山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計關(guān)鍵問題研究

劉萬昌

（江蘇中設(shè)集團股份有限公司甘肅分公司，甘肅蘭州 730000）

0 前言

在山區(qū)修建高速公路橋梁本身與常規(guī)的施工環(huán)境不同，山區(qū)自身地形與地質(zhì)情況十分復(fù)雜，存在橫坡變陡和地面高差大等特征，施工過程中山體滑坡和山體崩塌等災(zāi)害發(fā)生概率較大。在進行線路布設(shè)期間，因為地形的特殊性，路線平面、縱面和橫斷面都會存在一定的限制，由此也普遍的表現(xiàn)出縱坡大、平面曲線多等特征。為了保障所設(shè)計的高速公路能夠提升與現(xiàn)場地形的相互適應(yīng)性，在高速公路橋梁建設(shè)期間也需要建設(shè)更多的彎坡橋梁和更大規(guī)模的高墩橋梁，并且也需要設(shè)置更多的墩臺結(jié)構(gòu)，還需注重各個部分細節(jié)的構(gòu)造優(yōu)化，提升其與地形和地質(zhì)之間的協(xié)調(diào)性，盡量避免出現(xiàn)滑坡等嚴重事故。

且由于我國本身的地域十分遼闊，地形也多以山地和丘陵為主，在建設(shè)高速公路期間本身具有十分復(fù)雜的問題，而橋梁作為其中的關(guān)鍵工程內(nèi)容，設(shè)計難度也會明顯提升。所以根據(jù)山區(qū)的實際地形特征與特點，對橋梁的設(shè)計工作深入研究有著十分必要的意義。

1 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計的原則

結(jié)合目前我國大量的山區(qū)高速橋梁建設(shè)的案例分析，此領(lǐng)域中包含各種類型的橋梁形式。因此要想保障整個橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，需要將合適的結(jié)構(gòu)形式選擇作為關(guān)鍵點，根據(jù)其內(nèi)部的構(gòu)造特征選擇適合的優(yōu)化措施。結(jié)合工程相關(guān)規(guī)范分析，山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)可分為兩大部分：

（1）上部結(jié)構(gòu)部分。需要對現(xiàn)場的地貌特征進行詳細分析，以分析結(jié)果來確定最佳的結(jié)構(gòu)型式，這種結(jié)構(gòu)型式對于整個橋梁的使用情況會帶來最為直接的影響。所以需要必要的合理設(shè)計[1]。

（2）下部結(jié)構(gòu)部分。設(shè)計工作需要將橋墩臺的設(shè)計作為重點。

根據(jù)對山區(qū)高速公路的路線走向和不同的山區(qū)橋梁特點分析，在設(shè)計期間需要遵循的原則內(nèi)容如下。

結(jié)構(gòu)安全：山區(qū)高速公路橋梁施工現(xiàn)場的地形和地貌十分復(fù)雜，多變性特征明顯，橋梁在風(fēng)、雨、雪等嚴苛的天氣條件下需要具備一定的穩(wěn)定性；且還需注重剛性梁與柔性梁的科學(xué)分配。

可操作性良好：施工條件本身不夠良好，難以有效運輸相關(guān)設(shè)備和原材料。因此可選擇中小跨徑的構(gòu)件，并且各類型的結(jié)構(gòu)加以協(xié)調(diào)，提升施工效率。

成本低：由于山區(qū)高速公路橋梁本身的地質(zhì)情況十分復(fù)雜，要求運輸和設(shè)計規(guī)模較大，因此需要結(jié)合現(xiàn)場勘察和自身施工能力，選擇經(jīng)濟效益最大化的方案進行施工作業(yè)。

觀賞價值高、和自然環(huán)境協(xié)調(diào)：所建設(shè)的橋梁不僅需要具備正常的使用功能，還需要滿足其美觀性和與自然協(xié)調(diào)性的要求，不能大面積的破壞植被和自然環(huán)境。

2 工程背景及分析

某山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)，本次工程設(shè)計總長度為437.395m，采取裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，長度為30m，規(guī)格為14孔，下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩進行設(shè)計，每個橋墩的下部均設(shè)置支座，利用橡膠材料設(shè)計，整個殼體的端部橋臺均設(shè)置支座。

本次橋梁設(shè)計荷載為：公路-Ⅰ級；

橋面設(shè)計寬度：0.5m+凈14.75m+0.7m。

（1）計算下部墩柱的水平力。根據(jù)本橋體墩柱的形式和自身設(shè)置支座的方法，利用1.6m 和1.8m 的墩柱直徑進行設(shè)計，高度最高設(shè)計為28m。在對本橋橋墩設(shè)計過程中，出于對墩臺柔性考慮，結(jié)合水平作用力下橋墩能夠產(chǎn)生位移，而根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的傳遞會促使整個橋梁中的橋墩共同承擔(dān)水平作用力，保持橋梁的穩(wěn)定性[2]。由此，將本次設(shè)計的力學(xué)模型取橋梁第二聯(lián)位置，然后其分配水平力的方法采取集成剛度法。

（2）在對下部墩柱進行分析期間，溫度變化和汽車制動會共同對墩柱產(chǎn)生水平方向的作用力，而所采取的集成剛度法就是根據(jù)相關(guān)計算來得出各個墩臺的剛度以及聯(lián)橋總抗推的剛度數(shù)值，根據(jù)二者對比比例來分配聯(lián)橋溫度力與制動力，隨后再將每個墩臺中所受到的水平力加以計算，再計算出每個墩臺所能夠承受的最大彎矩，最后將墩臺豎向受力進行計算，再結(jié)合計算配筋的數(shù)值和驗算裂縫的數(shù)值，完成下部墩臺結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計。

3 橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)該橋梁建設(shè)的實際內(nèi)容要求，需要對其樁基礎(chǔ)進行計算，進而為其設(shè)計出更加穩(wěn)定、使用壽命更長的橋梁建筑。

3.1 橋位所處區(qū)域地質(zhì)情況

經(jīng)過前期地質(zhì)鉆探的分析，該橋址的上部分位于該市的斷裂束內(nèi)部，該斷裂束內(nèi)部已經(jīng)發(fā)育成為北西向的構(gòu)造形式。同時本次工程高速公路沿線組成地層的結(jié)構(gòu)為全、強、弱與微風(fēng)化粉砂巖加上亞粘土層所組成，丘陵地區(qū)的剝蝕性特征十分明顯。

3.2 計算結(jié)果

1 號橋墩樁設(shè)計過程分析。在對樁長計算過程中，需要先對本橋址處的地質(zhì)情況進行詳細觀察，并且還需根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況來設(shè)計樁基長度和樁基性質(zhì)，根據(jù)其位置判斷，選擇最近的鉆孔來計算具體樁基的長度值。

結(jié)合本次工程所處于的區(qū)域地質(zhì)情況分析和地層情況勘測以及橋位區(qū)域的地質(zhì)勘測，可以明確該橋位內(nèi)存在復(fù)式褶皺的形式，且位置于北東50°，且斷層存在于3 與4 號橋墩位置。該分區(qū)屬于下石炭統(tǒng)碎屑巖情況，基層巖石為下石炭統(tǒng)泥質(zhì)粉砂巖和石英砂巖所組成。且由于本身該巖層的巖石單軸抗壓強度Ra 值相對較大，因此需要根據(jù)嵌巖樁計算公式來計算出在微風(fēng)化巖面上，底部支撐所能夠達到的出承載力數(shù)值。最后為了能夠保障嵌巖樁嵌入深度符合要求，需要考慮將嵌巖樁嵌入的深度定在5m到4m的范圍內(nèi)。

對樁長度進行計算。在上部結(jié)構(gòu)計算基礎(chǔ)上和對1號橋墩樁位置分析，該位置單樁樁頂力可以被設(shè)在5163.0KN，且結(jié)合所計算的摩擦樁取值24m，由此也可得出此位置單樁自身的承載力為：

所以設(shè)計樁長取24m滿足設(shè)計要求。

3 號和4 號橋墩樁位處于地質(zhì)斷層上，由上部結(jié)構(gòu)計算可以得出，3號橋墩位置需要的單樁樁頂力為5163.0KN，以樁基嵌入到微風(fēng)化層2.5m進行計算，估計設(shè)計樁長為17m，單樁承載力計算得出為49989.0KN，大于5163.0KN，滿足設(shè)計樁長需求。

4 結(jié)語

綜上所述，山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)本身由于山區(qū)環(huán)境復(fù)雜，施工難度較大，因此在實際設(shè)計中，需要嚴格遵循最新的橋梁工程規(guī)范，形成科學(xué)的設(shè)計方案，以確保橋梁穩(wěn)定與安全為基本目標，盡可能提高其經(jīng)濟效益。