高速公路常規(guī)橋梁設(shè)計方案探討

汪 權(quán)

（四川省交通運輸廳交通勘察設(shè)計研究院，四川成都 610017）

0 前言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平也得到了相應(yīng)的提高，便利、快捷、安全的交通條件成了大家共同關(guān)注的問題。與此同時，我國投入了大量的財力、人力、物力在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，有條不紊地開展高速公路的建設(shè)。但是，因為地理環(huán)境、地形、地質(zhì)等因素的存在，高速公路橋梁的建設(shè)在設(shè)計和施工上也面對著很多挑戰(zhàn)與問題；同時，對橋梁的環(huán)保性能和技術(shù)性能都提出了更高的要求。絕大部分的橋梁在高速公路的設(shè)計中采用的都是常規(guī)的簡支梁，一般來說如果跨徑在20 m～40 m之間會采用裝配式的。梁板，這種結(jié)構(gòu)是非常具有代表性的，與其它結(jié)構(gòu)相比也是非常合理且經(jīng)濟(jì)的。本文通過對高速公路設(shè)計的初級階段淺、中丘地區(qū)的橋梁設(shè)計方案進(jìn)行分析和選擇，對于標(biāo)準(zhǔn)跨徑不同的相同梁型，以及標(biāo)準(zhǔn)跨徑相同的不同梁型的上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與比較?，F(xiàn)闡述如下。

1 常規(guī)橋梁在高速公路設(shè)計中的關(guān)鍵點

1.1 在高速公路橋梁設(shè)計之前要設(shè)計者認(rèn)真收集資料做好實地考察

在高速公路中，進(jìn)行橋梁設(shè)計之前一定要對設(shè)計材料進(jìn)行認(rèn)真的收集，設(shè)計者最好能夠參與實地的考察。因為高速公路經(jīng)過的地形是非常復(fù)雜的，對于水文、地質(zhì)等條件與一般的公路設(shè)計相比要困難得多。在設(shè)計橋梁的時候不僅要考慮到橋梁的外觀，還要對地形、水文、地質(zhì)等情況進(jìn)行充分的考慮。如果這些因素中任何一個環(huán)節(jié)受到了忽視，都會導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。

1.2 由于施工條件非常惡劣，橋梁的設(shè)計形式要靈活多變

高速公路地面存在比較大的高低差，施工的條件十分惡劣，所以，一定要充分結(jié)合實際的施工條件制定施工計劃，與實際施工情況相結(jié)合，以達(dá)到施工進(jìn)行的方便性。在進(jìn)行橋梁設(shè)計的時候，要盡量采用靈活多變的形式，一方面可以達(dá)到節(jié)約造價的目的，另一方面可以方便施工，盡量減小對自然環(huán)境的破壞程度。此外，還要考慮到與周圍環(huán)境和景物之間的協(xié)調(diào)。

1.3 橋梁設(shè)計的原則

安全、使用、美觀、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等是進(jìn)行高速公路橋梁設(shè)計的基本原則。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對橋梁的環(huán)保性能和外觀的要求越來越高。對此，在設(shè)計橋梁的時候不能僅僅關(guān)注橋梁的美觀度和環(huán)保度，而應(yīng)注意安全性、耐用性和舒適性，充分考慮與周邊的環(huán)境的協(xié)調(diào)。還有要注重環(huán)保、美觀、人文的設(shè)計理念，在設(shè)計的過程中要將藝術(shù)的美學(xué)效應(yīng)融合進(jìn)去，對于原有的地質(zhì)和環(huán)境要盡量保護(hù)，維持生態(tài)的平衡，在此基礎(chǔ)上對景觀資源進(jìn)行充分的開發(fā)。

2 不同梁型在相同標(biāo)準(zhǔn)跨徑下的上部結(jié)構(gòu)分析

裝配式橋梁結(jié)構(gòu)在現(xiàn)在的建設(shè)施工環(huán)境條件下有很多種形式，主要有空心梁板、工字型組合梁、預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式T梁及組合小箱梁等。在具體的工程中應(yīng)該與環(huán)境條件，以及實際的工程需要對橋梁結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行選擇。在一般情況下很少使用50 m跨徑的裝配式橋梁結(jié)構(gòu)，這主要是因為這樣的橋梁結(jié)構(gòu)具有一定的場地限制、自身存在較大程度的自重，運輸上也存在一定的困難。這些因素的存在使這種橋梁形式的使用受到一定程度的限制。中小型的橋梁一般會使用16m跨徑的裝配式橋梁結(jié)構(gòu)，一些墩高小于10 m的橋梁也會采用16 m跨徑的裝配式橋梁結(jié)構(gòu)。這主要是因為在工程的建設(shè)中可以防止加工工程的難度或者延長工期，另外還要注意，在橋梁的建設(shè)上要盡量避免橋梁結(jié)構(gòu)形式上的不同。對此，通過對不同主梁形式不同跨徑的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和比較，從而得出了三個方面的重要特點。

（1）在實際的工程中，20 m跨徑的裝配式T梁的應(yīng)用并不是很多，這種情況出現(xiàn)的原因主要在于20 m跨徑的裝配式T梁自身的性價比不是很好，結(jié)構(gòu)也比較高。因為這些特點的存在，很多橋梁工程建設(shè)采用的都是組合箱梁結(jié)構(gòu)或者裝配式的空心板梁結(jié)構(gòu)。組合式箱梁結(jié)構(gòu)和裝配式空心板梁結(jié)構(gòu)在實際的橋梁工程建設(shè)中存在較為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，但是，也存在一些明顯的不足?？招陌辶旱慕?jīng)濟(jì)性比較好而且重量很輕，但是在板梁之間進(jìn)行的連接是橫向的，所以整體的受力情況就會很差，這就難以保障橋梁工程的安全性。組合式箱梁結(jié)構(gòu)可以通過自身的工藝使整個施工吊裝的質(zhì)量得到保證，另外，組合式箱梁的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要比空心板梁高出很多。這樣，對20 m跨徑的上部結(jié)構(gòu)還是采用組合式箱梁結(jié)構(gòu)要好一些。

（2）在25 m跨徑或者30 m跨徑的高速公路橋梁中T梁或者裝配式組合梁對于上部結(jié)構(gòu)來說是很合適的工藝。原因在于這兩種工藝都經(jīng)過了長期的發(fā)展，在工藝上已經(jīng)接近成熟，所以在施工過程中應(yīng)用起來會更加快捷和簡便，也會擁有更好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。這兩種工藝在實際的應(yīng)用中都得到了非常好的應(yīng)用效果。經(jīng)過對照各種工藝之間的優(yōu)缺點，可以發(fā)現(xiàn)，其實這兩種工藝在實際上差別不是十分明顯，但是裝配式組合梁的施工工藝要明顯遜色于T梁的工藝。這主要是因為T梁經(jīng)過長期的發(fā)展工藝本身顯得更加成熟。經(jīng)過大量的檢測經(jīng)驗，人們發(fā)現(xiàn)，與其它的橋梁相比，T梁的使用壽命更長，維修與養(yǎng)護(hù)的要求也更低。此外，運行的效果也是十分理想的。值得一提的是，T梁吊裝的重量與組合式箱梁相比要更小。綜合來看T梁的性價比要更高一些。綜合以上因素分析，如果是25 m以上跨徑的橋梁的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)該選用裝配式T梁。

（3）在40 m跨徑的裝配式結(jié)構(gòu)中，一般是不會選用組合式箱梁的。因為組合式箱梁自身吊裝重量與其它結(jié)構(gòu)相比要重很多，在常規(guī)的施工與維修中會產(chǎn)生很多的不利影響。另外如果從維護(hù)費用低廉和施工工藝簡單的層面上來考慮，更加理想的也是T梁。

3 不同標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋長、樁長、墩高橋型方案之間的比較

人們可以從兩種不同的觀念對不同標(biāo)準(zhǔn)的跨徑橋長、樁長、墩高的橋梁方案進(jìn)行選擇。

在這里，可以針對丘陵區(qū)橋梁高跨比，以及橋梁設(shè)計經(jīng)驗，通過具體的工程來進(jìn)行分析與說明。當(dāng)跨徑比40 m小的時候往往就是最理想的選擇。這樣的跨徑可以保證經(jīng)濟(jì)上的合理有效，還可以保證結(jié)構(gòu)上的安全穩(wěn)定。選擇這種跨徑，主要是因為施工比較簡便而且圓柱式墩的工藝比較穩(wěn)定成熟，滑模的過程中速度非?？欤瑯痘c墩身之間可以保持很好的連接狀態(tài)。

30 m跨徑的橋梁樁徑都差不多在1.8 m。在這樣的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)下，普通的支撐體系對于橋梁自身需要的強(qiáng)度與剛度是完全可以保障的。所以，不需要采用進(jìn)一步的墩梁固結(jié)技術(shù)。但是這樣的結(jié)論在墩高大于40 m的時候就完全不適用了。所以不可以只對柱徑和樁徑進(jìn)行加大，還需要用抗彎性比較大的矩形空心墩進(jìn)行具體的處理，將梁與墩通過固結(jié)使橋梁的穩(wěn)定與安全得到相應(yīng)的保證。同時，還要使橋墩本身的受力特征得到相應(yīng)的改善。改善受力特征實際上就是使墩底和墩頂能夠同時受彎，這樣就可以建立起一個完好的連續(xù)梁體系。經(jīng)過一系列的計算，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)橋墩本身較高時，在實際的工作中，是可以按照剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行設(shè)計與控制的。在這樣情況下墩頂?shù)奈灰屏肯鄬碚f就會比較大，為了使結(jié)構(gòu)的絕對安全得到保證，如果橋梁跨徑比30m還長，上部結(jié)構(gòu)的梁最好選用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。這樣，在一定程度上就可以使橋梁自身的整體性得到保證。此外，在很大程度上還可以使行車的舒適度得到提高。

4 結(jié)論

綜上所述，在淺、中丘地區(qū)的裝配式橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計中，人們主要選用的應(yīng)是20 m跨徑的裝配式箱梁結(jié)構(gòu)（這種箱梁結(jié)構(gòu)是一種預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁結(jié)構(gòu)）、25 m跨徑的裝配式T梁結(jié)構(gòu)（這種T梁結(jié)構(gòu)是一種混凝土簡支T梁結(jié)構(gòu)）、30 m的裝配式T梁結(jié)構(gòu)（這種T梁結(jié)構(gòu)是一種預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)）。對于墩高比40 m小的情況，下部結(jié)構(gòu)就可以相應(yīng)地選用圓柱式的橋墩，基礎(chǔ)的擴(kuò)大或者樁基礎(chǔ)的使用可以結(jié)合橋梁所處的實際地質(zhì)情況進(jìn)行分析和選擇，這樣的選擇也是出于對環(huán)境進(jìn)行保護(hù)的角度考慮。如果橋梁結(jié)構(gòu)本身的墩高比30 m還要大，那就應(yīng)該酌情考慮使用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的形式進(jìn)行橋梁設(shè)計。這樣的設(shè)計主要考慮的是橋梁受力狀況和自身剛度的提升。在橋梁方案的擬定中應(yīng)該在建設(shè)過程中盡量在同一座橋梁中使用相同的跨徑，這樣就可以使實際的施工過程得到最大程度的簡化，同時可以使工期在質(zhì)量得到保證的前提下盡量地縮短。

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