山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制的研究

阮立冬

【摘 要】對(duì)于山區(qū)的公路橋梁建設(shè)來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)的質(zhì)量決定著整個(gè)工程的順利實(shí)施與安全運(yùn)行。本文著重對(duì)山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)；橋梁設(shè)計(jì)；質(zhì)量控制

引言

隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，山區(qū)、邊區(qū)的經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，山區(qū)公路的大量修建，方便了山區(qū)交通的同時(shí)也提高了山區(qū)人們的生活水平。因此，要改善落后地區(qū)特別是山區(qū)的交通狀況，需要從搞好橋梁設(shè)計(jì)與施工入手，多建設(shè)一大批高品質(zhì)、高等級(jí)的山區(qū)公路，推動(dòng)欠發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展。

1、公路橋梁設(shè)計(jì)的基本原則和要求

公路橋梁設(shè)計(jì)的基本原則主要包含以下幾個(gè)方面：①橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)滿足技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理等要求，同時(shí)注重景觀和環(huán)保。②方案選擇及布設(shè)除考慮結(jié)構(gòu)本身的合理性外，還應(yīng)注重與周圍景觀的協(xié)調(diào)。③橋梁盡可能服從于整體設(shè)計(jì)，其平、縱面與公路線形相融合。④橋梁方案選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮施工場(chǎng)地、施工工藝及工期，避免設(shè)計(jì)與施工脫節(jié)。⑤合理布孔和橋孔分聯(lián)，充分考慮橋梁下部的剛度協(xié)調(diào)一致，達(dá)到最佳受力效果。

具體的公路橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)分為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)兩部分，在進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)前，橋型方案的選擇還應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：①橋型方案宜綜合考慮橋位處地形、地物、水文、地質(zhì)、施工工藝、場(chǎng)地等因素，在滿足功能的條件下，盡量選擇受力明確、外形簡(jiǎn)捷的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和工廠化，結(jié)合運(yùn)輸條件可選擇分段集中預(yù)制或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制。②在無(wú)特殊要求時(shí)盡量采用經(jīng)濟(jì)跨徑。③上跨高速公路的立交橋梁，宜重視景觀設(shè)計(jì)，力求與周圍景觀相協(xié)調(diào)，保證視野開(kāi)闊，誘導(dǎo)良好，行車舒適安全。④路線跨越河流、沖溝時(shí)，宜采用稍大的橋梁跨徑；避免橋梁設(shè)在溶洞、采空區(qū)等不良地質(zhì)地段。

2、公路橋梁上部及下部結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)原則

2.1上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。多跨式橋梁上部結(jié)構(gòu)形式及跨徑選取宜根據(jù)地形、地質(zhì)、水文、橋墩高度，選取合適的橋梁方案進(jìn)行比選。平面位于直線或者曲線半徑較大的橋梁主要以裝配式T梁或小箱梁為主，對(duì)不同跨徑進(jìn)行比選，以確定與墩高和基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)跨徑和合理結(jié)構(gòu)，使上下部比例協(xié)調(diào)、橋型美觀大方，并充分考慮施工的便捷，在高度相差不大的前提下，相近橋梁盡量跨徑一致。為保證橋梁整體協(xié)調(diào)性，一般橋梁結(jié)構(gòu)建議按下述選?。涸瓌t上常規(guī)橋梁L=20至40m采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁或者小箱梁，L=6至16m采用鋼筋砼或預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁。

在跨越公路、河流、山谷等受到地形限制時(shí)，還應(yīng)該根據(jù)具體情況選取現(xiàn)澆、懸澆等結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)澆連續(xù)箱梁、懸澆T構(gòu)、連續(xù)剛構(gòu)、拱橋等。

2.2下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于公路橋梁下部而言，設(shè)計(jì)的基本原則應(yīng)圍繞橋臺(tái)以及橋墩內(nèi)容展開(kāi)，設(shè)計(jì)橋臺(tái)時(shí)需要考慮臺(tái)后填土的高、臺(tái)后路基是否設(shè)置擋墻，橋墩形式的選擇根據(jù)橋梁高度、斜角角度、水文情況等綜合因素，選定圓柱墩、實(shí)心薄壁墩及空心薄壁墩。

3、山區(qū)公路常規(guī)橋梁的設(shè)計(jì)分析

3.1橋梁整體方案的設(shè)計(jì)。

山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題是考慮路是否采用橋梁方案，亦或是路基方案。修筑山區(qū)公路橋梁是為了跨越河流、溝谷以及繞開(kāi)某些特定的不良地質(zhì)段而進(jìn)行的工程。在山區(qū)一般而言，由于地形起伏而修筑的旱橋所占的比重較大。在這種情況下，設(shè)橋地段的填方路基高度限值的設(shè)定就成為關(guān)鍵問(wèn)題，這是因?yàn)橐环矫孢@是整個(gè)橋梁工程的基礎(chǔ)，另一方面，這也直接影響到橋梁工程的建設(shè)規(guī)模和投資。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合路線方案與橋梁各部分的構(gòu)造物來(lái)進(jìn)行最后的方案設(shè)計(jì)。尤其在路基中心填方高度大于20m時(shí)，更需要參照具體情況而定。

3.2橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1處理好跨徑和墩高之間的關(guān)系。從美學(xué)角度出發(fā)，橋梁跨徑與墩高之間的比值應(yīng)在0.5～1.0之間，即橋梁跨徑如果是30m，墩高最好在15～30m之間。將橋梁跨徑與墩高之間最佳比值固定在0.5～1.0間，原因在于這樣的設(shè)計(jì)比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，既不影響橋梁外形的美觀度，也能達(dá)到控制投資成本的效果。但山區(qū)公路地形變化頻繁，不易根據(jù)墩高來(lái)決定跨徑，應(yīng)根據(jù)公路地形的變化情況選擇一種跨徑。但是，如果地形起伏變化非常頻繁，也可以選擇組合跨徑。通常一個(gè)公路橋梁工程不止有一種跨徑方案，這種情況下，要經(jīng)過(guò)多方面對(duì)比分析，選擇造價(jià)低、質(zhì)量有保障、施工方便的方案。

3.2.2合理設(shè)置彎梁橋的橫坡。

在橋梁建設(shè)中，為了盡可能的滿足行車的舒適度要求，在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)橫斷面時(shí)，適當(dāng)?shù)奶岣邩蛎嫱饣?cè)，確保其能夠向內(nèi)弧側(cè)進(jìn)行傾斜。而通常在設(shè)置橫坡時(shí)能夠采用的方法有下述兩種：第一種方法是將橫斷面上的每一根梁肋都設(shè)置成不等高的，第二種則是將橫梁斷面設(shè)置成等高的，確保其能夠向內(nèi)弧側(cè)進(jìn)行傾斜，而在采用第二方法時(shí)還需要將墩的蓋梁也設(shè)置成傾斜的，同時(shí)在梁底設(shè)置楔形墊塊確保支座的受力平衡。

3.2.3處理好上部結(jié)構(gòu)與平面線形之間的關(guān)系。

若不能處理好上部結(jié)構(gòu)與平面線形之間的關(guān)系，可能導(dǎo)致出現(xiàn)曲線橋。曲線橋一般表現(xiàn)為內(nèi)外弧差和中矢高。在布置墩臺(tái)徑向時(shí)，內(nèi)外橋梁因受到曲率半徑的影響會(huì)出現(xiàn)梁長(zhǎng)不等的情況，半徑越小，內(nèi)外梁長(zhǎng)度差越大。為了有效解決這一問(wèn)題，必須處理好上部結(jié)構(gòu)與平面線形之間的關(guān)系。針對(duì)內(nèi)外弧差這一問(wèn)題，需改變預(yù)制梁長(zhǎng)、加大封錨端或加長(zhǎng)現(xiàn)澆連續(xù)段的方式以適應(yīng)平面半徑的變化。如果半徑比較小，可以采用梁中線長(zhǎng)度等于標(biāo)準(zhǔn)跨徑布置。針對(duì)中矢高這一問(wèn)題，如果中矢高在10cm以內(nèi)，一般可通過(guò)調(diào)整護(hù)墻內(nèi)緣的方式適應(yīng)平面線形。在中矢高超過(guò)10cm時(shí)，不易調(diào)整護(hù)墻，以免影響橋梁整體外形的美觀度和消弱護(hù)墻功能。最好的解決方式就是按照實(shí)際曲線情況預(yù)制梁懸臂，以此來(lái)適應(yīng)平面線形。不管采用哪種加長(zhǎng)梁長(zhǎng)的方式，都需注意端橫梁及中橫梁都應(yīng)在同一直線上，且梁端支座中心盡量設(shè)置在端橫梁中心線下。

3.3橋墩的設(shè)計(jì)。

橋墩的選擇要結(jié)合山區(qū)地區(qū)的地質(zhì)條件、橋梁的跨徑、墩高進(jìn)行綜合考慮。山區(qū)橋墩的常見(jiàn)形式有柱式墩、薄壁墩、空心墩等，在實(shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)于橋墩的設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

（1）當(dāng)橋墩的墩高<30m時(shí)，一般采用雙柱或三柱圓柱墩，30m≤墩高≤50m時(shí)，建議采用實(shí)心薄壁墩，墩高>50m時(shí)，建議采用空心薄壁墩。而在墩高大于7m的雙柱式或三柱式橋墩處則應(yīng)設(shè)置系梁，設(shè)置的間距為每7m設(shè)置一道，樁頂設(shè)置地系梁。（2）墩柱直徑的型號(hào)最好是一種或者兩種，如果過(guò)多則容易造成施工的困難，也不利于節(jié)約工程造價(jià)。（3）在橋墩超過(guò)30m時(shí)，一般采用墩梁固結(jié)。（4）樁基嵌入的深度宜在基巖的3倍樁徑處，在左右橫坡較大的地方要加長(zhǎng)樁長(zhǎng)，但是應(yīng)注意左右樁的長(zhǎng)度不宜相差太大。在橫坡較陡、高差較大的地方，需增加樁長(zhǎng)。當(dāng)出現(xiàn)覆蓋層較厚且偏壓嚴(yán)重時(shí)，宜在樁位的上坡方向設(shè)置抗滑樁來(lái)抵抗偏壓。

3.4橋臺(tái)設(shè)計(jì)。

橋臺(tái)山區(qū)公路橋梁的橋臺(tái)主要采用肋板臺(tái)、樁柱式臺(tái)和重力U型臺(tái)，其中重力U型臺(tái)最為常見(jiàn)，《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》規(guī)定，重力U型臺(tái)的填土范圍應(yīng)在4～10m，因而重力U型臺(tái)的高度應(yīng)控制在10m內(nèi)。為了適應(yīng)山區(qū)地形地貌、減小開(kāi)挖量，重力U型臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分結(jié)合地質(zhì)條件和地形特征進(jìn)行分臺(tái)和錯(cuò)臺(tái)。由于樁柱式臺(tái)的抗推剛度比較小，因而不適用于臺(tái)后填土較高、聯(lián)長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況，一般來(lái)說(shuō)樁柱式橋臺(tái)適用于臺(tái)后高度5m以下，聯(lián)長(zhǎng)150m以內(nèi)的情況。另外，埋置式肋板臺(tái)的適用范圍相對(duì)較廣，但臺(tái)后填土高度也不應(yīng)超過(guò)12m。除此之外，山區(qū)公路橋梁往往要克服陡峭的地形，此時(shí)橋臺(tái)施工中不能設(shè)置錐坡，這使樁柱式臺(tái)和肋板臺(tái)的施工收到嚴(yán)重限制。因而惡劣的地質(zhì)情況下常采用重力U型臺(tái)。

3.5基礎(chǔ)。

樁基礎(chǔ)是山區(qū)公路橋梁最常用的基礎(chǔ)，除此之外，擴(kuò)大基礎(chǔ)也是比較常見(jiàn)的方式。在地形地質(zhì)條件比較好的情況下，適宜采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)適用于地質(zhì)情況比較惡劣的情況。地質(zhì)條件非常惡劣，則可采用摩擦樁。如果橋梁架構(gòu)在斜坡上，無(wú)論采用擴(kuò)大基礎(chǔ)還是樁基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)考慮基礎(chǔ)擴(kuò)散角和覆蓋層厚度，以及在施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。樁基礎(chǔ)的施工方法多為挖孔樁和鉆孔樁。盡管挖孔樁造價(jià)比較低，但是由于其不適用于地下水位比較高、易形成塌孔的地質(zhì)條件，為此，是否選擇挖孔樁應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)決定。

4、山區(qū)公路常規(guī)橋梁設(shè)計(jì)的其他注意事項(xiàng)

在掌握了以上設(shè)計(jì)的原則和要點(diǎn)外，還有一些情況需要加以注意。當(dāng)橋跨區(qū)部分的地面占據(jù)了上部板梁位置時(shí)，地面至梁板底面至少50cm的區(qū)域要加以清空，而且要對(duì)清空位置進(jìn)行邊坡防護(hù)工作。如果要在道路的中央分隔帶設(shè)置橋墩，那么在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮增加橋墩的防撞設(shè)計(jì)同時(shí)提高橋墩的剛度。在允許的情況下，橋墩最好不設(shè)計(jì)為獨(dú)柱墩，獨(dú)柱墩雖然也有其自身的優(yōu)勢(shì)和多種適用性，但是也容易發(fā)生偏載和傾覆。如果現(xiàn)實(shí)條件決定了一定要采用獨(dú)柱墩的設(shè)計(jì)時(shí)，則應(yīng)采取相應(yīng)措施防止偏壓和傾覆。

結(jié)束語(yǔ)

與平原地區(qū)的公路橋梁相比，山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)有著一定的特殊性。為了保證山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)方案的合理性和安全性，相關(guān)人員應(yīng)針對(duì)山區(qū)地形地質(zhì)條件探索出最佳的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)時(shí)，除了要求設(shè)計(jì)人員有著專業(yè)的、高超的業(yè)務(wù)能力，更要求對(duì)山區(qū)公路橋梁工程有著深入的認(rèn)識(shí)，只有這樣才能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有效應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的各種問(wèn)題，創(chuàng)造出優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。

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