山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題研究

劉洋1 鄒俊生2

1沈陽博凱公路工程設(shè)計(jì)有限公司 遼寧省沈陽市 110000；

2遼寧乾成工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司鐵嶺?；墼O(shè)計(jì)咨詢分公司 遼寧省鐵嶺市 112000

摘要：文章首先闡述了山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單介紹以及其主要特點(diǎn)，接著重點(diǎn)針對(duì)山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：山區(qū)；高速公路；橋梁設(shè)計(jì)

一、前言

近年來，山區(qū)進(jìn)行高速公路橋梁建設(shè)得到了很大的發(fā)展，山區(qū)進(jìn)行高速公路橋梁建設(shè)同一般的高速公路建設(shè)是有著一定差異的，在山區(qū)進(jìn)行高速公路建設(shè)要面臨的問題是非常多的。

二、山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，我國的很多地區(qū)都被帶動(dòng)了起來，為了更好的發(fā)展西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)，山區(qū)建設(shè)的高速公路工程就逐漸增多了。我國的很多地區(qū)都是地處山區(qū)的，為了更好的發(fā)展經(jīng)濟(jì)，在山區(qū)修建高速公路成為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要途徑。在山區(qū)修建高速公路首先要克服的問題就是地形地質(zhì)情況復(fù)雜的問題，在進(jìn)行高速公路施工中，施工中橋梁和隧道的施工比例是非常大的，這樣就使得設(shè)計(jì)工作成為了高速公路能否成功的關(guān)鍵。因此，山區(qū)進(jìn)行高速公路橋梁建設(shè)一定要重視設(shè)計(jì)工作，只有在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)⒖赡艹霈F(xiàn)的問題都進(jìn)行考慮，這樣才能更好的保證高速公路橋梁工程能夠順利的進(jìn)行。

三、山區(qū)高速公路的主要特點(diǎn)

山區(qū)高速公路主要特點(diǎn)是地形、地質(zhì)、水文條件復(fù)雜。地形復(fù)雜，表現(xiàn)為溝壑眾多，地面高差變化大，橫坡陡。地質(zhì)復(fù)雜，表現(xiàn)為滑坡、崩塌、泥石流、巖溶、陡崖、斷層等不良地質(zhì)不同程度存在，巖性、巖石風(fēng)化程度各有不同。水文復(fù)雜，表現(xiàn)為水系眾多，水文地質(zhì)、暴雨、洪水、泥沙沿路線不盡相同。山區(qū)高速公路往往是沿溪展線，受地形、地質(zhì)、水文的影響，路線布設(shè)時(shí)平縱橫三個(gè)方面普遍都受到約束，造成平曲線多，平面半徑較小，縱坡較大。路線反復(fù)沿河岸交替設(shè)線，斜、彎及縱向橋多；橫坡陡，半幅橋和半幅路基多；路線跨越眾多溝壑，高墩大跨多，墩臺(tái)形式多，因此橋梁設(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)、水文之間的關(guān)系，處理好與擋墻、隧道、交通設(shè)施、排水設(shè)施等其它構(gòu)造物銜接，從而體現(xiàn)細(xì)部處理見設(shè)計(jì)水平的觀念。

四、山區(qū)高速公路橋梁工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

在當(dāng)前的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，我國各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日臻完善，尤其是交通建設(shè)的發(fā)展極為迅速，交通建設(shè)及其管理在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位日益突顯。公路橋梁設(shè)計(jì)作為交通建設(shè)的一部分，是呈現(xiàn)某個(gè)地區(qū)交通環(huán)境建設(shè)可行性和經(jīng)濟(jì)性特征的重要依據(jù)。在山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，最重要的是路橋界限的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)體系的整體構(gòu)建，同時(shí)，要掌握橋梁與路基之間的關(guān)系，并以山區(qū)公路建設(shè)和橋梁工程施工的實(shí)際狀況為準(zhǔn)，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)內(nèi)容。

五、山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題

1、山區(qū)曲線預(yù)制梁橋梁、板布設(shè)問題

預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁就是將橋梁的梁、板等上部結(jié)構(gòu)先行預(yù)制好后，直接架設(shè)到橋梁的下部結(jié)構(gòu)上。預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，施工方便快捷，可以從設(shè)計(jì)到施工上批量生產(chǎn)，是一種造價(jià)較低而又高效的設(shè)計(jì)方案，因而成為了西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的首選方案。然而，預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁在其省錢而又高效的同時(shí)，也有一定的局限性。預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁的上部結(jié)構(gòu)理論上來說必須是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度跨徑；預(yù)制結(jié)構(gòu)梁、板全都為直線結(jié)構(gòu)，然而，山區(qū)高速公路橋梁中直線結(jié)構(gòu)橋梁很少，大部分均為彎橋。因此，如何把直線預(yù)制的梁、板布設(shè)到平曲線上成為了預(yù)制結(jié)構(gòu)在山區(qū)高速公路橋梁架設(shè)中的又一重要問題，主要有墩臺(tái)等角度布置和各墩臺(tái)平行布置兩種方式。

（1）墩臺(tái)等角度布置

墩臺(tái)等角度布置結(jié)構(gòu)的橋墩中心線與橋臺(tái)中心線交點(diǎn)處的切線所成角度均相同，橋墩與橋臺(tái)的中心線互不平行，各橋墩蓋梁長(zhǎng)度全部相同。墩臺(tái)等角度布置通常為等90°布置即徑向布孔。

墩臺(tái)等角度布置時(shí)，內(nèi)外梁梁長(zhǎng)不相等，一般通過等梁長(zhǎng)法和變梁長(zhǎng)法來解決。等梁長(zhǎng)法適用于曲線半徑較大的情況，將預(yù)制梁預(yù)制成標(biāo)準(zhǔn)跨徑等梁長(zhǎng)，而梁長(zhǎng)的變化則通過現(xiàn)澆梁端長(zhǎng)度或連續(xù)梁現(xiàn)澆中橫梁的寬度來調(diào)整。當(dāng)曲線半徑較小時(shí)，內(nèi)外弧差較大，導(dǎo)致內(nèi)外梁長(zhǎng)度差別較大，此時(shí)采用變化預(yù)制梁長(zhǎng)度的方法來適應(yīng)曲線引起的梁長(zhǎng)變化，也即變梁長(zhǎng)法。變梁長(zhǎng)法雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但施工難度較大，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用等梁長(zhǎng)法。

（2）各墩臺(tái)平行布置

各墩臺(tái)平行布置時(shí)，各孔預(yù)制板長(zhǎng)度相等，但由于板端角度不同，墩、臺(tái)長(zhǎng)度不一致，使得設(shè)計(jì)和施工相對(duì)復(fù)雜。

墩臺(tái)平行布置通常有按直線布板和按折線布板兩種方式。按直線布板時(shí)，橋墩中心線與橋梁中心線所成角度相同，各橋墩中心線互相平行，直線布板設(shè)計(jì)和布板方便簡(jiǎn)單，但采用這種方法需要犧牲平面線形的曲線協(xié)調(diào)性，因而只是用于長(zhǎng)度較短且曲線矢高不超過20cm的中、小橋。按折線布板時(shí)，橋墩中心線與橋梁中心線所成角度各不相同，各橋墩蓋梁長(zhǎng)度各不相同，上部結(jié)構(gòu)板長(zhǎng)相同，每孔內(nèi)預(yù)制板角度相同但各孔板角度均不同。折線布板適用于曲線矢高大于20cm的情況。

2、山區(qū)高墩橋梁下部柔性高墩設(shè)計(jì)問題

受山區(qū)復(fù)雜地形及公路線形的影響和制約，山區(qū)公路橋梁大部分為高墩、大跨橋的結(jié)構(gòu)，然而，隨著橋梁跨度的增大，橋墩的截面尺寸也需相應(yīng)增加，這必然使得橋梁下部結(jié)構(gòu)的工程量增大，工程造價(jià)增高。為了減少工程材料，降低工程造價(jià)，近年來提出了柔性橋墩的設(shè)計(jì)方法，柔性橋墩在實(shí)現(xiàn)橋梁下部構(gòu)造輕型化的同時(shí)，還能減少水平外力對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的影響。

柔性高墩結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法為集成剛度法。集成剛度法把單層連跨結(jié)構(gòu)逐跨濃縮為兩端具有抗推（拉）的彈性支承的單跨結(jié)構(gòu)，從而使得計(jì)算量大大減少。結(jié)構(gòu)抗推（拉）的剛度可用彈簧表示，剛度的集合，可用若干串、并聯(lián)在一起的彈簧模型模擬。連續(xù)梁橋的橋墩與其支座的集成剛度可認(rèn)為是串聯(lián)關(guān)系，而各個(gè)橋墩之間的集成剛度是并聯(lián)關(guān)系。

3、山區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題

橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)橋梁的質(zhì)量和正常使用起著決定性的作用。山區(qū)公路橋梁的墩臺(tái)基礎(chǔ)形式主要有鉆孔樁基礎(chǔ)和明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)兩類。一般來說，對(duì)于地質(zhì)條件較好，巖層埋藏位置較淺、基巖穩(wěn)定、山體平緩等的橋位處，優(yōu)先選擇明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。對(duì)于小型構(gòu)造物如涵洞、通道等，一般也設(shè)計(jì)為淺基礎(chǔ)。對(duì)于載荷較大，地基上部土層較軟，適宜的地基持力層位置較深時(shí)，可考慮采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)核心是在滿足單樁承載力的前提下，以摩擦樁樁長(zhǎng)作為控制指標(biāo)；嵌巖樁一般取用雙控指標(biāo)：基巖強(qiáng)度和嵌巖深度。此外，山區(qū)橋梁地形、地質(zhì)、生態(tài)條件復(fù)雜，實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)在綜合考慮地形、地質(zhì)條件的同時(shí)，還需慎重考慮對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

4、鋼筋混凝土的耐久性問題

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土對(duì)鋼筋起保護(hù)作用并提供結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度，而鋼筋提供結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，因此，鋼筋混凝土的材料性能衰退主要有混凝土中鋼筋的銹蝕和混凝土本身性能衰退這兩個(gè)方面。混凝土中鋼筋的銹蝕主要由電化學(xué)過程而引起，不僅受本身的晶格結(jié)構(gòu)差異、化學(xué)組成不同、受力程度不同、鈍化膜不連續(xù)等不均勻性因素，還受混凝土性能的好壞、外界環(huán)境介質(zhì)、破壞情況等因素的影響?；炷帘旧淼男阅芩ネ酥饕富炷潦苤車h(huán)境的生物、化學(xué)、物理作用，導(dǎo)致混凝土內(nèi)的一些成分產(chǎn)生反應(yīng)，使得混泥土發(fā)生溶解析出、變性、基體開裂及結(jié)晶膨脹等，最終降低了混凝土的性能，更嚴(yán)重的會(huì)加速混凝土中鋼筋的腐蝕。目前的保護(hù)措施有采用環(huán)氧涂層鋼筋、高性能混凝土、混凝土外涂層、電化學(xué)保護(hù)、鋼筋阻銹劑等幾種方式。

六、結(jié)束語

總而言之，只有將山區(qū)高速公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)問題處理好，才能提升該項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)效果，進(jìn)而保證山區(qū)高速公路橋梁工程建設(shè)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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