山區(qū)公路中小跨橋梁設(shè)計關(guān)鍵問題分析

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

在交通比較發(fā)達的北方地區(qū)，由于地勢低平，地形比較平緩，在進行公路路網(wǎng)的建設(shè)中發(fā)展速度極快，公路橋梁的建設(shè)也呈現(xiàn)出任務(wù)量大，難度相對較小的狀態(tài)。相對比而言，南方山區(qū)地帶公路橋梁的建設(shè)呈現(xiàn)出分布不均勻，設(shè)計難度大的特點。由于山區(qū)地形地勢的影響，使得山區(qū)公路橋梁的設(shè)計中存在很多的問題，為了更好的促進山區(qū)交通事業(yè)的發(fā)展，山區(qū)公路橋梁的設(shè)計必須更加精細，更加專業(yè)。本文在此基礎(chǔ)上主要對山區(qū)公路中小跨橋梁的設(shè)計中存在的相關(guān)問題進行了探討，希望能為同行業(yè)提供借鑒，進而促進山區(qū)公路交通事業(yè)的發(fā)展。

1 山區(qū)公路中小跨橋梁的特點

（1）地形地質(zhì)勘測存在一定的困難。由于山區(qū)公路的地勢特點，很多公路都是在新開發(fā)的山區(qū)，地形復(fù)雜，地質(zhì)多為堅硬的塊石，所以在進行設(shè)計前的勘測時，其高程的測量，橫斷面的測量及周圍地形的測量都存在一定的難度，這就給測量和設(shè)計人員極大的考驗，為了設(shè)計數(shù)據(jù)的準確性，需要測量人員具有嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和強大的克服困難的心態(tài)。

（2）很多橋梁都屬于高墩橋梁。山區(qū)地勢崎嶇，高低不平，所以在設(shè)計橋梁時，很多都是高墩橋梁。雖然高墩穩(wěn)定性強，且能夠滿足地形地勢的特點，但是由于高墩屬于柔性結(jié)構(gòu)，所以受施工的影響較大，對于橫向荷載的作用也比較明顯，同時地震作用對高墩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也十分不利，而山區(qū)屬于地震頻發(fā)區(qū)，因此，高墩結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生橫向位移，進而影響整座橋梁的穩(wěn)定性[1]。

（3）施工難度較大。山區(qū)地形的影響直接決定了橋梁的施工工藝，在平原地區(qū)橋梁的現(xiàn)澆工藝以及支架搭設(shè)工藝，在山區(qū)的很多橋梁建設(shè)處都不能應(yīng)用，因此在橋梁施工時，施工人員必須根據(jù)現(xiàn)場的地形特點選擇可用的施工方式，保證橋梁建設(shè)的順利進行。

2 山區(qū)公路中小跨橋梁設(shè)計中存在的問題

2.1 設(shè)計理念和設(shè)計方法不完善

山區(qū)公路中小跨橋梁在進行設(shè)計時，應(yīng)該充分了解橋址的地質(zhì)和地形，全面分析橋梁的受力及周圍環(huán)境的影響，選擇最合理的橋梁結(jié)構(gòu)。但在實際的設(shè)計過程中，由于一些因素的影響，導(dǎo)致橋梁在使用過程中出現(xiàn)了諸多的問題。首先，在設(shè)計時，設(shè)計者更多的看中經(jīng)濟效益，而忽略了環(huán)境的影響。在選擇橋梁結(jié)構(gòu)時，往往直接根據(jù)慣有的設(shè)計思路，選用最經(jīng)濟實惠的橋梁結(jié)構(gòu)形式，而并沒有關(guān)注到橋梁的耐久性，實用性等特點。在對于中小跨橋梁的細部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，更多的沿用以前的結(jié)構(gòu)形式，很少能夠主動研究橋梁的新技術(shù)，新施工工藝，進而導(dǎo)致橋梁設(shè)計好多年一成不變，進而使得山區(qū)很多橋梁在日益增多的交通量的影響下，出現(xiàn)了不同程度的損壞。其次，對于現(xiàn)階段的山區(qū)公路中小跨橋梁的設(shè)計來講，設(shè)計者更多的依賴于各種各樣的設(shè)計軟件，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市面上有很多的設(shè)計軟件，且設(shè)計功能越來越強大，這間接的導(dǎo)致了設(shè)計人員設(shè)計理念和設(shè)計方法的落后。在進行山區(qū)公路橋梁的設(shè)計時，設(shè)計人員為了盡快的完成任務(wù)，往往直接套用以往的標準圖。一味地照搬前輩們的設(shè)計圖，而并沒有融入自己對于橋梁的思考，這就直接導(dǎo)致了山區(qū)橋梁在設(shè)計上的千篇一律，毫無新意。因此，設(shè)計人員應(yīng)該時刻保持學(xué)習(xí)的心態(tài)，不斷的創(chuàng)新，開發(fā)新的設(shè)計思路和設(shè)計方法，加強學(xué)習(xí)，在橋梁設(shè)計中融入自己真實的思想，讓橋梁更加穩(wěn)固。

2.2 結(jié)構(gòu)選型存在偏差

在山區(qū)公路中小跨橋梁的設(shè)計中，最主要的是結(jié)構(gòu)的選擇。上部結(jié)構(gòu)形式，下部結(jié)構(gòu)形式以及橋梁支撐體系等的選擇?，F(xiàn)階段設(shè)計者的結(jié)構(gòu)選型存在一定的偏差，在進行橋梁結(jié)構(gòu)分析時，由于高墩以及復(fù)雜地質(zhì)地形條件的影響，設(shè)計者根據(jù)個人經(jīng)驗，往往進行不同的結(jié)構(gòu)簡化分析計算，以滿足規(guī)范要求，進而使得橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計上存在一些偏差，再加之施工過程中的誤差影響，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較低。

3 山區(qū)公路中小跨橋梁設(shè)計優(yōu)化

3.1 設(shè)計理念和方法的優(yōu)化

隨著交通量的日益增多，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計也應(yīng)該順應(yīng)新的規(guī)范要求。在進行山區(qū)公路中小跨橋梁的設(shè)計時，不應(yīng)該僅僅考慮經(jīng)濟因素，應(yīng)該更多的考慮橋梁的安全性和耐久性，考慮施工條件的可行性，充分研究了解山區(qū)公路的地形地質(zhì)條件，優(yōu)化橋梁設(shè)計。

另外設(shè)計者在進行山區(qū)公路中小跨橋梁的設(shè)計時，不能過度的依賴計算軟件，應(yīng)該活躍自己的思想，多分析計算結(jié)果的準確與否，將自己的思想融入設(shè)計中，擺脫設(shè)計軟件的束縛，而僅僅將其當作一個輔助工具。設(shè)計者在設(shè)計時還應(yīng)該樹立自主創(chuàng)新的意識，可以為橋梁增加一些文學(xué)元素，在原有參考圖的基礎(chǔ)上增添新的設(shè)計，有目的性的將原有形式的橋梁進行改造、優(yōu)化，提高橋梁的承載能力。

3.2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

3.2.1 橋梁結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化

對于山區(qū)公路中小跨橋梁來講，由于橋梁跨徑較小，所以，可以選用先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)形式，也可以選用連續(xù)剛構(gòu)體系。這兩種結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性較高，比較適合山區(qū)的地形地勢，還能增加車輛行駛的舒適性和安全性。另外，在進行結(jié)構(gòu)選型時，應(yīng)該根據(jù)山區(qū)的地勢特點，盡量選擇標準化，好施工的橋梁結(jié)構(gòu)，這樣便于控制橋梁的施工質(zhì)量。同時應(yīng)該盡可能的減少斜交橋和曲線橋的設(shè)計，對于特殊的地形，可以選用錯孔布置的方式，或者增大跨徑，加寬溝渠等等。

3.2.2 支撐體系的優(yōu)化

山區(qū)公路中小跨橋梁一般為空心板結(jié)構(gòu)或者箱梁、T 形梁結(jié)構(gòu)，在設(shè)計時根據(jù)橋梁周圍環(huán)境及各種荷載的作用情況，一般使用簡支結(jié)構(gòu)（橋面連續(xù)）或者先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)。由于簡支結(jié)構(gòu)中每跨橋梁單獨受力，結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定，施工簡便，因此在山區(qū)公路橋梁的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。但一些跨徑稍大的橋梁，則常選用先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)，該種支撐方式能夠很好的傳遞結(jié)構(gòu)的受力，保持結(jié)構(gòu)的整體性，進而保證橋梁在行進過程中的安全性和舒適性，在山區(qū)公路中小跨橋梁中也經(jīng)常使用[2]。

3.2.3 橋梁上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

由于山區(qū)公路地勢崎嶇，在一些材料的運輸上和結(jié)構(gòu)的施工中都存在一定的困難，因此，在選用上部結(jié)構(gòu)時，盡可能選用梁板式結(jié)構(gòu)及標準跨徑。箱梁、空心板及T 梁的適用范圍如表1所示，

表1 橋梁類型適用范圍

空心板結(jié)構(gòu)是目前橋梁設(shè)計中最簡單的結(jié)構(gòu)形式，其施工工藝也已經(jīng)相對成熟，由于其造價較低，受力相對穩(wěn)定，因此在山區(qū)公路中小跨橋梁中被經(jīng)常使用。但空心板結(jié)構(gòu)經(jīng)過長期的使用，容易出現(xiàn)一些板底裂縫，鉸接縫也比較容易脫落；相對比空心板來講，箱梁結(jié)構(gòu)適用的橋梁跨徑大一些，其整體性及結(jié)構(gòu)的抗扭性能較強，所以也經(jīng)常適用于山區(qū)公路中小跨橋梁中，但由于箱梁結(jié)構(gòu)預(yù)制工藝比較復(fù)雜，施工難度也較大，所以適用于多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)；T 形梁結(jié)構(gòu)的受力性能很好，自重也比較輕，抗變形能力較強，但T形梁結(jié)構(gòu)在預(yù)制和后期的變形維護及養(yǎng)護中都比較復(fù)雜，存在一定的困難。

3.2.4 橋墩臺結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

橋梁結(jié)構(gòu)中，下部結(jié)構(gòu)是主要的受力結(jié)構(gòu)，因此在設(shè)計時應(yīng)該格外嚴謹仔細。對于山區(qū)公路中小跨橋梁來講，下部結(jié)構(gòu)的選擇要充分考慮到地形地質(zhì)的影響以及施工因素的影響。山區(qū)公路中小跨橋梁結(jié)構(gòu)的橋墩一般為高墩柱結(jié)構(gòu)，其類型主要分為圓柱墩、方形墩、薄壁墩等，對于常規(guī)橋梁，圓柱墩的選擇較為常見，原因在于其施工質(zhì)量容易控制，構(gòu)造也更為簡單[3]。其余形式的橋墩結(jié)構(gòu)應(yīng)該根據(jù)橋梁現(xiàn)場的實際情況具體分析，綜合利用。橋墩基礎(chǔ)更多利用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、擴大基礎(chǔ)等，當橋梁所處山區(qū)地質(zhì)條件較好時可以選用擴大基礎(chǔ)，當橋梁所處的橫坡度和縱坡度較大時可以選用樁基礎(chǔ)，當?shù)刭|(zhì)條件較差，土層的摩阻力較小時，可以考慮縮小樁基間距，進而提高地基承載力，保持橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。橋臺結(jié)構(gòu)主要有樁柱式橋臺、重力式橋臺和肋板臺。在常規(guī)情況下，優(yōu)先選用樁柱式橋臺，當橋梁跨徑過小時，可以選用重力式橋臺，當橋臺較高時，可以選用肋板臺，來抵抗臺后土壓力[4][5]。

4 工程案例

4.1 工程概況

山區(qū)某一級公路跨越河渠，橋址處河道現(xiàn)狀為不規(guī)則的形狀，斷面為復(fù)式斷面，河口寬242 米，主河槽寬度為59 米，河底寬度為36.6 米，防洪流量238m/S，防洪水位：38.11 米，河底高程：32.950 米，邊坡坡度為1：3，坡頂高程為40.11。

4.2 橋梁結(jié)構(gòu)形式選擇

在該工程中，擬定了兩種設(shè)計方案，具體如下：

方案1：橋梁斜交角為120°，擬建11-20m 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，橋梁長220 米，橋?qū)挒? X（0.5m 護欄+凈-11m+1m 中央分隔帶），橋面鋪裝為10cm 瀝青混凝土+防水層+15cm 整體化混凝土，橋梁下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋臺處及兩個橋墩處設(shè)GQFC-60 伸縮縫，臺后設(shè)置8 米搭板。

方案2：擬建7-30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋，橋梁長210m，橋?qū)挒椋?X（0.5m護欄+凈-11m+1m 中央分隔帶）。橋面鋪裝為：10cm 瀝青混凝土+防水層+15cm整體化混凝土。橋梁下部采用柱式墩臺、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋臺處及2 個橋墩處設(shè)GQFC-60 伸縮縫，臺后設(shè)置8m 搭板。

兩種方案的優(yōu)缺點對比如表2

橋梁方案對比表2

根據(jù)該山區(qū)公路的特點以及該地區(qū)的抗震要求，最終選擇7-30m 預(yù)應(yīng)力T 梁結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)束語

山區(qū)公路橋梁是山區(qū)交通的重要連接樞紐，而中小跨橋梁則占據(jù)了其中的很大部分，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接關(guān)系到山區(qū)人民的出行安全，因此橋梁設(shè)計人員在設(shè)計時要綜合考慮地形地質(zhì)及各種設(shè)計要求，轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，自主創(chuàng)新，擺脫以往設(shè)計軟件的束縛，真正深入透徹的了解橋梁設(shè)計的各個部分，通過不斷的對比計算來確定橋梁的結(jié)構(gòu)形式，采取各種措施來滿足山區(qū)公路的地勢地質(zhì)要求，延長公路及橋梁的使用壽命，提高結(jié)構(gòu)的承載能力，為山區(qū)公路交通事業(yè)奉獻一份力量。