山區(qū)高速公路橋梁橋臺(tái)形式設(shè)計(jì)分析

文/余登峰、章鈺智

1 前言

目前我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域、工作體系和管理標(biāo)準(zhǔn)正在逐步完善。在施工環(huán)節(jié)，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)需要選擇合適的設(shè)計(jì)方案，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到科學(xué)性、合理性的要求；同時(shí)，材料與設(shè)備也要符合標(biāo)準(zhǔn)，從而保證工程的順利運(yùn)行。在具體的設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)，需要選擇科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，保證受力結(jié)構(gòu)符合工程的要求，達(dá)到承載性能的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)目前的實(shí)際情況分析，我國(guó)對(duì)于設(shè)計(jì)要求并未有統(tǒng)一的要求，所以不同項(xiàng)目需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的公路橋臺(tái)，以滿足橋梁的運(yùn)行需要，促進(jìn)我國(guó)橋梁事業(yè)的發(fā)展[1]。

2 橋臺(tái)設(shè)計(jì)的受力分析

2.1 橋臺(tái)的作用

橋臺(tái)對(duì)于橋梁來(lái)說(shuō)是極為重要的結(jié)構(gòu)，是主要的支撐結(jié)構(gòu)形式，能夠?yàn)閮砂兜牟煌Y(jié)構(gòu)物連接提供基礎(chǔ)，起到擋土護(hù)岸的效果。橋臺(tái)在運(yùn)營(yíng)階段，主要是受到自重、車輛荷載等方面的雙重作用，因此我們需要做好這一方面的分析。

2.2 橋臺(tái)的主要類型

目前使用最為普遍的橋臺(tái)形式有混凝土薄壁橋臺(tái)、輕型橋臺(tái)、枕梁橋臺(tái)等。工作人員應(yīng)結(jié)合不同的施工工況選擇最佳的類型，滿足橋梁的運(yùn)行需要。

2.3 橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式選用

2.3.1 輕型橋臺(tái)

該橋臺(tái)形式主要有以下特點(diǎn)：橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的體積尺寸比較小，臺(tái)身為直立的形式，且以薄壁墻體的形式存在；在兩側(cè)分別設(shè)置擋土墻，同時(shí)將橋臺(tái)表面的側(cè)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為斜坡的形式。橋臺(tái)下部結(jié)構(gòu)上，應(yīng)用的材料是鋼筋混凝土，上部則是應(yīng)用錨栓連接各個(gè)結(jié)構(gòu)，以此形成四鉸框架結(jié)構(gòu)。在運(yùn)行中，在端臺(tái)的壓力作用下，能夠保證穩(wěn)定性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3.2 薄壁橋臺(tái)

薄壁橋臺(tái)采用鋼筋混凝土作為主要的施工材料，該橋臺(tái)類型主要由扶壁的前墻、側(cè)墻、水平底板結(jié)構(gòu)組合而成；擋土墻主要由前墻與間隔距離為2.5～3.5m 的扶壁組成。

2.3.3 埋置式橋臺(tái)

該類型的橋臺(tái)一般包含肋板、框架以及樁柱。把結(jié)構(gòu)直接埋設(shè)到錐形護(hù)坡的結(jié)構(gòu)內(nèi)，會(huì)大大降低其自身需要承受的載荷，進(jìn)而橋臺(tái)自身的體積也會(huì)減小。但是因?yàn)榕_(tái)前護(hù)坡結(jié)構(gòu)的片石為永久性防護(hù)處理設(shè)施，埋置式橋臺(tái)在運(yùn)行中容易被洪水沖垮，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要做好穩(wěn)定性的計(jì)算工作，保證其滿足該工況下運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3 山區(qū)高速公路橋梁橋臺(tái)形式設(shè)計(jì)分析

3.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

要想保證山區(qū)高速公路橋臺(tái)形式設(shè)計(jì)順利進(jìn)行，準(zhǔn)備工作尤為關(guān)鍵。工作人員需要先從外部勘察工作進(jìn)行，準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，綜合分析地形條件、橋梁平面走位以及縱向坡度等尺寸，判斷需要施工的位置，然后通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備進(jìn)行全面檢測(cè)，模擬出幾個(gè)可能性高的橋臺(tái)橫斷面、縱斷面等尺寸，同時(shí)還要做好準(zhǔn)確性的測(cè)量和控制，準(zhǔn)確描述現(xiàn)場(chǎng)的地理?xiàng)l件，繪制橋臺(tái)施工作業(yè)位置上的地形、地貌簡(jiǎn)圖。此外，還需要使用攝影機(jī)等設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍照或者錄制視頻，全方面了解和分析，使后期設(shè)計(jì)人員可以直觀地了解現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，保證設(shè)計(jì)順利進(jìn)行。

3.2 橋臺(tái)設(shè)計(jì)的原則

3.2.1 橫坡陡峭地形條件采取柱式橋臺(tái)與肋板橋臺(tái)

該橋臺(tái)是兩種形式組合而成的，右側(cè)部分應(yīng)用的是柱式橋臺(tái)，可以防止給山體帶來(lái)?yè)p壞和影響；左側(cè)使用的是肋板橋臺(tái)，確保填土較高一側(cè)可以達(dá)到安全性的要求。這種設(shè)計(jì)方案有著非常高的安全性，也更加環(huán)保，所以綜合效益較高[3]。在橋梁橋臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要考慮整體功能應(yīng)用，保證整體效果達(dá)到實(shí)際需求。

3.2.2 坡度較陡選擇一字型橋臺(tái)

一字型橋臺(tái)主要采取樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，保證承臺(tái)底面直接埋設(shè)到地表以下，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性合格，達(dá)到安全距離的要求。側(cè)墻應(yīng)用的是直立式與路基路肩墻穩(wěn)定連接，能夠防止因?yàn)殄F坡過(guò)陡而造成安全性不足或者溜坡，并不需要布置橋臺(tái)錐坡的結(jié)構(gòu)。

3.2.3 填石路基部位采用一字式橋臺(tái)

對(duì)于隧道的工程結(jié)構(gòu)部分來(lái)說(shuō)，可以將路基部分設(shè)計(jì)為填石路基，通過(guò)兩側(cè)的棄渣，達(dá)到反壓護(hù)道的效果；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)為縱坡的形式，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求直接壓實(shí)路基施工，消除隧道口狹小、無(wú)法棄渣等缺陷，同時(shí)還可以延長(zhǎng)橋體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，成本較低，棄方得以有效使用，經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性都非常高。

4 墩臺(tái)的施工方法

橋墩一般選擇在中間設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)。在橋梁墩臺(tái)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要考慮到受力、地質(zhì)環(huán)境、水文狀態(tài)等方面因素，選擇合適的設(shè)計(jì)方案。橋梁墩臺(tái)應(yīng)該設(shè)置在地基相對(duì)穩(wěn)定的位置上，通過(guò)完善設(shè)計(jì)方案、合理計(jì)算數(shù)據(jù)的方式保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的性能合格。另外，分析目前工程實(shí)際案例，橋梁下部結(jié)構(gòu)需不受洪水、地震、橋梁荷載等方面的沖擊影響，保證其使用安全性合格。

5 山區(qū)高速公路橋梁橋臺(tái)形式設(shè)計(jì)方案的選擇

為了提升橋梁橋臺(tái)設(shè)計(jì)的水平，保證整體橋臺(tái)的安全性與穩(wěn)定性提高，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下幾個(gè)方面。

5.1 現(xiàn)場(chǎng)容易產(chǎn)生的問(wèn)題分析

5.1.1 豎井施工

豎井的設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)，綜合分析地質(zhì)條件極為重要。比如礫石穩(wěn)定性不足時(shí)，應(yīng)該在工作平臺(tái)上設(shè)置必要的支撐結(jié)構(gòu)，防止發(fā)生坍塌的問(wèn)題，然后在橋臺(tái)上部施工位置進(jìn)行模板的支設(shè)施工，灌注第一道鋼筋混凝土應(yīng)用支撐梁結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)施工完成后，如果進(jìn)行下部空間的石方開(kāi)挖作業(yè)，會(huì)因?yàn)榈[石穩(wěn)定性不足而發(fā)生坍塌，則需要在豎井第一道支撐外部的位置上全部掏空后，對(duì)于上述的各個(gè)部位進(jìn)行外側(cè)掏空處理，以提高系統(tǒng)安全性，避免發(fā)生安全隱患[4]。

5.1.2 未能有效處理而導(dǎo)致路堤失穩(wěn)

比如某地區(qū)內(nèi)的橋引道對(duì)軟土部分進(jìn)行了處理，且分級(jí)加載預(yù)壓施工，其填土高度達(dá)到了7m。在南岸進(jìn)行砂井作業(yè)后，填土達(dá)到2.5m 的高度就導(dǎo)致了損壞問(wèn)題，北岸在填土過(guò)程中直接發(fā)生損壞問(wèn)題，填土也完全失效了。分析開(kāi)挖作業(yè)，主要是因?yàn)楣ぷ魅藛T未能完全掌握地質(zhì)資料，且填土速度很快，加之反壓護(hù)道，因此導(dǎo)致了砂墊層排水存在不利影響。施工最后應(yīng)用的是開(kāi)挖深邊溝排水的方式，將原路堤內(nèi)存在的積水排出去，并使用袋裝砂進(jìn)行填充處理，同時(shí)加強(qiáng)鋪設(shè)。

5.1.3 堆料不當(dāng)，未能根據(jù)要求分層填筑而導(dǎo)致失穩(wěn)

比如某地區(qū)的大洞橋引道部分，在設(shè)計(jì)方案中對(duì)于軟土地基采取的是袋裝砂聯(lián)合砂墊層的方式進(jìn)行加固處理，但是由于資金不足，有些單位直接省略該工序，進(jìn)而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工中有幾個(gè)路段存在滑塌問(wèn)題，且車輛通行后產(chǎn)生了不均勻沉降的問(wèn)題。這是由于堆料不當(dāng)所造成的，且工作人員未能按照要求分層填筑作業(yè)，也沒(méi)有做好觀測(cè)工作，碾壓不合格。

5.2 改進(jìn)措施

5.2.1 豎井的外側(cè)需要間隔30cm 設(shè)置注漿管，并以梅花的方式布置。首先將松散礫石通過(guò)注漿方式組合成為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，保證在開(kāi)挖豎井時(shí)不發(fā)生坍塌；通過(guò)混凝土做好井壁灌注作業(yè)，提高施工速度，保證施工質(zhì)量。

5.2.2 臺(tái)背填土不能使用粘土材料，最好是應(yīng)用石渣或者水穩(wěn)定性高的礫土等材質(zhì)，減少墻背土壤側(cè)壓力；同時(shí)，選擇分層填筑的方式，提高結(jié)構(gòu)形式。

5.2.3 為了保證設(shè)計(jì)施工的質(zhì)量合格，避免裙墻發(fā)生早期病害缺陷，首先需要把裙墻看作承重的結(jié)構(gòu)形式，然后計(jì)算確定墻背土壓力參數(shù)，同時(shí)還要驗(yàn)證抗剪、抗滑等條件，保證各個(gè)部位的穩(wěn)定性合格；其次，需要將基礎(chǔ)設(shè)置到?jīng)_刷線以下的位置上，并將其設(shè)置在穩(wěn)定性較高的持力層結(jié)構(gòu)上，進(jìn)而提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋臺(tái)的主要特點(diǎn)就是跨越尺寸比較大，那么如何消除其質(zhì)量缺陷、提高穩(wěn)定性則是人們需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。在確定具體的施工方案之前，工作人員需要先進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)考察和分析，了解影響因素，然后至少設(shè)計(jì)出兩套方案進(jìn)行對(duì)比分析，才能確定最佳的實(shí)施方案。只有不斷提升橋臺(tái)設(shè)計(jì)水平，保證設(shè)計(jì)方案符合要求，才能提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，滿足我國(guó)交通運(yùn)行的需要。