城市高架橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究

張久鵬

摘? 要：路橋工程是城市發(fā)展的命脈，其建設(shè)質(zhì)量關(guān)系城市化進(jìn)程能否順利推進(jìn)，其中高架橋是當(dāng)前市政工程建設(shè)的重點與難點，尤其是結(jié)構(gòu)設(shè)計更是重中之重。文章以城市高架橋為研究對象，重點對下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則與方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：城市高架橋;下部結(jié)構(gòu);設(shè)計方法

中圖分類號：U443? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）15-0090-02

Abstract： Road and bridge engineering is the lifeblood of urban development， and its construction quality is related to the smooth progress of urbanization. Viaduct is the focus and difficulty of the current municipal engineering construction， especially its structural design. In this paper， urban viaduct as the research object， focusing on the principles and methods of substructure design.

Keywords： urban viaduct; substructure; design method

隨著美麗城市、生態(tài)建設(shè)理念的普及，為了進(jìn)一步增強城市建設(shè)的生態(tài)性與美觀性，持續(xù)改進(jìn)與完善城市道路結(jié)構(gòu)，就必須要加強城市高架橋等市政工程的生態(tài)化、現(xiàn)代化建設(shè)。其中城市高架橋本身的結(jié)構(gòu)受力情況使得其對下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性與安全性具有更高要求，立足于系統(tǒng)設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，科學(xué)制定下部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案顯得意義重大。

1 城市高架橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

對城市地區(qū)的高架橋而言，其本身具有復(fù)雜的地理環(huán)境，用地面積有限，且交通系統(tǒng)繁雜等特征，尤其是其下部結(jié)構(gòu)設(shè)計具有路線不規(guī)則，設(shè)計要求高，交通流量大等設(shè)計特點，如果沒有進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計，那么會對高架橋下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性與安全性帶來不利影響?；诔鞘懈呒軜虻倪@種設(shè)計特征，為了順利確保整個設(shè)計的質(zhì)量，必須要遵從如下的設(shè)計原則：

其一，安全性與實用性并存原則。在設(shè)計城市高架橋期間，要首先立足于保證高架橋安全性的基礎(chǔ)上，確保高架橋下部結(jié)構(gòu)可以滿足承受上部荷載，防范行車碰撞問題等基本要求。

其二，生態(tài)性設(shè)計原則。在設(shè)計高架橋下部結(jié)構(gòu)過程中，需要從科學(xué)設(shè)計其結(jié)構(gòu)造型出發(fā)，增強整體結(jié)構(gòu)的美觀性，尤其是要注意增強高架橋周邊環(huán)境與高架橋之間的統(tǒng)一性與協(xié)調(diào)性，避免因為笨拙的高架橋橋墩結(jié)構(gòu)影響美麗城市建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)。

其三，減少城市占地面積設(shè)計原則。伴隨著城市人口的增加，為了滿足與日俱增的居住需求，就必須要盡可能地減少高架橋建設(shè)過程中的城市占地面積，如要避免出現(xiàn)多柱式橋墩結(jié)構(gòu)，其會占用比較多的占地面積。

2 城市高架橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法

2.1 下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計方法

在城市地區(qū)修建高架橋期間不可避免地會影響周邊居民的日常生活與生產(chǎn)活動，為了盡可能地減少高架橋建設(shè)可能造成的重大經(jīng)濟(jì)損失或者對高架橋周邊建筑結(jié)構(gòu)與市政基礎(chǔ)設(shè)施等帶來的負(fù)面影響，必須要首先做好下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計，優(yōu)選最佳的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，增強基礎(chǔ)整體的承載性與穩(wěn)固性。比如，在確定高架橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)期間，可以優(yōu)選鉆孔灌注樁等一些承載性更好的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，這樣可以在增強高架橋下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)保持良好承載性的基礎(chǔ)上，減少對周邊環(huán)境帶來的噪聲污染等負(fù)面影響。在確定下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)型式的基礎(chǔ)上，要結(jié)合城市高架橋現(xiàn)場建設(shè)與施工的實際情況，科學(xué)地設(shè)計下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)建設(shè)方案，確保為后續(xù)的結(jié)構(gòu)建設(shè)與施工奠定堅實基礎(chǔ)。

2.2 下部橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計是高架橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心組成部分之一，其結(jié)構(gòu)型式設(shè)計的合理性不僅關(guān)系下部結(jié)構(gòu)整體的承載性與穩(wěn)固性，同樣會對城市高架橋的占地面積產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在現(xiàn)階段的高架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般常常應(yīng)用如下兩種橋墩結(jié)構(gòu)：

（1）樁柱式橋墩結(jié)構(gòu)。圖1是樁柱式橋墩結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)簡圖，其占用高架橋下部面積相對較大，并且下部橋墩結(jié)構(gòu)間的土地也會受到極大的影響。如果高架橋的下部屬于市政道路工程，那么該種橋墩結(jié)構(gòu)無法為其提供足夠的凈空，進(jìn)而影響了高架橋和市政道路或其他橋梁結(jié)構(gòu)之間的相互穿插情況。但是該種型式的橋墩結(jié)構(gòu)具有很好的穩(wěn)固性和安全性。

（2）花瓶式橋墩結(jié)構(gòu)。圖2是花瓶式橋墩結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)簡圖，該種型式的橋墩結(jié)構(gòu)占用高架橋下部的空間與面積相對較小，有利于極大地提升下部結(jié)構(gòu)空間的利用率，并且在后續(xù)施工過程中也不會過大的影響高架橋下部空間和土地。常規(guī)的接近直線的獨柱式橋墩結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性相對較差，之前許多座城市高架橋發(fā)生的垮塌問題大都是利用該種接近直線的獨柱式橋墩，因為橫向穩(wěn)固性不足而造成橋梁結(jié)構(gòu)的垮塌問題，采用花瓶式橋墩可以拉開橋梁的橫向支座間距，增加橫向穩(wěn)定性，同時提供橋下空間的利用率。因此，在實際的下部橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要兼顧橋墩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與安全性等設(shè)計要求，兼顧生態(tài)環(huán)保效益等，力求可以結(jié)合城市高架橋現(xiàn)場建設(shè)的實際情況等，選擇最佳的下部橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

2.3 下部結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計方法

在高架橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計中，下部結(jié)構(gòu)配筋也是非常關(guān)鍵的一個設(shè)計環(huán)節(jié)，具體就是要對樁基礎(chǔ)、橋臺與橋墩幾個部分的配筋進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計這些結(jié)構(gòu)配筋期間，要注意采取內(nèi)力計算的方式來科學(xué)、合理地分配內(nèi)力計算結(jié)果。在分析下部結(jié)構(gòu)受力情況的時候，一般需要將結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)下的實際受力情況進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。比如，在設(shè)計樁筋的過程中，由于涉及到相對較多的內(nèi)容，所以需要借助極限法來對樁體的抗彎筋進(jìn)行合理設(shè)計，并且在對截面配筋進(jìn)行計算過程中需要科學(xué)地設(shè)計樁內(nèi)的彎矩包絡(luò)圖，之后選擇在其處于最大彎矩的部位處科學(xué)進(jìn)行配筋設(shè)計，即在1/2樁頂部位處的最大彎矩部位處利用全筋配置的方式開展科學(xué)設(shè)計。針對全筋結(jié)束部位處到彎矩的零點部位處則要注意減少一半量的配筋數(shù)量，且需要注意將彎矩處理零點的部位處以素混凝土進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，具體的設(shè)計要點需要遵循基本的設(shè)計原則與規(guī)定，如高架橋橋墩樁基在配置鋼筋期間，需要科學(xué)地布置成全身鋼筋設(shè)置方式，確保承臺鋼筋設(shè)計的質(zhì)量，力求最大程度提升下部結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計的質(zhì)量。

2.4 下部生態(tài)景觀設(shè)計方法

在現(xiàn)代城市發(fā)展過程中，生態(tài)建設(shè)重要性日益凸顯。在下部結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員也要高度重視下部結(jié)構(gòu)的生態(tài)景觀設(shè)計，力求可以在滿足高架橋穩(wěn)定性與安全性設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，從增強下部結(jié)構(gòu)的生態(tài)價值出發(fā)，力求可以營造一個良好的生態(tài)景觀氛圍。針對下部生態(tài)景觀設(shè)計而言，要重點做好橋墩造型設(shè)計與照明綠化設(shè)計兩個方面的生態(tài)景觀設(shè)計工作，具體設(shè)計方法及要點如下：

（1）下部橋墩造型設(shè)計方法。在設(shè)計下部結(jié)構(gòu)橋墩造型期間，可以靈活地選擇花瓶式、Y形、板式幾種類型。其中板式橋墩造型具有層次化的棱角結(jié)構(gòu)，抗扭性、抗彎性等力學(xué)性能比較顯著，安全有保障，同時該種造型也可以使所設(shè)計出的高架橋展現(xiàn)出剛勁有力的良好美感;流線型或花瓶式的造型可以使下部橋墩結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出良好的柔性與美感，尤其是可以避免因為過度突兀問題而影響周邊環(huán)境建設(shè)的整體效果;Y形下部橋墩造型本身屬于輕型構(gòu)造，可以為上部高架橋結(jié)構(gòu)提供強有力的橫向支撐，增強了其橫向穩(wěn)定性，同時下部可以同基礎(chǔ)進(jìn)行有效連接，兼有美觀性和輕型等特征。無論采取何種類型，都需要結(jié)合現(xiàn)場工程建設(shè)需求進(jìn)行合理選擇。

（2）下部照明綠化設(shè)計方法。照明綠化設(shè)計也是高架橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，但是卻容易因為緊張的城市用地而使相應(yīng)的綠化面積相對較小，實際設(shè)計中可以在下部橋墩結(jié)構(gòu)部位中科學(xué)地設(shè)計藤蔓型植物，力求使其在纏繞在橋墩結(jié)構(gòu)之上后避免橋墩結(jié)構(gòu)過于突兀的造型設(shè)計而影響道路的整體美觀性，同時也可以為高架橋下部提供舒適的空間，凈化城市空氣質(zhì)量，配合照明基礎(chǔ)設(shè)施的科學(xué)設(shè)計，可以為城市營造良好的城市氛圍。

3 結(jié)束語

總之，伴隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，城市道路建設(shè)質(zhì)量的重要性日益顯著。在城市高架橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要注意在遵從生態(tài)性、安全性等基本設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，做好下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，橋墩結(jié)構(gòu)和生態(tài)景觀幾個關(guān)鍵方面的設(shè)計管理，力求最大程度提升高架橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計有效性。

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