山區(qū)裝配式橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)

何永志

(廣西桂通工程管理集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

隨著我國交通事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，大量的橋梁工程項(xiàng)目開始實(shí)施，許多工程企業(yè)在施工建設(shè)中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，他們在原有的橋梁工程基礎(chǔ)上，應(yīng)用了一些新的工藝和技術(shù)，比如，裝配式橋梁的出現(xiàn)，不僅提高了施工的便捷性，也降低了施工難度，特別是在很多交通不便的山區(qū)，裝配式橋梁的設(shè)計(jì)可使得施工作業(yè)順利進(jìn)行。但山區(qū)裝配式橋梁的設(shè)計(jì)中，為保障設(shè)計(jì)質(zhì)量，需根據(jù)山區(qū)的地形地質(zhì)與水文，遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，克服山區(qū)不利的條件限制。

1 工程概況

以某山區(qū)橋梁工程為例，此橋梁采用的是裝配式施工工藝。結(jié)合對(duì)現(xiàn)場情況的調(diào)查，此橋梁位于水電站下游約120 m的位置，現(xiàn)場為河流沖積階地地貌，兩岸的地形雖有起伏但是起伏相對(duì)較小。為滿足施工建設(shè)要求，經(jīng)由全面的規(guī)劃設(shè)計(jì)，將此橋梁建設(shè)在地面標(biāo)高138.12～142.05 m之間，在此區(qū)域內(nèi)的地形起伏異常大。為開展更為科學(xué)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)前期組織專人深入工程現(xiàn)場開展了相應(yīng)的勘察，勘察期間為枯水期，橋址位置的河流斷面寬15～20 m，水深1 m，水流流向?yàn)樽员毕蚰?，在豐水期的水流湍急且水量較大，水流、水量受季節(jié)性因素的影響較大。

2 裝配式橋梁的特點(diǎn)

從20世紀(jì)90年代開始，我國的橋梁工程領(lǐng)域已經(jīng)開始了裝配式建筑的建設(shè)，對(duì)于很多山區(qū)，因?yàn)榈匦蔚貏莸钠鸱^大，為克服地形條件的不利限制，可在此處進(jìn)行橋梁的建設(shè)，經(jīng)由橋梁建設(shè)，可大大減少現(xiàn)場不利環(huán)境因素的限制。由于山區(qū)的地理?xiàng)l件和環(huán)境特征，裝配式橋梁十分適用，裝配式橋梁施工中，很多的構(gòu)件可直接在工廠內(nèi)預(yù)制完成，最后將其直接運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場開展組裝和連接，這種預(yù)制生產(chǎn)的方式不僅可提升整體的施工效率，縮短施工周期，更可保障工程質(zhì)量[1]。此外，裝配式施工作業(yè)下，大量構(gòu)件在工廠內(nèi)生產(chǎn)，也就減少了在現(xiàn)場施工中所造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。與傳統(tǒng)的橋梁工程相比，裝配式橋梁的質(zhì)量控制容易，施工標(biāo)準(zhǔn)化，整體的施工效率較高，施工作業(yè)更為安全與高效，因此，無論是從經(jīng)濟(jì)性還是技術(shù)性的角度，裝配式橋梁都是有優(yōu)勢的。

3 山區(qū)裝配式橋梁設(shè)計(jì)中需遵循的原則

3.1 滿足橋梁安全使用與耐久性能

山區(qū)的橋梁建設(shè)如果選擇裝配式橋梁，在開展設(shè)計(jì)的過程中，需嚴(yán)格按照橋梁結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)定與耐用作為首要的設(shè)計(jì)原則，將橋梁的耐久性和安全性設(shè)計(jì)放在同等重要的位置，以避免后續(xù)在橋梁投入使用后因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)安全性、耐久性不足所引起的運(yùn)營問題。

3.2 遵循生態(tài)環(huán)境保護(hù)原則

山區(qū)橋梁施工可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的破壞，為符合綠色環(huán)保施工的要求，在前期的設(shè)計(jì)工作中，也需考慮生態(tài)環(huán)保的要求。需根據(jù)山區(qū)地形地勢、水文土質(zhì)等情況制定最為環(huán)保的設(shè)計(jì)方案，使得施工建設(shè)時(shí)，對(duì)山區(qū)原有生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響相對(duì)較小[2]。

3.3 遵循經(jīng)濟(jì)效益最大化原則

山區(qū)橋梁的建設(shè)難度大，為克服現(xiàn)場諸多不利條件的限制，在開展施工建設(shè)的過程中，同樣需考慮經(jīng)濟(jì)方面的因素。如果裝配式橋梁方案的成本非常大，超過了建設(shè)方原有的預(yù)期，就不可能執(zhí)行該方案。因此，在山區(qū)裝配式橋梁的設(shè)計(jì)中，有關(guān)人員要做好經(jīng)濟(jì)性的分析與論證。

4 山區(qū)裝配式橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

山區(qū)的地形地勢復(fù)雜，在開展橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮的因素相對(duì)較多，有關(guān)設(shè)計(jì)人員要依據(jù)對(duì)山區(qū)現(xiàn)場的環(huán)境分析和調(diào)查，選擇出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的橋梁方案。裝配式橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下要點(diǎn)。

4.1 橋梁結(jié)構(gòu)與跨徑設(shè)計(jì)

對(duì)于山區(qū)的裝配式橋梁來說，結(jié)構(gòu)與跨徑是設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)關(guān)注的方面，如果在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中選擇常規(guī)的U形梁結(jié)構(gòu)，在后續(xù)的施工建設(shè)中，可能會(huì)因?yàn)樯絽^(qū)現(xiàn)場的曲線半徑、超高緩和段等存在較大的技術(shù)難題，而影響到最終的橋梁建設(shè)質(zhì)量。因此，為克服在裝配式橋梁中U形梁結(jié)構(gòu)的劣勢，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要對(duì)比U形梁和箱梁結(jié)構(gòu)，將二者組合形成新的U形梁結(jié)構(gòu)，經(jīng)由這種結(jié)構(gòu)在山區(qū)裝配式橋梁中的應(yīng)用，可有效發(fā)揮其優(yōu)勢。根據(jù)山區(qū)裝配式橋梁的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，空心板梁條件下，當(dāng)跨度在20 m的情況下，工程的經(jīng)濟(jì)效益是最高的，一旦跨度尺寸超出了這一條件，橋梁的經(jīng)濟(jì)性無法保障。通過對(duì)空心板、小箱梁和T形梁的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，小箱梁與T形梁的成本偏低，一旦橋梁的跨徑超過了20 m，更適宜采用T形梁結(jié)構(gòu)[3]。T形梁結(jié)構(gòu)較為簡單，受力分析容易，在施工建設(shè)的過程中，為達(dá)到質(zhì)量目標(biāo)，只需要遵守相應(yīng)的施工規(guī)范即可。當(dāng)下在很多山區(qū)裝配式橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，都采用的是T形梁結(jié)構(gòu)，利用此結(jié)構(gòu)能夠體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)、社會(huì)方面的效益。

山區(qū)裝配式橋梁的設(shè)計(jì)中，為達(dá)到良好的施工效果，一般要選擇標(biāo)準(zhǔn)跨徑尺寸，可選擇的尺寸為20 m、25 m、30 m、40 m、50 m這幾種。如果在現(xiàn)場的橋梁設(shè)計(jì)中，選擇的是50 m以上的跨徑尺寸，將無法保障橋梁經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)，且在后續(xù)施工作業(yè)的進(jìn)行中，不論是運(yùn)輸還是施工作業(yè)中，都會(huì)遇到難題。選擇使用標(biāo)準(zhǔn)跨徑尺寸，可在現(xiàn)場的橋梁施工作業(yè)中，大大減少施工工序，保障加工制作的便捷性。但實(shí)際上，山區(qū)地形條件是比較惡劣的，因?yàn)榈匦螚l件的復(fù)雜性，線路選擇可能無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，這就要求相關(guān)人員在設(shè)計(jì)工作中，需根據(jù)對(duì)山區(qū)情況的掌握，對(duì)跨徑尺寸進(jìn)行調(diào)整，如以某橋梁項(xiàng)目為例，該橋梁的曲線半徑尺寸偏小，臨近山體一側(cè)的結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性和安全性都不符合要求，為提高橋梁設(shè)計(jì)水平，最終選用了跨徑標(biāo)準(zhǔn)尺寸與非標(biāo)準(zhǔn)尺寸相結(jié)合的形式，在這種形式下，雖然現(xiàn)場的施工作業(yè)量明顯增大，但工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性卻大大增強(qiáng)。

4.2 墩臺(tái)形式設(shè)計(jì)

在橋梁工程中，墩臺(tái)是橋梁的重要結(jié)構(gòu)，為上部結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)，在實(shí)施裝配式橋梁的設(shè)計(jì)中，也需根據(jù)橋梁現(xiàn)場的情況，來進(jìn)行墩臺(tái)形式的選擇。山區(qū)的地形條件是墩臺(tái)設(shè)計(jì)中需考慮的重點(diǎn)因素，就現(xiàn)階段山區(qū)裝配式橋梁的設(shè)計(jì)來看，其橋臺(tái)大多都設(shè)置在山坡部位，這種位置選擇，使橋臺(tái)的承載力、橫向坡度尺寸都相對(duì)較大，可選擇重力U形、肋板臺(tái)與柱式臺(tái)。如果山區(qū)橋梁現(xiàn)場的坡度相對(duì)緩和，更適宜選擇肋板臺(tái)和柱臺(tái)式；如果現(xiàn)場的地勢較為陡峭，或者地質(zhì)條件相對(duì)惡劣，U形臺(tái)更為合適。橋梁設(shè)計(jì)的過程中，有關(guān)設(shè)計(jì)人員要做好對(duì)臺(tái)后土壓數(shù)據(jù)的掌握和計(jì)算，如果標(biāo)準(zhǔn)填土高度達(dá)到了相應(yīng)的要求，U形臺(tái)的高度應(yīng)≤8 m，而肋板臺(tái)、柱式臺(tái)分別應(yīng)在12 m、5 m以內(nèi)[4]。為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化，具體的設(shè)計(jì)工作中要加大對(duì)現(xiàn)場地形條件的利用，對(duì)U形臺(tái)部分的加固處理，可采用臺(tái)階方式，通過這種處理方式，可大大降低現(xiàn)場施工的成本消耗；而對(duì)于基礎(chǔ)處理的部分，則可通過碎石土或者片石回填的方式來提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。從山區(qū)裝配式橋梁的結(jié)構(gòu)性能和特點(diǎn)來看，其穩(wěn)定和安全的目標(biāo)能否達(dá)到，必須保障橋墩的設(shè)計(jì)質(zhì)量，特別要注意橋墩高度的控制。如果橋墩高度≤20 m，為矮橋墩，可選擇圓形的橋墩形式；當(dāng)橋墩高度在20～40 m時(shí)，一般可選擇薄壁墩，這種橋墩單重小且成本低；如果墩身高度>40 m，由于橋梁對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性有更高的要求，就需要選擇矩形薄壁或者全幅雙柱式大挑臂墩[5]。

4.3 支座設(shè)計(jì)

對(duì)于山區(qū)裝配式橋梁來說，橋墩的高度比較高，縱坡坡度大，這種特點(diǎn)使橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨較大的難題，一旦缺乏對(duì)這一特點(diǎn)的考慮，可能會(huì)在橋梁投入使用后發(fā)生上部結(jié)構(gòu)下移的情況。因此，為解決這一方面的問題，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，需在橋梁主梁的縱向位置上進(jìn)行限位結(jié)構(gòu)的布設(shè)，在布設(shè)了限位結(jié)構(gòu)以后，可有效抑制橋梁使用時(shí)主梁的滑移。如果從曲面橋支反力和曲線橋變位方向的角度來進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，最好采用盆式支座，可大大提高承載力。

4.4 與高路基、陡邊坡的處理設(shè)計(jì)

相關(guān)設(shè)計(jì)人員要依據(jù)對(duì)山區(qū)現(xiàn)場情況的分析，對(duì)比現(xiàn)場適合采用高路基方案還是陡邊坡方案。從大量的山區(qū)橋梁工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)來看，高路基施工方案在相近隧道處峽谷較淺的地方使用較多，其優(yōu)勢是隧道土方的運(yùn)送更為便捷且高效；如果現(xiàn)場填土的運(yùn)送距離相對(duì)較遠(yuǎn)，通過架橋的方式可避免邊坡失穩(wěn)的問題。因?yàn)樯絽^(qū)現(xiàn)場環(huán)境的特殊性，如果采用路基填筑的施工方案，可能會(huì)使路基呈現(xiàn)高低不一的情況，一側(cè)填方會(huì)明顯高于另一側(cè)，在后續(xù)預(yù)制板拼接作業(yè)的進(jìn)行中，需考慮路基填方的這種高度差異，有針對(duì)性地進(jìn)行相應(yīng)的處理。在一些山區(qū)橋梁中，會(huì)選擇半幅橋梁半幅路基的方案，在此方案執(zhí)行時(shí)，需在路基部分進(jìn)行擋土墻的布設(shè)，以通過擋土墻來進(jìn)行邊坡的加固。

5 結(jié)語

在一些山區(qū)橋梁中采用的是裝配式橋梁方案，為使裝配式橋梁設(shè)計(jì)滿足山區(qū)橋梁的建設(shè)要求，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，有關(guān)人員需加大對(duì)山區(qū)情況的調(diào)研，在調(diào)研基礎(chǔ)上進(jìn)行裝配式橋梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可滿足山區(qū)現(xiàn)場施工的基本要求。