采用柱式墩身上置蓋梁的框架式體系。下面分成30°的兩種情況:橋梁斜交角度＜30°時(shí)，采用雙柱式橋墩;角度≥30°時(shí)，采用3柱式橋墩。對(duì)于特殊設(shè)計(jì)的橋梁，盡量取消橋墩蓋梁的設(shè)置，墩身設(shè)計(jì)力求簡潔美觀。墩臺(tái)的基礎(chǔ)應(yīng)視不同的地形來考慮:在平原微丘區(qū)，視地質(zhì)情況而定;在山嶺重丘區(qū)，橫向起伏較大，山區(qū)橫坡較陡處橋墩基礎(chǔ)應(yīng)采用樁基，橋臺(tái)盡量采用肋板配挖孔樁或采用樁柱式，以避免大面積的開挖。但對(duì)于橫向坡度較小、縱向坡度較大的橋梁宜采用重力式墩臺(tái)、明開挖基礎(chǔ)。

2.橋臺(tái)的設(shè)計(jì)

為減少臺(tái)后填土高度給施工帶來的影響，要控制填土高度。在軟土路段臺(tái)后填土高度宜控制在6m以下，一般路段其高度宜控制在10m以下。橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)時(shí)，臺(tái)身一般用重力式。為使受力更為合理，降低尺寸，節(jié)約造價(jià)，當(dāng)臺(tái)高8m以上時(shí)，臺(tái)身前墻設(shè)置10:1的前傾斜坡。橫向地面變化大的重力式橋臺(tái)宜設(shè)置階梯式。對(duì)于采用“U”型臺(tái)的擴(kuò)大基礎(chǔ)，其前墻尺寸與臺(tái)身高度和地基承載力有關(guān)。

五、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

山區(qū)高速公路橋梁最常用的基礎(chǔ)仍為樁基礎(chǔ)和擴(kuò)大基礎(chǔ)。在地質(zhì)情況良好的地段，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的情況相對(duì)較多。若采用樁基礎(chǔ)，則地質(zhì)情況較好的地段一般采用嵌巖樁，地質(zhì)情況較差的地段一般采用摩擦樁。山區(qū)地質(zhì)的一大特點(diǎn)就是大的方面一般符合地質(zhì)變化規(guī)律，但局部地段地質(zhì)復(fù)雜多變，往往同一橋位處，由于斷層的影響，相鄰很近的橋墩可能處在不同的地質(zhì)構(gòu)造帶上。因此，對(duì)于具體一座橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，地質(zhì)的多樣性、復(fù)雜性則是其特點(diǎn)，特別是當(dāng)橋位處出現(xiàn)斷層、巖溶、軟弱夾層等不良地質(zhì)時(shí)，更增加了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的難度?？傊?，山區(qū)高速公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)橋位處基礎(chǔ)所處具體地質(zhì)情況來逐一分析。

六、橋梁設(shè)計(jì)中需要注意的其它要點(diǎn)

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的特殊考慮，如曲線、大縱坡長橋下的高墩變位控制；墩彎曲穩(wěn)定性計(jì)算問題；陡邊坡上的橋墩設(shè)計(jì)等。

2.野外勘察期間收集基礎(chǔ)材料，如水文資料的收集、軟基的勘察、凈空四角空間的復(fù)核計(jì)算等。因?yàn)樯絽^(qū)高速公路的路線一般較高，設(shè)計(jì)水位一般不控制路線縱斷面和橋梁標(biāo)高，易忽視水文資料的收集；軟基勘察的忽視可造成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)或構(gòu)造物移位的變更。

3.建設(shè)管理以及施工方面的問題。對(duì)采用等跨結(jié)構(gòu)的較長橋梁，應(yīng)根據(jù)地形、地物條件采用靈活橋跨布置，不宜強(qiáng)求采用全橋等跨、全橋斜交、全橋錯(cuò)孔等方式；對(duì)地形起伏變化較大的橋梁，橋墩應(yīng)結(jié)合運(yùn)營狀態(tài)的應(yīng)力和變形條件，盡量采用統(tǒng)一的型式，但不能絕對(duì)統(tǒng)一；現(xiàn)在設(shè)計(jì)單跨20m～40m跨徑的特大橋往往采用預(yù)制安裝連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，但在使用過程中也存在一些問題等。

4.其他方面的細(xì)節(jié)問題，如單跨20m～40m跨徑的特大橋，設(shè)計(jì)多按150m～200m一般采用結(jié)構(gòu)連續(xù)，設(shè)160型伸縮縫；曲線段橋梁的設(shè)計(jì)應(yīng)引起充分注意，最好不要簡單地以折線橋處理；橋梁單幅兩側(cè)由于預(yù)埋構(gòu)件的需要，一般均設(shè)計(jì)為混凝土構(gòu)造，若未重視橋面排水設(shè)施的設(shè)計(jì)造成橋面集水，不僅會(huì)影響橋面結(jié)構(gòu)的使用，還會(huì)造成行車安全事故等。

七、結(jié)語

在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)時(shí)，一定要從實(shí)際出發(fā)，因地制宜的靈活采用各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，確保線型的勻衡性、連續(xù)性及與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性。加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)，同時(shí)需要研究疲勞和超載對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。

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