山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)問(wèn)題探討

楊 清 寶

(山西誠(chéng)達(dá)公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

當(dāng)代交通的快速發(fā)展，促進(jìn)了山區(qū)橋梁工程的發(fā)展。然而對(duì)整個(gè)工程的造價(jià)和使用功能起關(guān)鍵作用的是設(shè)計(jì)方案的合理性。在山區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)中稍有不慎便會(huì)引起施工困難和使用的安全問(wèn)題。為此，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)專家投入大量精力對(duì)山區(qū)橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究分析，提出了許多新的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。以下對(duì)山區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹和分析。

1 山區(qū)橋梁的特點(diǎn)

山區(qū)地形條件和地質(zhì)條件都比較復(fù)雜，因此在山區(qū)進(jìn)行公路的修建時(shí)橋隧比重較高。而山區(qū)公路橋梁的設(shè)計(jì)、修建主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

1.1 地形地質(zhì)

山區(qū)的地形地貌存在較大的落差，這些落差的變化較為劇烈，且落差變化的頻繁性也較高。除此之外，山區(qū)地質(zhì)的構(gòu)造也比平原地區(qū)復(fù)雜，修建中常常遇到巖溶、崩塌、煤層等不利于工程建設(shè)的地質(zhì)現(xiàn)象。結(jié)合高程變化和公路路線技術(shù)指標(biāo)的要求，在山區(qū)中常常修建彎坡橋，且橋墩高度普遍較高、墩臺(tái)的樣式也較多。

1.2 彎坡橋

山區(qū)彎坡橋的曲線要素主要是由障礙物、公路路線走勢(shì)及半徑大小控制的。其縱坡的坡度和長(zhǎng)度均應(yīng)符合路線設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。而山區(qū)地形起伏的劇烈程度往往會(huì)對(duì)橋梁墩臺(tái)的高度具有決定作用。因此山區(qū)常常會(huì)因?yàn)楹庸鹊木€型、地質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況以及水流的沖刷、侵蝕作用的影響而使得橋梁墩臺(tái)呈現(xiàn)為高度大、變化快的特點(diǎn)。同時(shí)為滿足路與橋的順利相接，防止橋頭出現(xiàn)跳車現(xiàn)象常常會(huì)在山區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)中采用多種形式的墩臺(tái)類型，而橋梁也會(huì)呈現(xiàn)為蜿蜒綿長(zhǎng)的特點(diǎn)。

2 橋梁結(jié)構(gòu)體系及設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)述

在山區(qū)對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)必須因地制宜，協(xié)調(diào)好橋梁結(jié)構(gòu)體系與山區(qū)地質(zhì)地形的關(guān)系，從而擬定幾個(gè)合適的橋梁設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其進(jìn)行比選。

2.1 橋梁體系的選擇

對(duì)橋梁體系的選擇具有決定作用的是橋梁的承載能力和當(dāng)?shù)氐氖┕l件。簡(jiǎn)支體系、組合體系及鋼結(jié)構(gòu)和連續(xù)體系是在山區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)中最常使用的體系，現(xiàn)對(duì)這些體系的應(yīng)用做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

2.1.1簡(jiǎn)支體系

在山區(qū)橋梁建設(shè)中簡(jiǎn)支體系的應(yīng)用最為廣泛，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性較高，不會(huì)受到基礎(chǔ)沉降、溫度變化等因素的影響而產(chǎn)生次內(nèi)力，有利于保證橋梁結(jié)構(gòu)使用過(guò)程的安全性。同時(shí)簡(jiǎn)支體系的每一跨都是獨(dú)立的，本跨受到損傷后對(duì)其他跨度的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響較小。簡(jiǎn)支梁的施工技術(shù)也較為簡(jiǎn)便，有利于現(xiàn)場(chǎng)施工，費(fèi)用也相對(duì)較低。但在同等跨度下與其他體系相比，簡(jiǎn)支體系的跨中內(nèi)力較大，因此混凝土結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)支梁跨度較小，適用于中小跨度的橋梁建設(shè)。但跨度較大時(shí)可以考慮自重較小的鋼結(jié)構(gòu)或組合梁。

2.1.2連續(xù)體系

連續(xù)體系在山區(qū)橋梁建設(shè)中的使用率也較高。連續(xù)體系最大的優(yōu)勢(shì)是具有較高的承載能力，增大了橋梁跨徑。且連續(xù)體系的整體性較好，也提高了行車過(guò)程的舒適性。但連續(xù)結(jié)構(gòu)受外界環(huán)境(溫度、地基沉降)的影響容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。且設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)施工階段進(jìn)行分析考慮，目前連續(xù)梁的施工有三種方式：現(xiàn)澆單支點(diǎn)連續(xù)、先簡(jiǎn)支后連續(xù)和先簡(jiǎn)支后雙支點(diǎn)連續(xù)。而現(xiàn)澆單支點(diǎn)連續(xù)施工較為困難，因此在山區(qū)橋梁建設(shè)中不常用。

2.2 橋梁方案選取

公路橋梁建設(shè)中由于橋梁的造價(jià)較高，往往需要對(duì)橋梁與路基方案進(jìn)行比選。而山區(qū)橋梁主要是為跨越河流、溝谷等障礙而設(shè)置的，其中受地形變化的因素而設(shè)置的旱橋占的比重較大。因此在做方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)路基的填方高度進(jìn)行限值選取，這是方案設(shè)計(jì)的核心，限值大小直接影響橋梁規(guī)模，決定工程總造價(jià)。一般在設(shè)計(jì)中對(duì)于路基填方超過(guò)20 m的情況下，才會(huì)對(duì)方案進(jìn)行比選。但不同的設(shè)計(jì)單位也會(huì)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮地質(zhì)、地形后進(jìn)行限值擬定。

3 山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

山區(qū)公路橋梁由于地形等因素的限制，在進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)常常采用標(biāo)準(zhǔn)化的配置和裝備，目前常用的跨度有：10 m,20 m,25 m,30 m等。通過(guò)同行業(yè)設(shè)計(jì)人員多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，筆者總結(jié)出以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)原則：1)橋梁跨徑與高度比在0.618～1范圍內(nèi)時(shí)，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。而在山區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)往往受到地形變化的影響并不能很好地保證這一經(jīng)濟(jì)性，因此常常采用組合跨徑來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。常用的有20 m和30 m的組合、30 m和40 m的組合。但在地形起伏較大、較為頻繁的地區(qū)由于頻繁改變跨徑不利于施工，因此可設(shè)計(jì)為一種跨徑。在對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以綜合考慮施工條件和地形條件擬定多個(gè)方案，從經(jīng)濟(jì)效益和施工周期、難易度對(duì)方案比選分析，確保橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)用性。2)山區(qū)橋梁建設(shè)往往容易受到現(xiàn)場(chǎng)情況的限制，對(duì)施工方法提出更高的技術(shù)要求。尤其是曲線橋和變寬橋的建設(shè)中，往往會(huì)采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的方法進(jìn)行施工，一方面加大了山區(qū)橋梁的施工難度，另一方面也會(huì)加長(zhǎng)施工周期。因此，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做好調(diào)查，依據(jù)實(shí)際情況縮小現(xiàn)澆段的距離或者改變現(xiàn)澆段的位置，降低山區(qū)橋梁施工的難度，提高施工過(guò)程的安全性。

3.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋梁中下部結(jié)構(gòu)的墩臺(tái)類型較多，在進(jìn)行橋墩設(shè)計(jì)時(shí)往往遵循以下幾點(diǎn)原則：1)橋墩高度低于25 m時(shí)，對(duì)比各類橋墩的受力性能和承載力性能后發(fā)現(xiàn)圓形和方形橋墩較為優(yōu)越，因此應(yīng)優(yōu)先使用圓柱形和方柱形橋墩。2)在橋墩高度為25 m～40 m時(shí)，考慮到力學(xué)性能和受力情況的均勻性可選用實(shí)心墩。3)當(dāng)橋墩高度大于40 m時(shí)考慮到實(shí)心墩的自重和承載能力，應(yīng)選用薄壁墩。橋臺(tái)造價(jià)較高，因此在山區(qū)往往會(huì)根據(jù)山區(qū)的地形設(shè)置10 m以內(nèi)的重力式橋臺(tái)，填土高度不宜設(shè)置太高，做橋臺(tái)基礎(chǔ)時(shí)還應(yīng)注意做好分階。若是地形容許的情況下，盡量選擇合適的位置設(shè)置橋臺(tái)，力求降低橋臺(tái)高度。

做基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)地質(zhì)情況選擇受力合理、施工方便的基礎(chǔ)類型。按照樁基礎(chǔ)的受力可以分為摩擦樁和嵌巖樁，但摩擦樁是在地形條件較為惡劣的情況下才采用的一種基礎(chǔ)。在地基基礎(chǔ)承載力較大的情況下可以采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，節(jié)約造價(jià)。但其開(kāi)挖量較大，容易造成邊坡不穩(wěn)，因此在開(kāi)挖后需對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。

3.3 曲線橋設(shè)計(jì)

曲線橋的布梁方法有兩種：加寬橋梁和彎橋折做。在設(shè)計(jì)中最常用的是在橫向上適當(dāng)?shù)貙蛄哼M(jìn)行加寬，或者對(duì)橋梁的中心線做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以滿足行車需要，比較適合應(yīng)用在小跨度的橋梁中。彎橋折做主要是通過(guò)設(shè)置多條折線來(lái)代替曲線，每孔的線形都為直線，但在橋墩處需進(jìn)行處理，滿足折角要求。曲線橋中墩臺(tái)布置形式較為多樣，主要有平行布置和徑向布置兩種。平行布置主要用在彎橋直做的情況下，保證橋梁軸線與墩臺(tái)軸線是處于相互平衡的。但如果橋梁采用的是整體式結(jié)構(gòu)就很容易成為歪斜橋，因此此方法一般在半徑較大且長(zhǎng)度較短的橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛。徑向布置橋墩是在橋墩位置沿著曲線橋的徑向做一個(gè)角度的旋轉(zhuǎn)，以滿足曲線行車和路線的要求。

在進(jìn)行山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)時(shí)除結(jié)合上述原則外，還需運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)采用最為安全可靠的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保橋梁的質(zhì)量和安全性才是設(shè)計(jì)最為基本的原則。