高速公路橋梁設(shè)計的要點(diǎn)分析

丁晗

中設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司 江蘇 南京 210014

高速公路作為國內(nèi)交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)建設(shè)命脈，設(shè)計質(zhì)量已成了重中之重，尤其是城市化的不斷發(fā)展，普通公路已不能滿足人民的日常需求，高速公路的建設(shè)成了眼前當(dāng)務(wù)之急的任務(wù)，而其中也伴隨著較為嚴(yán)峻的考驗，如果出現(xiàn)問題，所帶來的危害是最為巨大的，尤其體現(xiàn)在人民生命安全與巨額資金的維護(hù)和保養(yǎng)。因此，在橋梁設(shè)計方面，因地制宜，充分認(rèn)識到橋梁設(shè)計的特點(diǎn)與要求，設(shè)計出適宜的橋梁結(jié)構(gòu)，降低在運(yùn)營期間內(nèi)多帶來的各種安全隱患，保證最大利益的運(yùn)營化。

1 高速公路橋梁設(shè)計的要點(diǎn)分析

橋梁設(shè)計方面包含了結(jié)構(gòu)選型、材料選型、施工方法等，根據(jù)橋梁各個結(jié)構(gòu)將從以下幾個方面來仔細(xì)分析。

（1）橋面設(shè)計

橋面鋪裝形式較為多樣，鋼與混凝土是如今采用較為廣泛的鋪裝形式，應(yīng)該注意到，不同的鋪裝形式應(yīng)該結(jié)合實際的橋梁結(jié)構(gòu)來選擇，否則容易造成多樣化的病害，帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。例如：當(dāng)水泥混凝土橋采用瀝青混凝土鋪裝層時，應(yīng)采用雙層式瀝青硂鋪裝，瀝青總厚度為9-10cm，目前多采用4-6cm瀝青混凝土，橋面鋪裝采用較多的鋪裝形式，例如某高速橋梁工程就是使用該鋪裝模式。但由于瀝青混合材料的不穩(wěn)定性，鋪裝內(nèi)部產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，使橋面發(fā)生了形狀變化，還有伴隨著溫度的變化，造成了橋面鋪裝層的開裂所產(chǎn)生的裂縫。在雨水沖刷后，使鋪裝里表層出現(xiàn)唧漿，混合料形成槽坑，破壞了橋面結(jié)構(gòu)的完整性。同時，由于混凝土的變異系數(shù)較大，施工層厚度不均勻，因此，對瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土橋面鋪裝，要從材料性能、防排水等方面精心設(shè)計，使瀝青與混凝土面板黏結(jié)牢固，防水滲水，耐溫開裂的良好性能，并盡可能的優(yōu)化改善，在實踐中得出最完美的設(shè)計。

（2）防撞護(hù)欄設(shè)計

由于高速公路行車速度快，行車密度大，防撞護(hù)欄是安全設(shè)施的組成部分，防止行車事故起著重要的作用。然而設(shè)計不當(dāng)?shù)穆穫?cè)防護(hù)欄將成為一個極為危險的障礙物，對行駛車輛構(gòu)成極為嚴(yán)重的威脅，而根據(jù)碰撞后的變形程度，將護(hù)欄分為剮性護(hù)欄、半剛性護(hù)欄、柔性護(hù)欄，剮性護(hù)欄碰撞后幾乎不變形，但對車輛和乘員的危害較大，半剛性護(hù)欄剛?cè)嵯嚅g，具有鞍強(qiáng)的吸收碰撞的能力，對車輛和乘員傷害較小，柔性護(hù)欄碰撞后，變形較大，因此對車輛和乘員傷害較小，但考慮到以下性能：

第一、防淹性能，必須能夠阻擋失控車輛轉(zhuǎn)向，阻止車輛失控越出路外或使改變行駛方向，滿足我國公路實際情況，確保失控車輛不會越出、沖斷護(hù)欄。

第二、變形，失控車輛撞擊護(hù)欄的最大動態(tài)不應(yīng)超過護(hù)欄與被防護(hù)之間容許的變形距離，如果間距較大則可對車輛與乘員造成的傷害較小，大多數(shù)護(hù)欄可通過增加立柱或者增加擋板的強(qiáng)度來提高整體強(qiáng)度。

第三、現(xiàn)場條件，根據(jù)現(xiàn)場條件和選擇相對應(yīng)的防撞護(hù)欄，因地制宜，保證了乘員與車輛的危害減少。

第四、維護(hù)成本，護(hù)欄的建設(shè)伴隨著防撞等級的增加而減少維護(hù)成本。

護(hù)欄合理設(shè)計對車輛、乘客的安全有著重要的作用，充分掌握護(hù)欄的防撞機(jī)理，才能靈活應(yīng)用規(guī)范設(shè)計。

（3）主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

主梁結(jié)構(gòu)是承受荷載橋梁上部結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員應(yīng)對各種橋梁全面的認(rèn)識，從經(jīng)濟(jì)投入方面、橋梁使用病害，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境、施工方法與運(yùn)營要求，選擇合理的橋梁結(jié)構(gòu)形式。

比如：鋼筋混凝土箱型拱橋，箱型拱橋截面挖空率大，與板拱相比可大量減少圬工體積，減輕重量，節(jié)省上下部結(jié)構(gòu)的造價，抗彎和抗扭剛度大，拱圈的整體性好，受力分布均勻，但是施工要求高，吊裝設(shè)備較多。而連續(xù)剛構(gòu)橋是指墩梁固結(jié)的連續(xù)梁橋。分主跨為連續(xù)梁的多跨剛構(gòu)橋和多跨連續(xù)-剛構(gòu)橋，均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，有兩個以上主墩，采用墩梁固結(jié)體系，具有T形鋼構(gòu)橋和連續(xù)梁橋的優(yōu)點(diǎn)。具有較大的跨越能力，且無須設(shè)置大噸位支座，伸縮縫較少，行車平順、通暢、安全，養(yǎng)護(hù)簡單，抗震能力強(qiáng)，如：廣東虎門大橋輔航道橋，該橋已運(yùn)營超過6年，狀況良好，尚未出現(xiàn)任何裂縫。隨著橋梁設(shè)施水平的不斷提高，對混凝土收縮、徐變和溫度等因素引起的變化，采用主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)合理選擇。

（4）墩柱結(jié)構(gòu)設(shè)計

墩柱，即土木工程中用于承載上部結(jié)構(gòu)物的下部承重物。墩柱截面多為圓形，也有橢圓形、方形、曲線形、拋物線形等異性墩柱。其在高速公路橋梁建設(shè)工程中是重要的組成部分，墩柱的設(shè)計方式有兩種，第一種是雙柱式橋墩，這種橋墩安全性較高，受力均勻，比如：某城市某大橋是2015年全市重點(diǎn)建設(shè)項目，也是該城市重點(diǎn)交通工程，它是采用雙柱式橋墩，另一種，因為下方空間有限的條件下采用獨(dú)柱式橋墩，這種橋墩橫向扭性較差，因此，合理選擇尤為重要。

路基呈現(xiàn)多種方式：整體式路基、分離式路基，為了減少占地、保護(hù)環(huán)保、景觀優(yōu)美的理念與想法，一般大部分都采用分離式路基。然而平時常見的隧道也是采用這種方法，除了一些極少數(shù)的，大部分高速公路建設(shè)還是采用整體式路基。

整體式下構(gòu)帽梁跨度較大，還考慮到雙車行駛時所導(dǎo)致的扭矩影響，究竟是采用整體式下構(gòu)還是分離式下構(gòu)，需要結(jié)合實際，比如：水文地理、墩高等方面的因素來決定所選擇。

（5）支座設(shè)計

橋梁支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)部件。它能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力和變形（位移和轉(zhuǎn)角）可靠的傳遞給橋梁下部結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)的實際受力與計算的理論圖式相符合。支座設(shè)計方面秉承著承載的性能，考慮上部結(jié)構(gòu)水平的穩(wěn)定性，消除支座所帶來的危害。對于連續(xù)橋梁，一定要在中間部位設(shè)置固定支座，來保證提高橋梁的穩(wěn)定性，同時在橋臺與橋墩的其他位置設(shè)置一些滑動支座，來保證橋梁的受力均勻，防止橋梁受力問題所導(dǎo)致的傾覆，同時，在選擇不同的橋梁時，一定要合理的增加支座，優(yōu)化整個橋梁建設(shè)[1]。

2 橋梁設(shè)計應(yīng)和環(huán)境相融合

橋梁設(shè)計應(yīng)該與環(huán)境相融合，考慮地質(zhì)和當(dāng)?shù)丨h(huán)保的影響，并考慮到適當(dāng)?shù)臉蛄夯A(chǔ)建設(shè)方案，從而提高橋梁設(shè)計水平。

橋梁設(shè)計要遵循“適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、環(huán)?！钡幕驹瓌t。在隨著經(jīng)濟(jì)的增長，人民的精神需求越來越高，美觀與環(huán)保也越來越受到關(guān)注。橋梁設(shè)計在注重安全性、舒適性、耐久性的同時，也應(yīng)該注入美觀性、環(huán)保性、人文性等，在保證橋梁使用功能的前提下，不破壞自然環(huán)境，使橋身與自然環(huán)境融為一體，維持自然風(fēng)貌，保護(hù)動物，維持生態(tài)平衡，還要考慮到地區(qū)的民風(fēng)、民俗，橋梁的設(shè)計工作不僅是對工藝的要求，還是對設(shè)計人員的藝術(shù)思維的考驗[2]。

3 抗震安全性

為了保證中小橋梁的抗震安全，主要應(yīng)該從減震措施著手。（1）整體性

整體性要好，上部結(jié)構(gòu)盡可能保持連續(xù)性，可以防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時被震落的危險，同時，各個方面一定要均勻布置，合理布置，避免突然的變化。

（2）提高構(gòu)件的強(qiáng)度與延性

構(gòu)件的強(qiáng)度決定了橋梁主體的抗震安全性，震動能量的大小從地基傳入，因此，設(shè)計時地基的強(qiáng)度大可以減少震動的危害，構(gòu)件的強(qiáng)度、延性、剛度等方面性能的突出，更加能避免震動所導(dǎo)致的后果，同時，只重視強(qiáng)度，而忽視延性，絕對不是一個良好的抗震的設(shè)計，相輔相成，保證高速公路橋梁的安全性。

（3）多道抗震設(shè)計

采用合理的抗震設(shè)計體系，必須重視抗震結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，在一個抗震結(jié)構(gòu)體系中，一部分吸收了抗震所帶來的作用下，充分消耗了與吸收了抗震的能量，而其他一道、兩道、三道等看到防線依次消耗抗震能量，從而達(dá)到橋梁的抗震安全性[3]。

4 橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性近幾年發(fā)生了很多的變化，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)分為多種方式呈現(xiàn)，獨(dú)柱墩采用了單一的支撐方式，缺乏橫向的扭轉(zhuǎn)性能，車輛在一邊行駛會導(dǎo)致另一邊受力不均勻的狀態(tài)下坍塌損壞，容易造成巨大的災(zāi)害，如果一定要采用獨(dú)柱，則需要采用中間設(shè)置一定的支座，保證其穩(wěn)定性提高。其次，應(yīng)該采用雙柱，保證了支撐橋梁主體能夠受力均勻，防止支座橫向偏移所帶來的危害，尤其是針對有曲線橋梁和直線橋梁兩類型的，可以設(shè)置一些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)模式，讓整個橋梁主體結(jié)構(gòu)更加的偏向穩(wěn)定化，更加有效率的運(yùn)營。

5 結(jié)束語

隨著我國橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，精細(xì)化的設(shè)計可以有效降低運(yùn)營期間的各種養(yǎng)護(hù)和管理費(fèi)用，是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢所在。上文詳細(xì)介紹了高速公路橋梁建設(shè)中設(shè)計時各個要點(diǎn)問題，包含了橋面設(shè)計問題、防撞護(hù)欄、主梁結(jié)構(gòu)、墩柱結(jié)構(gòu)，支座結(jié)構(gòu)、環(huán)境方面，安全性，穩(wěn)定性等方面進(jìn)行了細(xì)致討論，給出了設(shè)計解決對策。

[1] 周智海.城區(qū)高速公路擴(kuò)建工程中央分隔帶護(hù)欄研究[J].公路交通技術(shù),2015,(2):127-133.

[2] 唐波.山區(qū)高速公路橋梁施工難點(diǎn)及管理方法[J].交通世界(中旬刊),2017,(5):118-119.

[3] 高青林.高速公路橋梁拼接施工技術(shù)的應(yīng)用[J].四川建材,2017,(9):182,222.