山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題討論

文/何國(guó)星，中煤科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院有限公司

基于山區(qū)的地貌地形及地質(zhì)情況，山區(qū)高速公路在連接方面存在較大的難題，科學(xué)合理的進(jìn)行高速公路橋梁設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。

1 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的主要特征

通常情況下，山區(qū)地理環(huán)境嚴(yán)重影響著該區(qū)高速公路橋梁的建設(shè)及設(shè)計(jì)。山區(qū)高速公路本身有著地形復(fù)雜、地質(zhì)復(fù)雜等特點(diǎn)，這是進(jìn)行高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題所在。施工前期應(yīng)該實(shí)施全面的實(shí)地調(diào)查，之后根據(jù)實(shí)地調(diào)查科學(xué)實(shí)施圖紙?jiān)O(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)中應(yīng)該嚴(yán)格保證橋梁施工的安全性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)工程質(zhì)量，保證后期運(yùn)營(yíng)安全；另外，設(shè)計(jì)過程應(yīng)該嚴(yán)格確保相關(guān)規(guī)范要求，具體施工過程針對(duì)技術(shù)和質(zhì)量的精度要求很高，所以工程師應(yīng)該精準(zhǔn)計(jì)算各項(xiàng)數(shù)據(jù)，盡可能降低誤差。

2 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

2.1 山區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題

橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與橋梁的施工質(zhì)量和使用性能密切相關(guān)。在實(shí)際施工中常采用的墩臺(tái)基礎(chǔ)形式有兩種：樁基礎(chǔ)和明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)通常用于地質(zhì)條件好，地質(zhì)穩(wěn)定、坡度較小的淺基礎(chǔ)橋梁位置。如果地質(zhì)過于松軟，承載能力比較低時(shí)，可以使用樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于保證單樁承載力，采用的控制指標(biāo)為摩擦樁的長(zhǎng)度；嵌巖樁采用的控制指標(biāo)有兩個(gè)：基巖強(qiáng)度和嵌巖深度。除此以外，由于山區(qū)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和地理環(huán)境極為復(fù)雜，必須根據(jù)具體的勘察結(jié)果來進(jìn)行橋梁的設(shè)計(jì)，并且需要盡可能不破壞附近的生態(tài)環(huán)境。

2.2 橋梁上部構(gòu)造設(shè)計(jì)問題

在山區(qū)橋梁實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般會(huì)采用的方式就是跨徑橋梁，這種方式設(shè)計(jì)的橋梁具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在具體的設(shè)計(jì)過程中，一是要將橋墩高度和橋梁主體跨徑之間的關(guān)系處理好，應(yīng)將主跨徑和墩高的比值控制在0.618-1的范圍里，考慮橋梁整體美感。在設(shè)計(jì)時(shí)更要考慮地形地勢(shì)起伏情況，科學(xué)選擇橋梁跨徑，嚴(yán)禁頻繁改變跨徑、墩高，可選擇20m和30m、30m和40m的橋梁組合式跨徑。二是要將橋梁上部構(gòu)造和整體橋梁平面曲線半徑的關(guān)系處理好，按照橋梁的平面曲線半徑的變化適當(dāng)變更橋梁內(nèi)外梁長(zhǎng)，在不改變梁長(zhǎng)的前提下科學(xué)加長(zhǎng)帽梁、封錨端，適當(dāng)加長(zhǎng)橋梁現(xiàn)澆連續(xù)斷面。

2.3 橋梁下部橋墩設(shè)計(jì)問題

針對(duì)高度比25m小的低矮橋墩，在設(shè)計(jì)時(shí)要選擇圓端形或矩形的薄板式橋墩、方柱或圓柱的柱式橋墩，而山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)多選擇柱式橋墩，原因在于柱式橋墩能更和諧地對(duì)接橋梁上部結(jié)構(gòu)，有更強(qiáng)的抗壓能力，薄板式橋墩則廣泛應(yīng)用于高速公路的互通式立交橋梁設(shè)計(jì)，使橋梁更美觀；針對(duì)高度為25m-40m的中高橋墩設(shè)計(jì)，適宜選擇厚板式實(shí)心橋墩，只是施工難度較大，不過橋墩整體能均勻受力；針對(duì)高度超過40m的橋墩設(shè)計(jì)，適宜選擇薄壁式空心橋墩。這就需要設(shè)計(jì)人員對(duì)山區(qū)高速公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)、墩高以及地形對(duì)施工的影響等因素進(jìn)行綜合考慮，優(yōu)化設(shè)計(jì)橋墩。

2.4 橋梁下部橋臺(tái)設(shè)計(jì)問題

在山區(qū)的高速公路中修建橋梁橋臺(tái)可以采用三種方式，分別是肋式臺(tái)、柱式臺(tái)以及重力式U型臺(tái)等。肋式臺(tái)填土的范圍低于12m，而且適用范圍也比較廣泛；而柱式臺(tái)填土的高度在5m內(nèi)，并且其聯(lián)長(zhǎng)低于150m；最后，重力式U型臺(tái)需要的填土范圍4至10m。按照《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》相關(guān)規(guī)定可知，U臺(tái)控制中填土的范圍是4至l0m，而U臺(tái)高度需要控制于10米內(nèi)。在山區(qū)橋梁中U臺(tái)特征是縱向、橫向的坡陡，因此，為了能夠更好地適應(yīng)地形情況，可以通過減少開挖的方式，從而有效節(jié)約山地圬工的方量，并U臺(tái)設(shè)計(jì)中增加合理的臺(tái)階。

2.5 曲線預(yù)制梁橋梁及梁板

山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)該合理遵循因地制宜原則，根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)環(huán)境，在曲線上的橋梁，能夠使用橋面鋪裝來調(diào)節(jié)平縱坡組合后橋面超高橫坡的影響，以最少處大于8cm，最大處小于13cm為限，下部蓋梁設(shè)計(jì)實(shí)施正做斜置的方法。一般情況下，山區(qū)高速公路橋梁項(xiàng)目基于施工環(huán)境特點(diǎn)，應(yīng)用預(yù)制結(jié)構(gòu)形式的橋梁最具有實(shí)用性。因?yàn)樯絽^(qū)地理環(huán)境的影響，高速公路橋梁結(jié)構(gòu)大多是曲線型結(jié)構(gòu)，所以經(jīng)常利用調(diào)整內(nèi)外梁片的懸臂長(zhǎng)度來完成曲線橋梁的上部設(shè)計(jì)，從而令曲線預(yù)制橋梁的設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理?？偟膩碚f，在實(shí)施山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該全面按照橋梁現(xiàn)實(shí)性、安全性、穩(wěn)定性及規(guī)范性等基本特征對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容實(shí)施科學(xué)修正完善。

2.6 橋梁防滑坡的設(shè)計(jì)問題

山區(qū)高速公路橋梁的防滑坡設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持預(yù)防為主、治理為輔的原則。在防滑坡設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先選擇減載、反壓、地面排水以及地下排水等易操作效果顯著的措施，盡量在旱季設(shè)計(jì)治理山區(qū)高速公路橋梁滑坡。另外要做好減載和反壓。減載和反壓都屬于土石方工程，其操作簡(jiǎn)單，但是為了避免在具體施工中出現(xiàn)質(zhì)量問題，要求減重的位置在牽引段和主滑段；反壓工程應(yīng)該填在抗滑段以下，同時(shí)保證自身穩(wěn)定和滑坡不越頂滑出。此外，目前在大型滑坡設(shè)計(jì)中廣泛運(yùn)用抗滑樁代替抗滑擋墻。應(yīng)當(dāng)注意選用抗滑樁，并且要求抗滑樁設(shè)計(jì)的中，最好選擇錨索抗滑樁，錨索長(zhǎng)度一般為30m-50m。除了設(shè)置抗滑樁之外，還可以設(shè)置兩根或三根組合形成排架樁、剛架樁。

2.7 鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)問題

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與建筑的質(zhì)量和穩(wěn)固性密切相關(guān)。鋼筋與結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度相關(guān)，混凝土與結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度相關(guān)，同時(shí)混凝土還起到保護(hù)鋼筋的目的。所以如果鋼筋和混凝土出現(xiàn)問題會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。鋼筋的問題主要體現(xiàn)在銹蝕方面，這一問題是因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)造成的，而引起電化學(xué)反應(yīng)的原因有很多，比如混凝土的材質(zhì)、外界環(huán)境、鋼筋自身的分子結(jié)構(gòu)等?；炷练矫孀钪饕捏w現(xiàn)就是自身性能的衰退，混凝土在使用中會(huì)受到各種外界因素的影響，進(jìn)而致使混凝土的成分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，出現(xiàn)開裂、膨脹、變形等情況。在當(dāng)下常使用的保護(hù)方式有以下幾種：電化學(xué)保護(hù)、為鋼筋涂抹防銹劑、在混凝土外層涂抹保護(hù)劑、使用高性能混凝土等等。

3 結(jié)語(yǔ)

總的來說，山區(qū)的地形及自然條件相對(duì)較為復(fù)雜，因此山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)工作難度很高，在設(shè)計(jì)中要重視山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問題。

[1]蔡昌明.探討山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的問題[J].黑龍江交通科技，2014.