城市高架橋梁的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與要點(diǎn)

馮英

摘要：隨著我國(guó)城市化大力發(fā)展，各類資源在城市高度集中，城市交通基礎(chǔ)設(shè)施也需要不斷完善以滿足人們出行和物資運(yùn)輸需求。髙架橋梁充分利用了城市空間資源，是城市交通運(yùn)輸重要平臺(tái)。由于城市用地緊張，建筑物復(fù)雜，路線的規(guī)化與常規(guī)公路工程顯著不同，高架橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮諸多因素。

關(guān)鍵詞：高架橋梁;下部結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)方法;要點(diǎn)

一、橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)

（一）柱基的計(jì)算

工程當(dāng)中的柱基通常都是按照群樁來進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)使用“m”法。計(jì)算柱基的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)恒載、活載、制動(dòng)力、支座摩阻力及溫度力最為不利的結(jié)合進(jìn)行嚴(yán)格的檢算，并對(duì)墩身的強(qiáng)度與裂縫寬度相應(yīng)的驗(yàn)算工作。

（二）蓋梁縱向的計(jì)算

在對(duì)普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的橋墩來說，其蓋梁縱向鋼筋的抗彎配筋行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，一般能夠使用平面桿系有限元的軟件來對(duì)其計(jì)算。在有關(guān)計(jì)算的過程當(dāng)中運(yùn)用縱向抗剪設(shè)計(jì)，記錄有關(guān)剪力方面的數(shù)據(jù)，然后再按照高架橋梁的有關(guān)要求來對(duì)斜筋及箍筋的進(jìn)行配備普通鋼筋，最后檢驗(yàn)是否能夠達(dá)到有關(guān)規(guī)范的要求。

（三）蓋梁橫向的計(jì)算

雙柱式的預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁主要是為了確保預(yù)應(yīng)力鋼束可以有彎起的高度，因此梁截面通常運(yùn)用倒T的鋼束布置形式，如此能夠使得橋梁截面的高度得到相應(yīng)的提升，還可以節(jié)省混凝土的用料。從蓋梁底部伸出的墩柱部位是蓋梁截面相對(duì)而言較為薄弱的部位，對(duì)該部位應(yīng)當(dāng)展開全方位的驗(yàn)算工作，并進(jìn)行配筋加強(qiáng)處理。

（四）墩柱和承臺(tái)的計(jì)算

針對(duì)墩柱橫縱向截面來說，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度與裂縫寬度進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算。墩柱作為產(chǎn)生偏心受壓的物體，若墩柱的高度相對(duì)較高時(shí)，則需要對(duì)縱向彎曲系數(shù)所致使的偏心增大系數(shù)進(jìn)行考慮。在具體的施工當(dāng)中，因?yàn)槭艿浆F(xiàn)場(chǎng)施工條件的約束，使墩柱遭受了巨大的彎矩，特別是高架橋梁的上部結(jié)構(gòu)的跨徑度較大時(shí)，則需要運(yùn)用某些臨時(shí)措施，如在墩柱的附近搭建滿堂鋼管支架。除此之外，針對(duì)承臺(tái)的橫縱向截面來說，針對(duì)強(qiáng)度與裂縫寬度的驗(yàn)算也是十分重要的，承臺(tái)是由墩柱結(jié)構(gòu)傳下來的承載力用于驗(yàn)算，通常彎矩取樁截面的中心位置至墩柱結(jié)構(gòu)邊緣位置的距離。

二、城市軌道交通高架橋梁設(shè)計(jì)荷載的特點(diǎn)

（一）軌道對(duì)橋梁的荷載作用

由于軌道發(fā)生變形，導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生了斷軌力、撓曲力及伸縮力等荷載。其中，斷軌力是由于長(zhǎng)鋼軌發(fā)生折斷，導(dǎo)致鋼軌和橋梁發(fā)生相對(duì)位移而生成的縱向力;撓曲力指的是在豎向荷載的作用之下，橋梁和鋼軌發(fā)生撓曲的時(shí)候，二者間存在錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)，進(jìn)而生成的縱向力;伸縮力則是因?yàn)槭艿綔囟茸兓挠绊懚率逛撥壆a(chǎn)生了相對(duì)位移，進(jìn)而受到橋梁的束縛而產(chǎn)生的縱向力。由于鋼軌對(duì)高架橋梁產(chǎn)生的作用力均為通過橋梁的軸向力施加于橋墩之上的，因此在對(duì)橋梁墩臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)該種縱向力所產(chǎn)生的作用加以計(jì)算分析。軌道對(duì)于橋梁的產(chǎn)生作用力主要是因?yàn)殇撥壍慕Y(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的，以往運(yùn)用多接頭短軌軌道這一結(jié)構(gòu)時(shí)，該種力的作用便相對(duì)較小。對(duì)于軌道縱向力，在《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2013）、《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002-2017）等規(guī)范中有相應(yīng)的計(jì)算方法。

（二）列車荷載

對(duì)于城市軌道交通的列車荷載而言，其主要特點(diǎn)為：對(duì)荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)按照具體使用的車輛及有可能形成的最大軸重來進(jìn)行嚴(yán)格的檢算，即使用不同的軸數(shù)、軸距和車型，其設(shè)計(jì)的荷載通常是不一樣的。相較于軌道交通高架橋梁的設(shè)計(jì)荷載，鐵路橋梁的荷載更大。就干線鐵路來說，主要考慮的是客貨的混跑，運(yùn)用的主要為ZKH荷載形式（中一活載），這屬于一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)化的荷載。對(duì)這種荷載形式來說，不僅需要對(duì)已經(jīng)消逝的某種系列荷載進(jìn)行相應(yīng)的模擬，同時(shí)還需要對(duì)設(shè)計(jì)荷載的未來發(fā)展趨勢(shì)給以分析，因此相較于當(dāng)前實(shí)際的運(yùn)營(yíng)荷載而言，活載要大得多。而對(duì)于公路荷載而言，因?yàn)檐囕v本省具備多樣性，車輛行駛過程中的車距、及其軸距與軸重都是隨機(jī)的。就中小跨度的橋梁而言，軸距、軸重以及排列相對(duì)較為規(guī)律的荷載也是致使橋梁發(fā)生豎向振動(dòng)的主要因素。

三、下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與要點(diǎn)

（一）橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法與要點(diǎn)

城市環(huán)境修建高架橋梁，必然對(duì)周邊居民生產(chǎn)和生活造成一定程度的影響，為了盡量減少這種影響所造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)避免橋梁基礎(chǔ)施工對(duì)周邊市政基礎(chǔ)設(shè)施和建筑結(jié)構(gòu)的影響，應(yīng)該首先選擇較好的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，然后在施工中進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和控制。城市髙架橋梁采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式可以盡量減少施工噪聲污染，鉆孔樁打人過程中需要選擇樁打入的方式，避免打入過程中過大的環(huán)境噪聲。同時(shí)選擇適宜的循環(huán)方式進(jìn)行？清洗和渣土運(yùn)出，廢土應(yīng)該運(yùn)輸?shù)街付▍^(qū)域堆積，避免造成高邊坡失穩(wěn)問題。橋梁基礎(chǔ)施工過程中，需要對(duì)周邊重要建筑進(jìn)行觀測(cè)，避免基礎(chǔ)施工影響地下巖土特性，使周圍區(qū)域出現(xiàn)沉陷而產(chǎn)生不良影響。要跟蹤監(jiān)測(cè)施工過程，出現(xiàn)相關(guān)問題，及時(shí)尋找原因、進(jìn)行解決，這是橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要考慮的重點(diǎn)之一。

（二）橋墩的設(shè)計(jì)方法與要點(diǎn)

髙架橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要體現(xiàn)在橋墩的設(shè)計(jì)構(gòu)造上，橋墩結(jié)構(gòu)型式會(huì)影響占地面積。目前，橋梁結(jié)構(gòu)中主要采用樁柱式橋墩。這類橋墩對(duì)下部占地面積大，且橋墩之間的土地受到很大的影響，如果下部是道路結(jié)構(gòu)，則往往樁柱式橋墩沒法提供足夠的橋下凈空，使得橋梁與道路或者其它橋梁的穿插存在問題。但是，樁柱式橋墩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備足。另外，一種目前高架橋梁建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛的是花瓶式橋墩或接近獨(dú)柱的橋墩。這類橋墩占用土地面積小，因此，可以極大地利用下部空間，在施工中對(duì)下部土地和空間的影響也更小。但此類橋梁存在橫向穩(wěn)定問題，目前多座橋梁坍塌都是這種接近直線的獨(dú)柱式橋墩的橋梁培±易。從上述分析來看，對(duì)于橋墩的設(shè)計(jì)需要兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全，同時(shí)考慮環(huán)境保護(hù)效益，結(jié)合特定項(xiàng)目的具體特點(diǎn)選擇最適宜的設(shè)計(jì)解決方案。

（三）下部結(jié)構(gòu)的生態(tài)景觀設(shè)計(jì)

隨著生態(tài)景觀設(shè)計(jì)理念的影響，作為城市重要基礎(chǔ)設(shè)施和風(fēng)景線的高架橋梁，其生態(tài)景觀設(shè)計(jì)也越來越受關(guān)注。城市高架橋梁下部結(jié)構(gòu)的生態(tài)景觀設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在橋墩造型和照明綠化等方面。橋墩造型可以采用多種型式，例如板式、Y形和花瓶式。板式橋墩通過具有各種棱角外形體現(xiàn)層次感，一方面具有較好的抗彎和抗扭性能，能夠抵抗荷載作用，具有較好的安全性;另一方面，棱角使得橋墩具有剛勁有力的美感?；ㄆ渴交蛘吡骶€形構(gòu)造使得橋墩具有柔性美感，使得橋墩不至于突兀而與周邊環(huán)境具有較好的過渡。Y形橋墩則是輕型構(gòu)造型式，保障了上部結(jié)構(gòu)的橫向雙點(diǎn)支撐，提髙了橫向穩(wěn)定性，同時(shí)，下部通過單墩柱與基礎(chǔ)連接，節(jié)省了下部用地空間，具有輕型美觀特點(diǎn)。上述橋墩構(gòu)造型式都在城市髙架橋梁中設(shè)計(jì)使用，具體采用何種構(gòu)造型式，需要結(jié)合高架橋梁周邊環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行確定。照明、綠化也是城市高架橋梁重點(diǎn)。由于城市用地緊張，因此綠化面積可能較小，可以通過在橋墩位置設(shè)置藤蔓型植物，使得藤蔓生長(zhǎng)在橋墩上，一方面可以避免橋墩突兀造型影響城市道路美觀，另一方面通過綠化可以很好地過渡，不僅提供下部舒適空間，還能通過綠化植物凈化城市空氣，再結(jié)合照明設(shè)施，使得髙架橋墩在夜晚具有很好的風(fēng)景，成為城市亮麗風(fēng)景線之一。

四、結(jié)語：

綜上所述，城市軌道交通中的高架橋梁作為一道十分獨(dú)特的風(fēng)景線，而對(duì)此類橋梁設(shè)計(jì)而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與美觀設(shè)計(jì)均是十分重要的，這兩種設(shè)計(jì)直接影響著高架橋梁的視覺效果和利用成效。所以，在設(shè)計(jì)城市軌道高架橋梁的過程當(dāng)中，不僅需要考慮到視覺上的協(xié)調(diào)，還需要對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為重視，如此方可使高架橋梁的施工和后期維護(hù)得到更好的保障。

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