山區(qū)公路橋梁設(shè)計與質(zhì)量控制的研究

柳文正　王有根

摘 要：隨著我國交通業(yè)的迅速發(fā)展，公路覆蓋面逐步擴(kuò)大，城市與山區(qū)之間的聯(lián)系交往也越來越方便。國家為了扶持山區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大量興建山區(qū)公路，但是其特殊的地理環(huán)境給公路施工帶來一定難度。本文以湖南武陵山片區(qū)山區(qū)地理特征為基礎(chǔ)，結(jié)合筆者多年公路橋梁設(shè)計實踐經(jīng)驗，對山區(qū)公路橋梁建設(shè)的方法和安全性進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：山區(qū)公路；橋梁設(shè)計；質(zhì)量控制的研究

隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，山區(qū)、邊區(qū)的經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，山區(qū)公路的大量修建，方便了山區(qū)交通的同時也提高了山區(qū)人們的生活水平。但是山區(qū)地形特殊，公路修建難度大，尤其是與普通公路相比，山區(qū)公路橋梁隧道所占比例大，有些山區(qū)公路橋梁隧道比例甚至占到了總里程的七成以上。因此，要改善落后地區(qū)特別是山區(qū)的交通狀況，需要從搞好橋梁設(shè)計與施工入手，多建設(shè)一大批高品質(zhì)、高等級的山區(qū)公路，推動欠發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會又好又快發(fā)展。

1 橋梁主要類型

保證道路順利跨越天然或者人工障礙物是修建橋梁的主要目的和用途。橋梁的基礎(chǔ)由五部分組成，分別是橋跨、支座系統(tǒng)、橋墩、橋臺和墩臺，另外還有五個小部件則是橋面鋪裝、防排水系統(tǒng)、欄桿、伸縮縫和燈光等五個。橋梁一般分為小、中、大、特大橋，是按照其跨徑和多跨總長來分，按照橋梁結(jié)構(gòu)也可以分為梁式、拱式、鋼架橋、索纜承重橋四種基本體系，還有組合體系橋。其多跨總長（L）和單跨總長（L0）與橋梁分類關(guān)系如下表：

2 橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 一般設(shè)計原則

山區(qū)橋梁的設(shè)計有固定標(biāo)準(zhǔn)，跨徑也有固定規(guī)格，一般有16m，20m，25m，30m，35m，40m，50m幾種。其橫斷面主要有三種形式，分別是空心板、T梁和小箱梁，各有其優(yōu)勢和缺點。當(dāng)橋梁跨徑小于30m時，多采用小箱梁。因為箱梁較之于空心板不僅橫向整體性好，而且跨越能力強(qiáng)，使得行車很舒適，也能有效減少后期養(yǎng)護(hù)費用。同時，和T梁相比，由于其上部材料工程數(shù)量少，有效減低了工程造價。所以，跨徑在20m到35m之間的橋梁，小箱梁應(yīng)用最多。當(dāng)橋梁跨徑達(dá)到40m，50m時，宜采用T梁，因為在吊裝質(zhì)量上T梁要比小箱梁小。但是當(dāng)T梁的跨徑達(dá)到50m時，由于其內(nèi)外梁差過大，跨中矢高過大等問題的出現(xiàn)，一般不再被選用。T梁之間的連接方式主要有兩種，分別是鉸接和剛接。只傳遞剪力是鉸接的一個顯著特點，車輛荷載等在鉸接縫處的彎矩由現(xiàn)澆橋面板承受。這時為了盡量防止鉸接處縱向裂縫的出現(xiàn)，一般采用加厚現(xiàn)澆橋面板的方法，這就增加了橋梁的恒重，不利于橋梁長久使用，因此一般采用剛接的方法。當(dāng)連續(xù)梁超過50m時，在具備一定水平施工條件時，就應(yīng)該采用現(xiàn)澆箱梁，以最大化提升橋梁整體抗震性能，并滿足其路線平縱變化。

2.2 處理好橋梁上部設(shè)計中的兩個關(guān)系

橋梁跨徑和墩高的關(guān)系，一般的，橋梁卡跨徑和墩高比例在黃金比例（0.618）和1之間。但是，由于山區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，地形起伏很大，通常應(yīng)根據(jù)需要選擇一種恒定跨徑，而不是根據(jù)墩高的改變而改變跨徑。但是當(dāng)墩高變化很大時，可以采用組合跨徑，一般跨徑組合有20m與30m、30m與40m兩種。具體選擇方案還要綜合考慮橋址周圍環(huán)境和經(jīng)濟(jì)成本等因素。

橋梁上部板或梁和平面曲線半徑之間的關(guān)系。墩臺布置時，其內(nèi)外梁長不等，差值的大小受曲率半徑影響，半徑越大，梁長差越小。針對此問題，目前成熟的解決方法有以下兩種，分別是：①變化梁長，其依據(jù)是平面半徑的變化；②通過加大帽梁和封錨端的處理使得梁長不變兩種方法各有優(yōu)劣，是實際施工中要結(jié)合具體要求選取。而中矢高方面，中矢高在10cm以下時，為使其適應(yīng)平面線性，可調(diào)整護(hù)墻內(nèi)緣；當(dāng)中矢高在10cm以上時，為保證現(xiàn)澆面板以及護(hù)墻適應(yīng)平面線性，可以使預(yù)制梁按實際曲線預(yù)支，或在預(yù)制T梁邊梁時多預(yù)支一段。第二種辦法較之于第一種，經(jīng)濟(jì)成本有所增加，但綜合考慮，仍是較優(yōu)選擇。

3 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 矮墩設(shè)計

橋墩設(shè)計在其高度小于30m時，一般采用Y型薄壁墩或者柱式墩，其中因為柱式墩外觀質(zhì)量容易控制，所以比較常用。柱式墩主要有圓柱式和方柱式，與地基銜接都很方便。單從柱體受力上分析，截面積相等的情況下，方柱不僅受力優(yōu)于圓柱，而且其抗彎剛度也比圓柱要大。當(dāng)橋梁體系是連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)時，方柱比圓柱更容易通過調(diào)整兩個方向上的尺寸來控制其剛度。但是方柱墩柱與墩基的連接必須借助于樁帽才能完成是其一個大缺點，這樣做不僅加大了工程量，還易造成邊坡不穩(wěn)。在橋梁設(shè)計時，要根據(jù)具體情況，結(jié)合施工地地理特征，綜合考慮合理選擇是使用方柱還是圓柱。

3.2 高墩設(shè)計

橋墩一聯(lián)高于30m而又低于40m時，要做成等截面空心薄壁墩。橋墩最高墩不低于30m而低于40m時，橋墩應(yīng)采用變截面薄壁空心墩，其順橋向坡比以45：1最佳。當(dāng)橋墩墩高超過50m時，空心薄壁墩的斷面尺寸應(yīng)該加大。在具體設(shè)計施工時，橋墩的布置應(yīng)結(jié)合橋址范圍內(nèi)地形特點，并綜合考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)狀況和地上建筑物等因素的影響，選擇出最適合的施工方案。另外，在一些特殊的河道橋梁設(shè)計時，要因地制宜。比如一些河道不明顯的河流，斜橋會有一兩個橋墩處于主槽中，因局部沖刷的增大會嚴(yán)重阻水，此時就要考慮選用獨柱正橋布孔。

3.3 橋臺設(shè)計

目前重力式U型臺、助板臺、樁柱式臺在我國山區(qū)公路橋梁中應(yīng)用最廣。其中又以重力式U型臺最常使用。因為根據(jù)《墩臺與基礎(chǔ)》中規(guī)定，U型臺的填土范圍在4m到10m之間，所以U型臺高度不宜超過10m。由于橋臺起到銜接路橋的作用，在橋梁總體設(shè)計時應(yīng)考慮以下幾方面問題對橋臺的影響：山區(qū)或者河谷的橫坡在比較陡峭的情況下，上部結(jié)構(gòu)的長短嚴(yán)重影響橋臺的高度。為了減少橋梁工程的質(zhì)量隱患，設(shè)計時應(yīng)即使加長橋長也要盡可能降低橋臺高度。另外，當(dāng)橋臺處于一些特殊地段，如山坡橫向破很陡的地方，應(yīng)該用U型橋臺，其臺階設(shè)置應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)內(nèi)外側(cè)的高差進(jìn)行。由于臺階施工技術(shù)的需要，低一級的級坑開挖面中有高一級的基底，但該部分的基地土不是原狀土，設(shè)計時為了防止臺身的剪切破壞和豎向開裂，要采用填碎石或者石混凝土處理。

4 加強(qiáng)橋梁設(shè)計中的安全性和耐久性

4.1 應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的耐久性問題

化學(xué)物質(zhì)（如酸雨）的侵蝕、風(fēng)雨、荷載、車輛等的影響都是橋梁使用壽命降低的原因。

因此，橋梁在使用過程中，損傷和劣化很難避免。上世紀(jì)八十年代以來，我國在大跨橋領(lǐng)域大量施工，建造了很多斜拉橋，雖很少有嚴(yán)重?fù)p傷的，但老化問題已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重。有很多拉索橋的拉索耐久性不足，不得不更換，不僅耗費人力物力，還限制了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以橋梁的耐久性不足，很大程度上影響了橋梁建設(shè)技術(shù)的發(fā)展。

4.2 重視對疲勞損傷的研究

由于車輛荷載和風(fēng)荷載等都是動荷載，其產(chǎn)生的循環(huán)變化的應(yīng)力對橋梁損傷很嚴(yán)重，不僅使橋梁結(jié)構(gòu)振動，還會使橋梁積累結(jié)勞損傷。同時，由于橋體所用材料并不具有均勻性和連續(xù)性，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)上存在缺陷。尤其是在動荷載時，這些缺陷會形成橋梁損傷，嚴(yán)重時還能造成橋梁宏觀裂紋的出現(xiàn)。一旦裂紋出現(xiàn)，很難得到有效控制，材料、結(jié)構(gòu)會因之形成脆性斷裂，給橋梁帶來毀滅性災(zāi)難，所以一定要做好對橋梁早期疲勞的預(yù)防工作，防止其安全事故的發(fā)生。

4.3 對橋梁超載問題進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管

橋梁超載嚴(yán)重降低了橋梁的使用壽命，我國橋梁超載現(xiàn)狀不容樂觀。橋梁的超載使用原因總結(jié)起來不外乎以下幾種：①橋體建造年限過久，超齡運營；②橋梁實際承載車流量超過設(shè)計承載車流量；③經(jīng)過橋體的車輛超載。前兩種超載的形成主要是因為設(shè)計荷載不足和交通量的增加超過預(yù)期，很難進(jìn)行控制，最后一種超載是因為車輛的違規(guī)駕駛，在我國運輸業(yè)較為普遍。由于超載會加大橋梁應(yīng)力幅度，使其損傷加快，嚴(yán)重的還有可能破壞橋梁結(jié)構(gòu)。所以要延長橋梁使用壽命，增加橋梁使用安全性，就要建立健全相應(yīng)制度，對橋梁超載問題進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管。

5 總 結(jié)

山區(qū)公路設(shè)計復(fù)雜，應(yīng)多角度考慮，結(jié)合施工地地理條件，靈活運用各項施工技術(shù)，以確保線性均衡性和連續(xù)性，并且盡量做到與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的協(xié)調(diào)。除了加強(qiáng)對施工人員的監(jiān)管外，施工單位要從橋梁設(shè)計理念、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面出發(fā)，結(jié)合已有設(shè)計經(jīng)驗，綜合考慮疲勞和超駕對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，建設(shè)處高質(zhì)量的山區(qū)公路橋梁。

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