鄉(xiāng)村道路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制分析

潘嵩崧，羅淼平

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

鄉(xiāng)村道路上的橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多參考《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，設(shè)計(jì)荷載多采用城A 或城B。在鄉(xiāng)村道路實(shí)際車流量較小，極少有重車通行的車況下，參考《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般會(huì)產(chǎn)生一定的浪費(fèi)。考慮鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略方針，近期應(yīng)有大量鄉(xiāng)村道路需要進(jìn)行改造、提升。因此對(duì)鄉(xiāng)村橋涵結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是具有實(shí)際意義的。

1 工程概況

為積極響應(yīng)國(guó)家關(guān)于鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略方針、政策，廣東省某村鎮(zhèn)決定進(jìn)行鄉(xiāng)村道路整體化提升改造，本文以此美麗鄉(xiāng)村改造項(xiàng)目為藍(lán)本進(jìn)行論述。本項(xiàng)目工程處總面積約為28 km2，道路寬度控制為2.5～6 m，項(xiàng)目總體范圍見圖1。

圖1 項(xiàng)目范圍示意圖

2 結(jié)構(gòu)選型

本項(xiàng)目?jī)?nèi)村道跨越的均為當(dāng)?shù)販锨?，其溝渠的凈跨度?～16 m 居多。參考《公路涵洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3365-02—2020），在道路跨越排水溝槽處、通過農(nóng)田排灌渠道處、平原區(qū)路線通過較長(zhǎng)的低洼或泥沼地帶、傍山或沿溪路線暴雨時(shí)徑流易集中地帶以及邊溝排水需要時(shí)，均應(yīng)設(shè)置涵洞[2]。對(duì)于凈跨2 m及以下的溝渠，宜首選采用預(yù)制管涵結(jié)構(gòu)。對(duì)于凈跨2～10 m 的溝渠，宜首選箱涵結(jié)構(gòu)。對(duì)于10～18 m 跨徑的溝渠，可從預(yù)制板梁、現(xiàn)澆箱梁、小拱橋、箱涵結(jié)構(gòu)中選擇。

（1）若采用預(yù)制板梁橋，中小橋常用跨徑有10 m、13 m、16 m，可直接選用適當(dāng)跨徑的上部結(jié)構(gòu)拼裝使用，見圖2。但由于鄉(xiāng)村道路多較為偏遠(yuǎn)，運(yùn)費(fèi)較高。且村道路寬較小，應(yīng)對(duì)運(yùn)輸路線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，確認(rèn)預(yù)制梁是否可以運(yùn)達(dá)。同樣考慮到運(yùn)輸、吊裝的限制，對(duì)于單跨大于16 m 的橋梁，不建議采用預(yù)制板的形式進(jìn)行施工。

圖2 預(yù)制板梁橋

（2）若采用現(xiàn)澆箱梁橋或小拱橋，則需雇傭有經(jīng)驗(yàn)的施工單位，按順序施工樁基、承臺(tái)、橋臺(tái)、主梁，見圖3。其優(yōu)點(diǎn)在于可以做出多種造型，景觀性較好。其缺點(diǎn)在于現(xiàn)澆橋梁施工較為復(fù)雜，工序較為繁瑣，對(duì)施工隊(duì)要求較高。

圖3 現(xiàn)澆拱橋

（3）對(duì)于10～18 m 跨徑的溝渠，至多可采用三孔凈寬6 m 的多孔箱涵，見圖4。其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)整體性較好，經(jīng)久耐用，施工簡(jiǎn)單，工期較短，可就近雇傭施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。其缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)形式單一，景觀性較差。

圖4 多孔箱涵

綜上，對(duì)于鄉(xiāng)村道路跨越溝渠，同時(shí)考慮當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件、材料來源、施工能力，便于養(yǎng)護(hù)等等因素，采用單孔或多孔箱涵跨越溝渠最為經(jīng)濟(jì)與合理。當(dāng)跨徑大于18 m 或設(shè)計(jì)景觀性要求較高時(shí)，可酌情考慮采用現(xiàn)澆或預(yù)制梁橋結(jié)構(gòu)。

3 設(shè)計(jì)荷載

鄉(xiāng)村橋涵設(shè)計(jì)暫無單獨(dú)規(guī)范，一般采用城市橋涵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，目前使用的是《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011）（2019 版），其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載主要分為城-A 級(jí)與城-B 級(jí)。其中城-A 級(jí)車輛荷載采用單車70 t 重車標(biāo)準(zhǔn)，城-B 級(jí)車輛荷載采用單車55 t 重車標(biāo)準(zhǔn)。

但是橋涵實(shí)際承受的荷載，僅取決于橋涵頂面道路的實(shí)際交通車輛。由于鄉(xiāng)村一般僅作為交通網(wǎng)中的末節(jié)，其交通組成也鮮有大型交通車輛，多以電動(dòng)車、摩托車、三輪車以及私家車為主。此時(shí)若橋涵設(shè)計(jì)仍采用55 t 甚至70 t 的重大型貨車作為設(shè)計(jì)荷載，即使進(jìn)行折減也是過于保守的。

因此，橋涵的設(shè)計(jì)荷載，需與道路等級(jí)，路面凈寬，設(shè)計(jì)車速等結(jié)合起來。參考粵北某美麗鄉(xiāng)村改造項(xiàng)目，其村道凈寬控制在2.5～6 m 之間，現(xiàn)以實(shí)際項(xiàng)目為例對(duì)鄉(xiāng)村道路荷載等級(jí)進(jìn)行劃分。

對(duì)于路寬3～6 m 之間的道路，位于村道主干路上，用于通行中小貨車、農(nóng)用拖拉機(jī)以及私家車等。參考《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》[3]（GB 7258—2017），其載重不得超過14 t，考慮農(nóng)用車輛存在超載的情況，建議采用汽-20 作為設(shè)計(jì)荷載。汽-20 為《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[4]（JTJ01-88）提出的汽車荷載。經(jīng)調(diào)研建國(guó)以來過去很多鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)采用汽-20 作為橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載，使用至今少有因橋涵結(jié)構(gòu)垮塌造成的安全事故，說明舊時(shí)采用的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)還是可行的。

對(duì)于路寬小于等于3 m 的道路，位于村道支路上，多通行三輪車、摩托車、私家車等，建議采用汽-15 作為設(shè)計(jì)荷載。對(duì)于三輪車、私家車，其自重多在0.7～1.8 t 之間，且托運(yùn)空間及承載能力有限，汽-15 作為設(shè)計(jì)荷載完全能滿足使用要求。村道荷載標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 村道荷載標(biāo)準(zhǔn)表

當(dāng)然，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一些發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)村以及小城鎮(zhèn)與外界的物資交換日益頻繁，交通車輛或?qū)⒉幌抻谛⌒蛙囕v，也有可能會(huì)出現(xiàn)大型貨運(yùn)車輛等。因此，在一些發(fā)達(dá)地區(qū)的鄉(xiāng)村橋涵的設(shè)計(jì)荷載也不能一味的低于其他道路系統(tǒng)上的橋涵，而應(yīng)該考慮其交通發(fā)展的情況，合理的確定設(shè)計(jì)荷載。鄉(xiāng)村之間的主干路，其路寬多大于6 m，設(shè)計(jì)車速可大于40 km/h，此時(shí)考慮其交通網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的作用，建議設(shè)計(jì)荷載采用城-A，以保證其交通運(yùn)輸?shù)淖饔谩?/p>

4 跨渠結(jié)構(gòu)推薦形式

如前文所述，鄉(xiāng)村道路多跨越當(dāng)?shù)販锨?，跨徑多小?8 m，綜合考慮施工條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在此跨徑下建議首選涵洞結(jié)構(gòu)。對(duì)于跨徑小于2 m 的溝渠，推薦采用預(yù)制管涵結(jié)構(gòu)，可對(duì)應(yīng)渠寬直接購(gòu)買使用市面上的成品管涵。對(duì)于跨徑在2～18 m 范圍內(nèi)的溝渠，推薦采用箱涵結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)根據(jù)不同的跨徑，對(duì)箱涵結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，見表2。

表2 箱涵結(jié)構(gòu)尺寸表 單位：m

箱涵結(jié)構(gòu)見圖5，建議在箱涵側(cè)墻與頂?shù)装逯g設(shè)置20 cm×20 cm 的倒角，其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)推薦采用素混凝土墊層+ 碎石墊層的形式，但需根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)整。若箱涵底淤泥較厚，可考慮采用攪拌樁+ 碎石墊層作為箱涵基礎(chǔ)；若箱涵底基巖較強(qiáng)，可考慮利用基巖作為天然地基，僅設(shè)置一層C20 素混凝土作為施工面層。

圖5 箱涵結(jié)構(gòu)

5 推薦結(jié)構(gòu)計(jì)算

參考以上設(shè)計(jì)荷載及結(jié)構(gòu)形式，分別對(duì)應(yīng)單箱單室箱涵、單箱雙室箱涵、單箱三室箱涵進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。本次計(jì)算采用midas CIVIL 空間有限元軟件，用板單元模擬箱涵頂?shù)装寮皞?cè)墻，用彈性連接模擬土體對(duì)箱涵結(jié)構(gòu)的土彈簧約束作用，計(jì)算荷載主要考慮板頂車載、板頂土壓力、側(cè)向土壓力以及底板水浮力。箱涵有限元模型見圖6。

圖6 箱涵有限元模型

6 推薦結(jié)構(gòu)配筋

對(duì)于箱涵結(jié)構(gòu)配筋，多采用頂?shù)装寮皞?cè)墻鋼筋焊接成一個(gè)鋼筋骨架形式，其通用配筋形式見圖7、圖8。

圖7 單箱三室箱涵結(jié)構(gòu)配筋形式

圖8 單箱三室箱涵結(jié)構(gòu)配筋骨架

對(duì)于箱涵結(jié)構(gòu)，其頂?shù)装鍣M向1 號(hào)與4 號(hào)鋼筋，及側(cè)墻豎向5 號(hào)鋼筋為受力主筋，需焊接成鋼筋骨架，鋼筋直徑多采用16～32 mm。對(duì)于其斷面縱向鋼筋及倒角鋼筋為構(gòu)造鋼筋，直徑多采用12～16 mm。結(jié)合有限元計(jì)算結(jié)果，對(duì)于城-A 荷載作用下的箱涵，其鋼筋指標(biāo)可按250 kg/m3估量。對(duì)于城-B 荷載作用下的箱涵，其鋼筋指標(biāo)可按220 kg/m3估量。對(duì)于汽-20 荷載作用下的箱涵，其鋼筋指標(biāo)可按180 kg/m3估量。對(duì)于汽-15 荷載作用下的箱涵，其鋼筋指標(biāo)可按160 kg/m3估量。

7 附屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化

7.1 橋面系

對(duì)于鄉(xiāng)村道路，其路面結(jié)構(gòu)多采用混凝土路面及鋪石路面。對(duì)于預(yù)制空心梁板橋，可加厚現(xiàn)澆層，直接利用現(xiàn)澆層混凝土作為路面結(jié)構(gòu)。若采用現(xiàn)澆箱涵結(jié)構(gòu)，可考慮將箱涵頂板加厚，加鋪一層鋼筋網(wǎng)作為路面層，見圖9。

圖9 箱涵頂板兼做路面層

7.2 防撞護(hù)欄

參考公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范，一般跨越河涌的橋涵結(jié)構(gòu)，均需設(shè)置防撞墻。但對(duì)于鄉(xiāng)村道路多跨越小型河涌溝渠，且設(shè)計(jì)車速較低，橋涵可考慮不設(shè)計(jì)防撞墻，以高基座欄桿替，見圖10。

8 結(jié)語(yǔ)

本文從實(shí)際項(xiàng)目出發(fā)，統(tǒng)計(jì)了某縣區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村道路的跨河形式，綜合比選了各結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣性，并按照村道等級(jí)的不同提出對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)荷載以及推薦結(jié)構(gòu)。對(duì)后期鄉(xiāng)村振興提升項(xiàng)目，可根據(jù)村道的寬度、車速、用途來參考使用本文推薦的跨涌結(jié)構(gòu)尺寸及鋼筋指標(biāo)，并以此為基礎(chǔ)估算對(duì)應(yīng)跨涌結(jié)構(gòu)的造價(jià)，是具有實(shí)際的指導(dǎo)作用的。

圖10 路側(cè)高基座護(hù)欄