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)。
1.1 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。
2.1 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]。
3.1 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。
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。