試論山區(qū)公路橋梁特征及其設(shè)計(jì)對(duì)策

姚愛平

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路建設(shè)作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性工程取得了較快的發(fā)展。近年來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)山區(qū)公路建設(shè)的投入力度，進(jìn)一步促進(jìn)了西南地區(qū)的交通建設(shè)。本文結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了山區(qū)公路橋梁工程橋位的勘察和梁橋的設(shè)計(jì)，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū);公路橋梁;勘察設(shè)計(jì)

在山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計(jì)中，由于受到復(fù)雜地形及地質(zhì)的影響，公路路線的布設(shè)存在較大的難度，導(dǎo)致路線出現(xiàn)平曲線較大、平面半徑過(guò)小的現(xiàn)象，而且需要修建較多的擋土墻，這就直接增加了山區(qū)公路橋梁中的彎坡橋及墩臺(tái)，因此在工程設(shè)計(jì)中一定要充分考慮實(shí)際地形地質(zhì)情況，針對(duì)每個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題采取有效措施，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的工程，從而提高公路橋梁的質(zhì)量。

1山區(qū)公路橋梁的橋位勘察

1.1對(duì)施工條件進(jìn)行勘察

通常在進(jìn)行公路設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)要求道路呈線性分布，但是在山區(qū)公路橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于受到山區(qū)地形復(fù)雜性的影響，再加上不同路段上的地質(zhì)結(jié)構(gòu)各不相同，因此橋梁工程結(jié)構(gòu)一般都會(huì)處于一些雞爪溝或山凹等地段中，極大地受到了山體垮塌、泥石流等自然災(zāi)害的威脅，這就加大了山區(qū)公路橋梁工程設(shè)計(jì)的難度。而隨著公路勘測(cè)技術(shù)水平的不斷提高，在對(duì)山區(qū)地形進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)時(shí)，一般都會(huì)先測(cè)繪出地形圖，然后從地形圖中確定所需要的線，并根據(jù)這些線開展實(shí)地調(diào)查工作，以此來(lái)確保公路測(cè)設(shè)工作的順利進(jìn)行。

1.2橋位的勘測(cè)

結(jié)合測(cè)繪地形圖，根據(jù)定線畫出橋梁的平面以及縱面圖，并結(jié)合這兩幅圖展開實(shí)地防線的設(shè)置工作，對(duì)整個(gè)橋梁的沿線進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，勘察并測(cè)量橋梁所在位置的橫斷面以及縱斷面所對(duì)應(yīng)的地面線，尤其是要找出地形變化點(diǎn)，充分了解橋梁工程修建位置上的地形、地貌以及地質(zhì)特點(diǎn)，選擇合適的墩臺(tái)位置，設(shè)置具體的跨徑大小以及凈空界限等。

1.3橋位的測(cè)設(shè)

結(jié)合橋梁路線的平面、縱斷方案以及實(shí)地調(diào)查中所獲得的各種資料，開展橋位初始階段的設(shè)計(jì)工作，合理確定橋梁的跨徑大小以及具體的分孔數(shù)目。在布置橋位的過(guò)程中，要防止施工建設(shè)對(duì)山體造成較大的擾動(dòng)，避免出現(xiàn)壓縮河床，并且要在溝底或水中設(shè)置墩臺(tái)。在完成橋位的布置工作以后還要再進(jìn)行一次放樣檢查。

1.4橋位的鉆挖勘探

選擇好橋梁墩臺(tái)的具體位置以后，要求對(duì)施工場(chǎng)地的地質(zhì)進(jìn)行鉆挖勘探，詳細(xì)了解施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況，與此同時(shí)要根據(jù)鉆挖勘探所得出的數(shù)據(jù)，繪制出相應(yīng)的地質(zhì)剖面圖，以此作為橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要依據(jù)。

1.5開展施工調(diào)查工作

對(duì)影響橋梁工程施工的相關(guān)因素進(jìn)行全面調(diào)查，例如工程施工中所使用的各種材料的來(lái)源、沙石水泥的供應(yīng)情況等，并充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況展開橋梁建設(shè)，將工程造價(jià)成本控制在最合理的范圍內(nèi)。與此同時(shí)，還要合理選擇施工場(chǎng)地，不得占用農(nóng)田，盡量減少管線及建筑物等的拆遷量，避免造成不必要的損失。

2 山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循的幾大原則

2.1建設(shè)成本最低原則

山區(qū)公路橋梁工程中，在確保工程施工質(zhì)量以及工程竣工后使用安全的前提下，應(yīng)該采取一切措施降低工程成本，這一原則即為建設(shè)成本最低原則。而為了有效降低橋梁造價(jià)，首先要從優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)開始，根據(jù)橋梁工程的現(xiàn)場(chǎng)情況，充分利用各種施工材料，盡可能的降低造價(jià)，并選擇最佳的橋梁結(jié)構(gòu)形式，采取最合適的施工方案，將工程造價(jià)控制在最低范圍內(nèi)。

2.2環(huán)境保護(hù)原則

在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，一定要嚴(yán)格遵循環(huán)境保護(hù)原則，充分考慮是否需要破壞橋梁施工位置上的地質(zhì)構(gòu)造、是否需要大量砍伐樹木以及占用大量農(nóng)田等。然后根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件合理選擇橋梁建設(shè)的位置，盡可能的減少山體開挖的工程量，避免破壞當(dāng)?shù)刂脖?，通過(guò)采用科學(xué)合理的施工方案，將保護(hù)周邊自然環(huán)境這一任務(wù)放在工程建設(shè)的重要位置上。

2.3嚴(yán)格遵循橋梁建設(shè)中相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

由于橋梁工程的施工質(zhì)量以及具體的使用壽命會(huì)受到橋梁設(shè)計(jì)情況的直接影響，而且橋梁設(shè)計(jì)方案是否嚴(yán)格按照國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定還決定著整體工程的施工效果，因此在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)一定要嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，盡可能的滿足橋梁建設(shè)行業(yè)規(guī)范的相關(guān)要求，做好橋梁工程的設(shè)計(jì)工作，合理運(yùn)用新產(chǎn)品、新技術(shù)，確保工程施工的安全性。

3山區(qū)公路橋梁的主要特征

在山區(qū)公路橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中，路線的布設(shè)主要具有下述幾個(gè)特征：具有較大的平曲線比例及縱坡坡度，具有相對(duì)較小的曲線半徑以及較多的半邊橋和高檔橋等。這些特點(diǎn)決定了山區(qū)公路橋梁會(huì)采用較多的墩臺(tái)形式及小半徑彎坡橋梁。因此，在山區(qū)公路橋梁的設(shè)計(jì)中，首先要綜合考慮橋梁建設(shè)位置上的地形、地質(zhì)條件，充分解決其與橋梁結(jié)構(gòu)以及每個(gè)施工細(xì)節(jié)之間存在的問(wèn)題。

4山區(qū)公路橋梁的具體設(shè)計(jì)情況

4.1上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（1）有效處理跨徑和墩高之間的關(guān)系。根據(jù)橋梁的美觀性，要求將橋梁跨徑和墩高的比值嚴(yán)格控制在0.618～1之間，通過(guò)實(shí)際考察發(fā)現(xiàn)，這一比值范圍可以滿足橋梁的經(jīng)濟(jì)性。另外，由于山區(qū)地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此需要在確定跨徑時(shí)不能僅僅考慮墩高這一因素，還要充分考慮當(dāng)?shù)氐牡匦吻闆r。而如果墩高的變化幅度也比較大，那么在實(shí)際施工中可以將組合跨徑確定在20～30m或30～40m之間;另外如果施工中有多個(gè)跨徑方案可以選擇，那么就需要根據(jù)橋梁上下結(jié)構(gòu)的完整程度以及橋梁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性來(lái)選擇最佳方案。（2）合理設(shè)置彎梁橋的橫坡。在橋梁建設(shè)中，為了盡可能的滿足行車的舒適度要求，在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)橫斷面時(shí)，適當(dāng)?shù)奶岣邩蛎嫱饣?cè)，確保其能夠向內(nèi)弧側(cè)進(jìn)行傾斜。而通常在設(shè)置橫坡時(shí)能夠采用的方法有下述兩種：第一種方法是將橫斷面上的每一根梁肋都設(shè)置成不等高的，第二種則是將橫梁斷面設(shè)置成等高的，確保其能夠向內(nèi)弧側(cè)進(jìn)行傾斜，而在采用第二方法時(shí)還需要將墩的蓋梁也設(shè)置成傾斜的，同時(shí)在梁底設(shè)置楔形墊塊確保支座的受力平衡。（3）橋梁結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)。針對(duì)全剛性結(jié)構(gòu)體系，由于存在較多的多跨橋梁，并且墩高差距較大，所以可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整梁的線剛度，有效調(diào)節(jié)橋墩的受力情況。另外由于橋墩的尺寸種類較多、美觀性較差、施工工序相對(duì)來(lái)說(shuō)較為復(fù)雜，這就降低了全連續(xù)結(jié)構(gòu)橋梁使用過(guò)程中的行車舒適度，加大了墩臺(tái)尺寸和墩臺(tái)發(fā)生的水平位移。除此之外，大縱坡長(zhǎng)橋在受到長(zhǎng)期的荷載作用后會(huì)逐漸出現(xiàn)梁體向下坡滑動(dòng)的現(xiàn)象，再加上全連續(xù)結(jié)構(gòu)中一般都會(huì)采用橡膠支座連接上下結(jié)構(gòu)，因此大縱坡長(zhǎng)橋的下滑趨勢(shì)將會(huì)打破橋梁的受力平衡，從而引起梁體的開裂?；诖?，為了確保橋梁行車舒適性，盡可能的延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，需要根據(jù)橋梁所在位置的地形、地質(zhì)條件，把墩高較高、相鄰部位墩高差距較小的幾個(gè)橋墩全部固結(jié)起來(lái)，使其能夠柔性的承受水平力。

4.2下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4.2.1橋墩的設(shè)計(jì)

在山區(qū)公路橋梁中，墩高一般都會(huì)比較高，這就要充分考慮橋梁具有的穩(wěn)定性。而通過(guò)大量的試驗(yàn)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，如果實(shí)心截面的高度超出了40m，就需要將墩高控制在50m以內(nèi);而如果橋墩高度在50m以上，那么則需要采用空心薄壁的墩截面;但是在采用了空心薄壁墩的情況，如果墩高超出了65m，就應(yīng)該考慮順橋向放坡，以此來(lái)減小寬尺寸施工。但是在實(shí)際施工中施工方通常都會(huì)為了提高橋梁的穩(wěn)定性而不斷的增加帽梁和墩柱的尺寸，造成了極大的浪費(fèi)。所以，在墩高小于40m時(shí)，可以將橋墩設(shè)計(jì)成柱式墩或者變截面T墩，當(dāng)墩高小于30m時(shí)，則可以將其設(shè)計(jì)成柱式橋墩。柱式橋墩一般包括兩種，一種為方柱墩，另一種為圓柱墩，其中外觀質(zhì)量較好控制的為圓柱墩，而且在將圓柱墩和樁基銜接的過(guò)程中難度較小。不過(guò)從橋梁的美觀性來(lái)看，選擇方柱墩可以形成更加協(xié)調(diào)美觀的視覺效果，并且從受力上來(lái)看，對(duì)于相同截面積的方柱和圓柱，方柱具有較大的抗彎剛度，對(duì)于調(diào)節(jié)橋墩的受力情況有著較好的效果。不過(guò)，方柱也存在一個(gè)較為明顯的缺陷，那就是在施工中需要采用樁帽確保其與樁基之間的連接良好，這就加大了工程的施工量。

通過(guò)上文所述我們可以看出，方柱和圓柱各有優(yōu)勢(shì)，并且也都存在一定的缺陷，因此在橋梁工程設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要充分考慮橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)的地形、地貌及地質(zhì)情況，結(jié)合橋梁的上部結(jié)構(gòu)、橋梁的美觀性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性等各方面的因素，合理選擇墩柱的形式。

4.2.2橋臺(tái)

山區(qū)公路橋梁的橋臺(tái)主要采用肋板臺(tái)、樁柱式臺(tái)和重力U型臺(tái)，其中重力U型臺(tái)最為常見，《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》規(guī)定，重力U型臺(tái)的填土范圍應(yīng)在4～10m，因而重力U型臺(tái)的高度應(yīng)控制在10m內(nèi)。為了適應(yīng)山區(qū)地形地貌、減小開挖量，重力U型臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分結(jié)合地質(zhì)條件和地形特征進(jìn)行分臺(tái)和錯(cuò)臺(tái)。由于樁柱式臺(tái)的抗推剛度比較小，因而不適用于臺(tái)后填土較高、聯(lián)長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況，一般來(lái)說(shuō)樁柱式橋臺(tái)適用于臺(tái)后高度5m以下，聯(lián)長(zhǎng)150m以內(nèi)的情況。另外，埋置式肋板臺(tái)的適用范圍相對(duì)較廣，但臺(tái)后填土高度也不應(yīng)超過(guò)12m。除此之外，山區(qū)公路橋梁往往要克服陡峭的地形，此時(shí)橋臺(tái)施工中不能設(shè)置錐坡，這使樁柱式臺(tái)和肋板臺(tái)的施工收到嚴(yán)重限制。因而惡劣的地質(zhì)情況下常采用重力U型臺(tái)。

4.2.3基礎(chǔ)

山區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)多采用擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)兩種，一般來(lái)說(shuō)，地質(zhì)情況較好時(shí)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，地質(zhì)條件較差時(shí)采用樁基礎(chǔ)，其中樁基礎(chǔ)包括嵌巖樁和摩擦樁。山區(qū)公路橋梁以旱橋居多，因而樁基礎(chǔ)不論受力如何，其施工多采用挖空樁和鉆孔樁。其中，挖孔樁造價(jià)較低，但在下述情況下不宜采用挖孔樁：地下水位高、樁長(zhǎng)較長(zhǎng)、容易發(fā)生塌孔、軟夾層較多。

5 結(jié)論

山區(qū)公路橋梁的建設(shè)難度較大，費(fèi)用較高，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該因地制宜，根據(jù)工程的實(shí)際地形、地質(zhì)、水位等情況，嚴(yán)格遵守規(guī)程規(guī)范的要求，合理的選擇公路路線以及橋梁的位置，并且選擇合適的路基、橋墩、路幅和基礎(chǔ)方案，在保證橋梁能安全運(yùn)行的同時(shí)，盡可能的降低工程造價(jià)。

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