山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的原則與方法分析

蘭月琴

摘 要：本文分析了山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的特殊因素和特點(diǎn)，結(jié)合山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性與協(xié)調(diào)性、跨坡橋涵設(shè)計(jì)等原則，對山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。通過對橋梁結(jié)構(gòu)體系、橋梁上部結(jié)構(gòu)、橋梁下部結(jié)構(gòu)及常用施工技術(shù)的研究，優(yōu)化了山路大橋設(shè)計(jì)方案，提高了設(shè)計(jì)內(nèi)容的可操作性，為設(shè)計(jì)方案順利實(shí)施創(chuàng)造了良好的應(yīng)用條件。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速公路;橋梁設(shè)計(jì);下部結(jié)構(gòu)

在公路設(shè)計(jì)過程中，主要是為人們出行創(chuàng)造更便利的條件，也是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。為了加強(qiáng)高速公路的整體性，橋梁設(shè)計(jì)是必不可少的，尤其是山區(qū)，橋梁的合理設(shè)計(jì)是十分重要的。橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性直接關(guān)系到橋梁的質(zhì)量和使用壽命。因此，高速公路橋梁設(shè)計(jì)是不容忽視的重要內(nèi)容。

1 山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)的特殊因素與特點(diǎn)

1.1 山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)的特殊因素

從山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)際過程可以看出，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要全面考慮山區(qū)的特點(diǎn)，總結(jié)影響橋梁使用安全的因素。最常見的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：一是做好地質(zhì)勘察工作，保持地形測量的準(zhǔn)確度處于合理狀態(tài)，更加注重水文調(diào)查，在保證勘察工作質(zhì)量的同時(shí)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其次，要綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)的附加力，加強(qiáng)對橋梁結(jié)構(gòu)的彎曲和剪切研究，確定這些因素對橋梁結(jié)構(gòu)附加力的影響。更重要的是，設(shè)計(jì)者還應(yīng)清楚曲線橋梁在水平和彎曲側(cè)向力作用下的應(yīng)力變化。由于受力水平的不同，其自身的影響也會有很大的差異，這也使得整個(gè)空間設(shè)計(jì)工作顯得尤為重要。再次，設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮高墩長橋的穩(wěn)定性，提出了實(shí)際長橋位置變化和橋向位置變化等問題。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)做好深坡下部結(jié)構(gòu)的分析工作，綜合考慮橋梁下部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式，加強(qiáng)陡坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第四，設(shè)計(jì)人員需要呈現(xiàn)橋梁縱坡和橫坡的平面結(jié)構(gòu)形態(tài)，了解過往車輛對橋梁的影響。第五，由于山區(qū)地形高，在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者需要綜合考慮橋梁場地的特點(diǎn)和橋梁結(jié)構(gòu)形式，做好抗震設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)有效的抗震措施。六是注重橋面排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，延長橋梁使用壽命。

1.2 山區(qū)高速公路的特點(diǎn)

在大多數(shù)山區(qū)公路建設(shè)過程中，地形復(fù)雜，涉及到許多不良地質(zhì)區(qū)。為了實(shí)現(xiàn)道路的有效通行，避免山體等障礙物的影響，山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中存在著平面半徑小、縱坡大等問題。此外，在實(shí)際的山區(qū)公路建設(shè)中，往往涉及高填方和深基坑開挖，不僅加大了對周邊公路的環(huán)境影響，而且嚴(yán)重時(shí)還會引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。從山區(qū)公路建設(shè)中也可以看出，由于高墩、長縱坡的影響，橋梁跨徑進(jìn)一步提高。由于山區(qū)地形復(fù)雜的影響，現(xiàn)澆施工的合理施工很難保證，只有裝配式施工技術(shù)內(nèi)容是保證橋梁施工合理性的主線。

2 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的原則

2.1 注重穩(wěn)定性原則

我國山區(qū)面積大，約663萬平方公里，地形十分復(fù)雜，這也增加了公路建設(shè)的難度。為避免影響公路橋梁設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)保證設(shè)計(jì)工作符合實(shí)際環(huán)境要求。從目前我國橋梁建設(shè)的大局來看，有關(guān)部門應(yīng)更加重視橋梁設(shè)計(jì)。山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)涉及多種結(jié)構(gòu)型式。既要維護(hù)橋梁本身的安全穩(wěn)定，又要通過耐久性計(jì)算保證主橋結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性。此外，山區(qū)自然和氣象條件多變。在具體設(shè)計(jì)工作的實(shí)施中，除考慮基本荷載外，還應(yīng)反映實(shí)際風(fēng)荷載和雪荷載。由于地質(zhì)條件的限制，山路施工過程中主要采用高墩結(jié)構(gòu)，實(shí)際跨度較大。因此，為了保證山區(qū)公路橋梁的合理應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，這也是山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)的首要原則。

2.2 經(jīng)濟(jì)性和協(xié)調(diào)性原則

從以往山橋設(shè)計(jì)過程中可以看出，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要更加重視技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，這是保持設(shè)計(jì)方案滿足設(shè)計(jì)要求的重要步驟之一，同時(shí)降低了施工成本，增強(qiáng)了主體的經(jīng)濟(jì)效益項(xiàng)目。此外，山區(qū)公路橋梁的實(shí)際設(shè)計(jì)也應(yīng)體現(xiàn)因地制宜的原則，綜合橋梁功能與現(xiàn)場施工環(huán)境相結(jié)合，確定最佳橋梁結(jié)構(gòu)形式。在實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)師需要做好對當(dāng)?shù)氐乩砦幕瘲l件的調(diào)查。只有這樣才能真正體現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)際價(jià)值，真正適應(yīng)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。在論證協(xié)調(diào)原則的基礎(chǔ)上，實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)與周邊自然環(huán)境相一致，盡量減少對周邊生態(tài)環(huán)境的影響，避免大規(guī)模破壞山體，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。

2.3 橫坡及橋涵設(shè)計(jì)原則

在山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)中，經(jīng)常遇到橫向坡度問題。此時(shí)，工人需避開高路堤，采用半橋加固橫坡穩(wěn)定性。在橋墩位置左右側(cè)坡較大時(shí)，通常采用以下兩種解決方案：（1）適當(dāng)降低高邊墩的樁頂標(biāo)高，避免低側(cè)樁基礎(chǔ)過多暴露;但同時(shí)要注意高側(cè)樁基礎(chǔ)位置的挖掘，避免邊坡失穩(wěn);（2）采用高墩和低墩，兩側(cè)樁頂高程分別位于地線以下某一深度;在高樁側(cè)的樁基上，系桿與下側(cè)的橋墩相連。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇。

在大跨徑地方公路橋梁設(shè)計(jì)中，橋下開孔應(yīng)符合當(dāng)前交通狀況，為后續(xù)發(fā)展創(chuàng)造更有利的條件。橋梁跨越V形河谷時(shí)，橋墩應(yīng)盡量不設(shè)在河谷中心，以更好地適應(yīng)地形特點(diǎn)。在控制橋臺高度的同時(shí)，應(yīng)選擇有效的跨孔布置設(shè)計(jì)形式。

3 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的具體方法

3.1 山區(qū)高速公路橋梁結(jié)構(gòu)體系

在實(shí)際的公路橋梁設(shè)計(jì)工作中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要考慮耐久性和舒適性等因素，以確保滿足各種設(shè)計(jì)參數(shù)的要求。更為重要的是，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員可以借助預(yù)應(yīng)力連續(xù)結(jié)構(gòu)來體現(xiàn)彎矩的耦合效應(yīng)，從而保證橋梁在長期汽車荷載作用下不發(fā)生滑移。尤其是在單向運(yùn)行的公路長橋上，這種現(xiàn)象更為明顯。如果有較大的縱坡或曲線并存，容易出現(xiàn)橋梁上下相對錯位的問題。此時(shí)，橋梁的上下部分可以通過支座連接，這也導(dǎo)致支座不能處于平衡狀態(tài)。但如果在設(shè)計(jì)過程中能采用墩梁固結(jié)法，則可降低上述問題的發(fā)生概率。山區(qū)橋梁上部結(jié)構(gòu)體系一般包括簡支、簡支轉(zhuǎn)連續(xù)、橋梁連續(xù)等，為保證整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)體系的完整性，有關(guān)人員可明確具體注意事項(xiàng)，使整個(gè)山區(qū)高速公路橋梁結(jié)構(gòu)體系顯得更加完善。

3.2 山區(qū)高速公路橋梁上部構(gòu)造形式

高速公路橋梁傳統(tǒng)的上部結(jié)構(gòu)形式主要有預(yù)制空心板、預(yù)應(yīng)力小箱梁、預(yù)應(yīng)力T梁、現(xiàn)澆箱梁等，在山區(qū)橋梁中應(yīng)用廣泛，在設(shè)計(jì)和施工上都比較成熟，但各有其局限性。從橋梁上部結(jié)構(gòu)的選擇過程可以看出，設(shè)計(jì)人員需要充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和橋梁的實(shí)際情況。特別是在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線橋梁的施工過程中，由于預(yù)應(yīng)力、橋梁自重、溫度變化等因素的影響，導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生彎扭變形。另外，在曲線橋的設(shè)計(jì)中，為了更好地顯示彎扭力，可以采用整體封閉箱來更好地顯示抗扭性能。另外，在大跨度橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，懸臂現(xiàn)澆箱梁應(yīng)是主體。相反，中跨橋梁的實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)營不僅可以有效地控制施工成本，而且可以合理地采用預(yù)制多梁T梁，降低施工成本。然而，如果將其應(yīng)用于曲線橋梁，梁的平衡性能和抗扭性能會越來越差。為了彌補(bǔ)施工中應(yīng)力不足的問題，還可以用直梁代替曲T梁，進(jìn)一步減小曲梁的彎矩。山區(qū)高速公路橋隧比例高，造價(jià)高，施工條件極為不便。為了降低施工成本，加快施工進(jìn)度，大多數(shù)橋梁都盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)跨徑、工廠預(yù)制和現(xiàn)場拼裝的常規(guī)橋梁。

4 結(jié)語

總之，山區(qū)公路施工作業(yè)過程中地質(zhì)條件復(fù)雜，影響山區(qū)公路施工質(zhì)量的因素很多。因此，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件，確保橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)，要做好施工技術(shù)的有效探討，使主施工作業(yè)越來越完善，對后續(xù)公路橋梁設(shè)計(jì)具有積極意義。

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