關(guān)于市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的探討

牟奎偉

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【摘 要】近年來橋梁建設(shè)項(xiàng)目越來越多，由于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而引發(fā)的橋梁質(zhì)量問題也頻頻發(fā)生，如何做好橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，給人們提供一座安全性高、壽命長、美觀實(shí)用的橋梁成為橋梁設(shè)計(jì)者們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文介紹了市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，并分析了市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)；跨徑；分孔

一、市政橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（一）經(jīng)濟(jì)性原則

一座橋梁建筑設(shè)計(jì)的再如何漂亮，若它的造價(jià)比看上去一般化的橋梁高出許多，這座漂亮的橋梁設(shè)計(jì)也是失敗的。在樂山市大渡河龔嘴電站大橋設(shè)計(jì)中，定下采用中承式拱橋后，拱圈是用鋼筋砼呢，還是鋼管砼？經(jīng)過比選，我們設(shè)計(jì)組采用了變截面鋼筋砼拱圈。因?yàn)楸緲虻靥幤h(yuǎn)大山之中的大渡河上，當(dāng)?shù)氐纳?、石料比較豐富，可就地取材，而鋼管拱不僅昂貴，且鋼管運(yùn)距也相當(dāng)遠(yuǎn)。故在橋梁設(shè)計(jì)中，在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，應(yīng)盡量地考慮經(jīng)濟(jì)。

（二）安全性原則

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國公路橋梁總數(shù)達(dá)73.53萬座，各類鐵路橋梁總數(shù)達(dá)18萬座，已成為世界第一橋梁大國，但同時(shí)也進(jìn)入了橋梁垮塌等安全事故高發(fā)期。因此，在橋梁設(shè)計(jì)中要特別重視橋梁的安全性。以抗震設(shè)計(jì)為例，橋位應(yīng)選擇在對(duì)抗震有利的地段，盡可能避免選擇在軟弱粘性土層、可液化土層和地層嚴(yán)重不均勻的地段，特別是發(fā)震斷層地段。如必須設(shè)置在可液化或松軟土層的河岸地段時(shí)，橋長應(yīng)適當(dāng)增長，將橋臺(tái)置于穩(wěn)定的河岸上，而橋墩基礎(chǔ)要加強(qiáng)。橋型要選擇抗震性能好、整體性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系，如連續(xù)梁，無鉸拱等。如中國趙州橋，系石拱橋，地處多地震區(qū)，建橋1300多年以來，經(jīng)歷多次強(qiáng)烈地震，猶屹立未毀。如在軟土地基上選用簡支梁或懸臂梁體系（帶有掛孔）時(shí)，應(yīng)在構(gòu)造上加強(qiáng)防止落梁的措施。墩臺(tái)結(jié)構(gòu)應(yīng)選用整體性好的結(jié)構(gòu)形式，基礎(chǔ)要埋入穩(wěn)定土層內(nèi)。

（三）耐久性原則

隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的不斷發(fā)展，城市橋梁和公路橋梁的負(fù)荷越來越重，造成混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的不同程度的損壞；在設(shè)計(jì)和施工過程中不注重細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是造成橋梁耐久性的一個(gè)很重要的因素，這些問題的存在嚴(yán)重影響了橋梁的使用壽命，因而從多方面對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)的分析和研究是非常必要的。

（四）功能性原則

城市橋梁不同于公路橋梁，在城市交通日益劇增的情況下，橋梁方案設(shè)計(jì)中，交通組織功能也要擺在重要的地位上，尤其是立交橋，不光橋上有車輛，橋下車輛也川流不息。如果不綜合考慮交通功能，下行車輛撞擊橋墩或有關(guān)橋梁部分，導(dǎo)致橋梁坍塌，這種事故在國內(nèi)外都有發(fā)生。作為橋梁設(shè)計(jì)人員必須注意這一點(diǎn)來進(jìn)行橋梁方案比選，乃至方案確定后的橋梁分跨。在貴陽市都司路高架橋跨越中華路的大南門交叉口位置，設(shè)計(jì)者在地面設(shè)置了交通導(dǎo)流環(huán)島，一跨20米跨徑的橋梁正好處于環(huán)島內(nèi)。橋梁建成后，隨著城市的發(fā)展，車輛的增多，該交叉口經(jīng)常塞車，不得已取消了地面環(huán)島。由于該交叉口的橋梁跨徑較小，導(dǎo)致左轉(zhuǎn)車輛的行車軌跡不順暢，司機(jī)抱怨連天，這無疑是橋梁設(shè)計(jì)敗筆。

二、橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

1.橋梁總跨徑的確定。

對(duì)于橋梁總跨度的決定要經(jīng)過細(xì)致的分析討論，首先要考慮的一點(diǎn)便是橋梁周邊的土質(zhì)以及水文狀況。根據(jù)兩岸的土質(zhì)基礎(chǔ)來確定橋梁的基礎(chǔ)埋設(shè)的深度進(jìn)而決定橋梁的總長度，同時(shí)也要對(duì)河床的沖刷深度的進(jìn)行充分考慮。對(duì)于橋梁長度不同引起的水流的流量的不同進(jìn)而對(duì)橋梁的沖擊量的不同要充分考慮。

2.橋梁標(biāo)高確定。

在確定橋梁的標(biāo)高之前要先對(duì)道路的路面所預(yù)留的橋梁橋道進(jìn)行確定，在確定了橋道的基礎(chǔ)上再綜合考慮橋梁的橋形以及孔洞的跨度、橋梁的長度等因素。而后再對(duì)于橋梁建設(shè)區(qū)域在洪水期間洪水的高度等因素進(jìn)行綜合性的考慮，最后將橋梁的標(biāo)高定下來，一般的橋梁標(biāo)高應(yīng)當(dāng)高于水面50cm。

3.斷面。

橋梁斷面根據(jù)橋梁總體確定，局部大跨徑根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，但需落實(shí)凈高能否滿足橋下凈空要求。

4.橫坡。

橫坡設(shè)置時(shí)采取保持梁高不變，箱梁整體起坡，支承處采取調(diào)整柱頂高程的辦法，在支承處設(shè)有調(diào)整梁底面水平的縱橫向楔塊。主橋與匝道橋應(yīng)連接圓順，并根據(jù)道路豎向設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)橫坡的過渡。

5.箱梁。

箱形截面梁頂、底板的中部厚度，不應(yīng)小于板凈跨徑的1/30，且不應(yīng)小于200mm.為滿足受力和布置鋼束的要求，箱梁的頂板厚度不宜小于220mm，底板厚度不應(yīng)小于200mm，中腹板厚度不宜小于400mm，邊腹板不宜小于470mm.曲梁邊腹板適當(dāng)加厚。標(biāo)準(zhǔn)段箱室凈距建議4～5米。當(dāng)腹板及底板寬度有變化時(shí)，其過渡段長度不宜小于12倍腹板寬度差，頂板不加厚（需加50×50cm腋角）。箱梁設(shè)進(jìn)風(fēng)孔、排風(fēng)孔，管材材料采用HDPE，外徑7cm，壁厚5mm，環(huán)剛度不小于5Kpa，施工時(shí)應(yīng)定位準(zhǔn)確，底板進(jìn)風(fēng)孔兼作排水口，頂面略低于梁底板頂面；腹板腋角下側(cè)設(shè)排風(fēng)孔。半徑小于240m的彎箱梁應(yīng)設(shè)跨間橫隔板，其間距不應(yīng)大于10m.

6.支座。

邊支座中心線至伸縮縫中心線的垂直距離根據(jù)支座大小和伸縮縫寬度確定：主橋縫寬<=10cm的，偏移量不小于0.55米；>10cm的偏移量不小于0.60米；匝道橋均偏移0.60米。立柱尺寸需按最大支座的實(shí)際尺寸復(fù)核。支座必須設(shè)支座墊石以利于后期養(yǎng)護(hù)、維修和更換支座；支座墊石豎向鋼筋直徑不小于16mm。支座類型按照計(jì)算結(jié)果提高一個(gè)等級(jí)選用。

（二）下部結(jié)構(gòu)比選

橋梁的支撐結(jié)構(gòu)為橋墩和橋臺(tái)。橋墩是多跨橋的中間支撐結(jié)構(gòu)。橋臺(tái)是橋梁兩端橋頭的支撐結(jié)構(gòu)，是道路與橋梁連接點(diǎn)，橋頭和橋墩都是由臺(tái)（墩）帽、臺(tái)墩身和基礎(chǔ)組成。橋墩的作用是支撐在它左右兩跨的上部結(jié)構(gòu)通過支座傳來的矗立力和水平力，由于橋墩建筑在江河之上。因此它還要承受流水壓力、水面以上的壓力和可能出現(xiàn)的水壓力、船只等的撞擊力。所以橋墩在結(jié)構(gòu)上必須有足夠的穩(wěn)定性。在布設(shè)上考慮橋墩與河水的相互影響，既水流沖刷橋墩和橋墩出水的問題，在空間上應(yīng)滿足通航和同車要求。具體橋梁建設(shè)時(shí)采用什么類型的橋墩。應(yīng)依據(jù)地質(zhì)、地形及水文條件。墩高、橋跨結(jié)構(gòu)要求及荷載性質(zhì)及大小，通航和水面漂浮物等，橋跨以及施工條件等因素綜合考慮。但是在同一座橋梁內(nèi)，應(yīng)盡量減少橋墩的類型。

（三）橋梁的分孔

對(duì)于橋梁的分孔應(yīng)當(dāng)進(jìn)行慎重的考慮，因?yàn)闃蛄憾纯椎亩嗌贂r(shí)與橋梁的造價(jià)以及建筑難度以及使用壽命直接相關(guān)的。在建筑之前首先要確保橋梁的使用壽命，而后在此基礎(chǔ)上對(duì)于橋梁的洞孔數(shù)進(jìn)行考慮。要考慮同時(shí)考慮建筑的難易程度以及造價(jià)的影響，盡量在確保將造價(jià)降到較低，同時(shí)不要選擇難度太高的施工方案。

（四）平面布置

橋梁的線形及橋頭引道要保持平順，使車輛能平穩(wěn)地通過，從橋本身經(jīng)濟(jì)性和施工方案來說，應(yīng)盡可能避免橋梁與河流成橋下路線斜交，故該橋應(yīng)采用正交。

（五）防水

橋面設(shè)計(jì)良好暢通的排水系統(tǒng)，是保持橋梁結(jié)構(gòu)不受或較少受水蝕的條件，但考慮水侵蝕的影響，除主梁外還會(huì)涉及蓋梁、墩柱、橋臺(tái)等，這些部位的防水設(shè)計(jì)也十分重要。比如蓋梁頂?shù)呐潘隆⑺袠蚨眨ㄌ貏e水位變動(dòng)區(qū)）等特殊部位。橋梁的防撞系統(tǒng)，是冬季除冰鹽水最易危害的部位，對(duì)這部分結(jié)構(gòu)的細(xì)致的耐久性設(shè)計(jì)是十分必要的，這不僅涉及防撞系統(tǒng)自身的耐久性，如前面提到的，它還涉及到與其相連接的主體結(jié)構(gòu)的耐久性。防撞護(hù)欄與主體結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)采用整體現(xiàn)澆，避免采用預(yù)制安裝的形式，防止安裝過程對(duì)橋面防水層的破壞以及預(yù)制塊導(dǎo)致的橋面至主體混凝土結(jié)構(gòu)的水通道。防撞護(hù)欄的自身抵抗氮離子侵蝕的考慮也是非常必要的。

參考文獻(xiàn)：

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