山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的橋梁選型與安全評(píng)估

駱春雨，曹景，胡江

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051）

山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的橋梁選型與安全評(píng)估

駱春雨，曹景，胡江

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051）

在山區(qū)中，高速公路橋梁建設(shè)通常選用常規(guī)橋梁和特殊橋梁這兩種形式。山區(qū)橋梁所處地勢(shì)復(fù)雜，因此要特別注意其選型和安全評(píng)估。論文從規(guī)模、氣候、地形、工藝等方面介紹了山區(qū)高速公路橋梁特征，分別闡述了常規(guī)橋梁和特殊橋梁的選型方法，提出了山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)安全評(píng)估的措施。

山區(qū)；高速公路；橋梁設(shè)計(jì)；選型；安全評(píng)估

我國(guó)的高速公路建造事業(yè)，在21世紀(jì)的首個(gè)10a內(nèi)已經(jīng)邁入了迅速發(fā)展時(shí)期，到目前為止仍在持續(xù)發(fā)展中，并跨越到了一個(gè)嶄新的階段。當(dāng)橋梁主要修建地區(qū)從東部轉(zhuǎn)移到中西部后，逐漸進(jìn)入山高路陡的區(qū)域，橋梁建設(shè)工程也成了掌控項(xiàng)目資金和建造工時(shí)的核心要素之一。因此，在現(xiàn)階段的山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)中，要貫徹落實(shí)國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)，強(qiáng)化橋梁建設(shè)安全評(píng)估意識(shí)。

1 山區(qū)高速公路橋梁特征

1.1 橋梁建設(shè)規(guī)模較大

山區(qū)高速公路多修建于復(fù)雜險(xiǎn)峻的地形中，需要翻越深溝與河谷，因此多數(shù)情況下采取大規(guī)模橋梁群建設(shè)，以免出現(xiàn)深挖深填等工程。對(duì)于溝壑、低谷等區(qū)域的橋梁建設(shè)，就要盡量適應(yīng)當(dāng)?shù)氐匦?，克服高度變化條件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，山區(qū)高速公路目前修建的橋梁總長(zhǎng)度在全部里程中所占據(jù)的比例超過(guò)了50%，在這其中，特殊橋梁（即本文專指的跨度大于150m的特大橋梁，不包括多跨徑總長(zhǎng)度大于1000m的特大橋梁）在所有橋梁中占據(jù)的比例是10%～15%，而常規(guī)橋梁（即本文專指多跨徑總長(zhǎng)度大于1000m的特大橋梁）在所有橋梁中占據(jù)的比例是85%～90%。目前，常規(guī)橋梁建設(shè)已變成掌控工時(shí)和資金的主要因素，如山區(qū)高速公路中常見(jiàn)的曲線橋，連續(xù)剛結(jié)構(gòu)特大橋梁，以及艱險(xiǎn)地形中的“以橋代路”等[1]。

1.2 橋梁所處地區(qū)氣候差異大

我國(guó)地理形態(tài)的主要特征是西高東低，構(gòu)成顯著的“三級(jí)階梯”狀，每一級(jí)“臺(tái)階”之間高度差異達(dá)到千米以上，而第三級(jí)則是著名的“世界屋脊”——青藏高原。山區(qū)中修建的高速公路絕大多數(shù)匯集與中部和西部的第二、第三級(jí)階梯上，屬于溫帶大陸性氣候區(qū)域，夏天天氣炎熱，而冬天天氣干冷，一年四季氣候溫度差異較大，一天之中的氣溫變化落差也高，全年降雨量偏低。自然氣候環(huán)境對(duì)橋梁建造而言，是極為重要的因素之一。頻繁凍結(jié)與融解，可能會(huì)拉長(zhǎng)建筑工期，對(duì)橋梁下部和基本構(gòu)造的穩(wěn)固性與持久性，也會(huì)產(chǎn)生不小的影響。

1.3 橋梁選址區(qū)域地形條件復(fù)雜

山區(qū)內(nèi)所建橋梁大多會(huì)受到路段總體走向和地理形態(tài)的約束，因此基本都建造在荒無(wú)人煙的深山河谷中，進(jìn)出入該區(qū)域可能會(huì)需要建設(shè)長(zhǎng)度超過(guò)幾十公里的工程隧道。山區(qū)高速公路橋梁建造的地域范圍通常比較狹窄，如何對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行合理的布置，也是設(shè)計(jì)人員與工作人員需要面對(duì)的首要難題。一部分山區(qū)高速公路橋梁懸掛在半山腰上，如此一來(lái)，工程設(shè)備以及原材料運(yùn)送等環(huán)節(jié)都有了更高的難度。

1.4 易受施工方案和工藝影響

在山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中，除了要考慮到橋梁選址、地理氣候特征等因素以外，還要考慮施工方案和施工工藝。對(duì)于一些特大型橋梁而言，施工方案起到的影響非常之大。所建橋梁采用的施工原料、施工設(shè)備、入場(chǎng)條件等，都能夠?qū)蛄旱募軜?gòu)和形態(tài)起到?jīng)Q定作用[2]。而針對(duì)主橋型橋梁和其他部分特殊橋型的設(shè)計(jì)，施工工藝的質(zhì)量尤為重要，例如懸索橋、拱梁組合體系橋等。

2 橋梁選型

2.1 常規(guī)橋梁

對(duì)于山區(qū)高速公路的常規(guī)橋梁設(shè)計(jì)，要遵循“技術(shù)過(guò)硬、安全穩(wěn)固、結(jié)實(shí)耐久、經(jīng)濟(jì)科學(xué)”等建設(shè)原則，在保障工程安全的前提條件下，選用經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、持久、環(huán)保的橋型，要保證從橋梁的整個(gè)使用期限看來(lái)，其綜合消耗最低，性價(jià)比最高。常規(guī)橋梁的橋型選擇大致可分為上部構(gòu)造選型、下部和基本構(gòu)造選型這兩種。

2.1.1 上部構(gòu)造選型

常規(guī)橋梁的上部構(gòu)造選型要利用更為成熟的新型技術(shù)，符合更高層次的建造標(biāo)準(zhǔn)。上部構(gòu)造選型若要使造價(jià)更低，就要將其標(biāo)準(zhǔn)跨徑控制在50m之內(nèi)（包括50m）。要選用場(chǎng)地預(yù)先制作的預(yù)應(yīng)力混凝土T梁、箱梁、空心板等，運(yùn)用小跨徑橋面連續(xù)或是鋼絞線構(gòu)造連續(xù)。建造過(guò)程中，其50mT梁的單片梁橫向抗彎能力較小，而需要承吊的重量較大，在挑選和設(shè)計(jì)時(shí)要尤為慎重。對(duì)于單跨跨徑在50～80m以內(nèi)的多跨度大橋，其上部構(gòu)造可選用各截面相等的連續(xù)梁，將同節(jié)段在工廠中預(yù)先制作好，并利用架橋機(jī)吊裝方案進(jìn)行施工，可以節(jié)省項(xiàng)目成本，取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。而對(duì)于單跨跨徑超過(guò)100m的橋梁上部構(gòu)造，就要采取預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁方案，或者是多跨連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)，并選用掛籃移動(dòng)懸臂澆筑法進(jìn)行施工。不同跨徑橋梁的上部構(gòu)造選型見(jiàn)表1所示，常規(guī)橋梁方案經(jīng)濟(jì)的比較選擇見(jiàn)圖1所示。

表1 上部構(gòu)造選型

圖1 常規(guī)橋梁方案經(jīng)濟(jì)比較選擇

2.1.2 下部和基本構(gòu)造選型

常規(guī)橋梁的下部構(gòu)造通常選用圓柱形橋墩或是墻體形橋墩。對(duì)長(zhǎng)橋來(lái)說(shuō)，其下部構(gòu)造要考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的地理形態(tài)和橋墩高度變化，科學(xué)選出二、三種構(gòu)造模式，在受力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的前提下，保證視覺(jué)效果平穩(wěn)舒適。常規(guī)橋梁下部基本構(gòu)造通常采用擴(kuò)張型橋基或是樁型橋基。下部基本構(gòu)造選型要考慮實(shí)際地形，對(duì)于較陡的坡度或險(xiǎn)峻的路段，可以優(yōu)先選擇樁型橋基，謹(jǐn)慎進(jìn)行開挖施工，盡量不選用開挖工程量浩大的擴(kuò)張型橋基，以免對(duì)自然環(huán)境造成不必要的破壞。常規(guī)橋梁下部構(gòu)造選型參照表2。

表2 下部構(gòu)造選型參照表

2.2 特殊橋梁

2.2.1 橋梁位置的選擇

特殊橋梁位置的選擇是路線走向的決定性因素。對(duì)于水利、地理、工程條件比較復(fù)雜的建筑區(qū)域，要把橋梁位置選在既定路線上，不能脫離路線的大方向。要依據(jù)河流與峽谷的形態(tài)特點(diǎn)、水利狀況、地理?xiàng)l件、通行要求、建設(shè)基礎(chǔ)、地方交通規(guī)劃等要素，在更大范圍中挑選出最合適的橋梁建設(shè)位置。并采取必要的物理勘測(cè)、鉆探等技術(shù)，在深度相同的前提下進(jìn)行科學(xué)的經(jīng)濟(jì)對(duì)比選擇。

2.2.2 是橋梁形態(tài)的選擇

山區(qū)高速公路特殊橋梁的重要形態(tài)包括拱形橋、多跨連續(xù)剛構(gòu)橋、低塔斜拉橋、懸索橋等。拱形橋通?？山ㄔ诘乩?xiàng)l件優(yōu)良的深V形峽谷中，其溝寬在工程結(jié)束后要求達(dá)到的高度不能大于300m。拱形橋設(shè)計(jì)可以選用一孔跨溝法，根據(jù)行駛車道的方位建設(shè)上承式拱形橋或者中承式拱形橋，如要考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用，就必須將拱橋跨度控制在250m以下。拱形橋的主拱圈骨架通常要選用剛性骨架強(qiáng)化的鋼筋混凝土箱狀橫截面，建造方式可選用旋轉(zhuǎn)或鐵索吊裝作業(yè)[3]。

3 安全評(píng)估

3.1 制作橋梁建設(shè)安全評(píng)估報(bào)告

依據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估區(qū)間為：

1）跨徑超過(guò)40m的石拱橋、跨徑超過(guò)250m的鋼筋混凝土拱形橋、跨徑超過(guò)350m的鋼箱橋。

2）跨徑超過(guò)200m的梁式橋、跨徑超過(guò)400m的斜拉橋、跨徑超過(guò)1000m的懸索橋。

3）橋墩高度超過(guò)100m的橋。

4）橋梁建設(shè)處地震強(qiáng)度高于7級(jí)并且跨徑超過(guò)150m的橋。

5）其余建造環(huán)境險(xiǎn)峻、技術(shù)需求較高的橋梁。

3.2 制作安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查表

對(duì)于數(shù)目較多的常規(guī)橋梁，要合理制作安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查表。依據(jù)最近幾年的實(shí)際建筑經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查表時(shí)，要制作基本資料安全調(diào)查表、整體設(shè)計(jì)安全調(diào)查表、上部構(gòu)造安全調(diào)查表、下部構(gòu)造安全調(diào)查表、施工風(fēng)險(xiǎn)安全調(diào)查表。對(duì)于工作安全調(diào)查，要制作建造基礎(chǔ)安全調(diào)查表、使用材料安全調(diào)查表、基本工藝安全調(diào)查表、下部與上部構(gòu)造建設(shè)工藝安全調(diào)查表、附近工程協(xié)調(diào)性調(diào)查表等。

4 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)高速公路橋梁建筑設(shè)計(jì)安全等級(jí)總共分為4個(gè)級(jí)別，要針對(duì)不同級(jí)別的安全風(fēng)險(xiǎn)對(duì)橋梁修建工程進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，及時(shí)采取相應(yīng)措施減少安全風(fēng)險(xiǎn)。要根據(jù)山區(qū)高速公路橋梁的形態(tài)特征、地理特征、氣候特征、工藝特征等，正確選擇橋梁的建造位置和結(jié)構(gòu)，優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì)施工技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)橋梁建筑和高速公路建造事業(yè)的發(fā)展。

【1】趙進(jìn),侯靚雯,施菁華,呂一新.秦嶺山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)[J].公路交通科技,2011(10):270-273.

【2】黎立新,何智勇,尚峰.山區(qū)高速公路常規(guī)橋梁選型設(shè)計(jì)[J].公路, 2014(7):145-148.

【3】尹智育.山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2011(7):108-108.

Model Selection and Safety Evaluation of Highway Bridge Design in Mountainous Area

LUO Chun-yu，CAO Jing，HU Jiang
（TianjinMunicipalEngineeringDesign&Research Institute，Tianjin 300051 China）

In the mountainousarea,the highway bridge construction usually selects the conventional bridge and the special bridge these two forms.The terrain iscomplex,soweshould payspecialattention to theselectionandsafetyassessment.Firstly from theaspectsofscale, climate,topography,process,introducesthemountainousareahighwaybridgecharacteristics,and thenexpoundstheselectionmethodof the conventional bridges and special bridge,and finally puts forward some measures to the mountainous area highway bridge design safety assessment.

mountainousarea;highway;bridgedesign;selection;safetyevaluation

U442.5

A

1007-9467（2016）08-0120-03

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.031

2016-03-10

駱春雨（1980～），男，天津人，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)與研究（電子信箱）543800337@qq.com。