山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題探究

胡 輝 , 方 艷

（1.南昌市公路橋梁工程處，江西南昌 330000；2.江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，泰和管理中心，井岡山機(jī)場(chǎng)所，江西吉安 343700）

1 山區(qū)高速公路橋梁的特點(diǎn)

山區(qū)高速公路的特點(diǎn)首先是山區(qū)地形復(fù)雜，表現(xiàn)為地表高差大、變化頻繁、橫坡陡等；其次是山區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，山區(qū)除了平原區(qū)的軟土、鹽漬土、液化土、巖溶、采空區(qū)等不良地質(zhì)外，還有崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害地質(zhì)，且分布范圍廣；此外，山區(qū)水系眾多，水文條件復(fù)雜；最后，山區(qū)高速公路的修建，還需著重考慮山區(qū)的自然環(huán)境，正確的處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與自然環(huán)境的關(guān)系，以最大限度的保護(hù)區(qū)域自然環(huán)境。山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜惡劣，導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)繁雜。橋梁結(jié)構(gòu)的選取也至關(guān)重要，常見的結(jié)構(gòu)為鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)。

2 山區(qū)曲線預(yù)制梁橋梁、板布設(shè)問題

預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁就是將橋梁的梁、板等上部結(jié)構(gòu)先行預(yù)制好后，直接架設(shè)到橋梁的下部結(jié)構(gòu)上。預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，施工方便快捷，可以從設(shè)計(jì)到施工上批量生產(chǎn)，是一種造價(jià)較低而又高效的設(shè)計(jì)方案，因而成為了西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的首選方案。然而，預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁在其省錢而又高效的同時(shí)，也有一定的局限性。預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁的上部結(jié)構(gòu)理論上來說必須是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度跨徑；預(yù)制結(jié)構(gòu)梁、板全都為直線結(jié)構(gòu)，然而，山區(qū)高速公路橋梁中直線結(jié)構(gòu)橋梁很少，大部分均為彎橋。因此，如何把直線預(yù)制的梁、板布設(shè)到平曲線上成為了預(yù)制結(jié)構(gòu)在山區(qū)高速公路橋梁架設(shè)中的又一重要問題，主要有墩臺(tái)等角度布置和各墩臺(tái)平行布置兩種方式。

2.1 墩臺(tái)等角度布置

墩臺(tái)等角度布置結(jié)構(gòu)的橋墩中心線與橋臺(tái)中心線交點(diǎn)處的切線所成角度均相同，橋墩與橋臺(tái)的中心線互不平行，各橋墩蓋梁長(zhǎng)度全部相同。墩臺(tái)等角度布置通常為等90°布置即徑向布孔。

墩臺(tái)等角度布置時(shí)，內(nèi)外梁梁長(zhǎng)不相等，一般通過等梁長(zhǎng)法和變梁長(zhǎng)法來解決。等梁長(zhǎng)法適用于曲線半徑較大的情況，將預(yù)制梁預(yù)制成標(biāo)準(zhǔn)跨徑等梁長(zhǎng)，而梁長(zhǎng)的變化則通過現(xiàn)澆梁端長(zhǎng)度或連續(xù)梁現(xiàn)澆中橫梁的寬度來調(diào)整。當(dāng)曲線半徑較小時(shí)，內(nèi)外弧差較大，導(dǎo)致內(nèi)外梁長(zhǎng)度差別較大，此時(shí)采用變化預(yù)制梁長(zhǎng)度的方法來適應(yīng)曲線引起的梁長(zhǎng)變化，也即變梁長(zhǎng)法。變梁長(zhǎng)法雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但施工難度較大，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用等梁長(zhǎng)法。

2.2 各墩臺(tái)平行布置

各墩臺(tái)平行布置時(shí)，各孔預(yù)制板長(zhǎng)度相等，但由于板端角度不同，墩、臺(tái)長(zhǎng)度不一致，使得設(shè)計(jì)和施工相對(duì)復(fù)雜。

墩臺(tái)平行布置通常有按直線布板和按折線布板兩種方式。按直線布板時(shí)，橋墩中心線與橋梁中心線所成角度相同，各橋墩中心線互相平行，直線布板設(shè)計(jì)和布板方便簡(jiǎn)單，但采用這種方法需要犧牲平面線形的曲線協(xié)調(diào)性，因而只是用于長(zhǎng)度較短且曲線矢高不超過20cm的中、小橋。按折線布板時(shí)，橋墩中心線與橋梁中心線所成角度各不相同，各橋墩蓋梁長(zhǎng)度各不相同，上部結(jié)構(gòu)板長(zhǎng)相同，每孔內(nèi)預(yù)制板角度相同但各孔板角度均不同。折線布板適用于曲線矢高大于20cm的情況。

3 山區(qū)高墩橋梁下部柔性高墩設(shè)計(jì)問題

受山區(qū)復(fù)雜地形及公路線形的影響和制約，山區(qū)公路橋梁大部分為高墩、大跨橋的結(jié)構(gòu)，然而，隨著橋梁跨度的增大，橋墩的截面尺寸也需相應(yīng)增加，這必然使得橋梁下部結(jié)構(gòu)的工程量增大，工程造價(jià)增高。為了減少工程材料，降低工程造價(jià)，近年來提出了柔性橋墩的設(shè)計(jì)方法，柔性橋墩在實(shí)現(xiàn)橋梁下部構(gòu)造輕型化的同時(shí)，還能減少水平外力對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的影響。

柔性高墩結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法為集成剛度法。集成剛度法把單層連跨結(jié)構(gòu)逐跨濃縮為兩端具有抗推(拉)的彈性支承的單跨結(jié)構(gòu)，從而使得計(jì)算量大大減少。結(jié)構(gòu)抗推（拉）的剛度可用彈簧表示，剛度的集合，可用若干串、并聯(lián)在一起的彈簧模型模擬。連續(xù)梁橋的橋墩與其支座的集成剛度可認(rèn)為是串聯(lián)關(guān)系，而各個(gè)橋墩之間的集成剛度是并聯(lián)關(guān)系。

4 山區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題

橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)橋梁的質(zhì)量和正常使用起著決定性的作用。山區(qū)公路橋梁的墩臺(tái)基礎(chǔ)形式主要有鉆孔樁基礎(chǔ)和明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)兩類。一般來說，對(duì)于地質(zhì)條件較好，巖層埋藏位置較淺、基巖穩(wěn)定、山體平緩等的橋位處，優(yōu)先選擇明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。對(duì)于小型構(gòu)造物如涵洞、通道等，一般也設(shè)計(jì)為淺基礎(chǔ)。對(duì)于載荷較大，地基上部土層較軟，適宜的地基持力層位置較深時(shí)，可考慮采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)核心是在滿足單樁承載力的前提下，以摩擦樁樁長(zhǎng)作為控制指標(biāo)；嵌巖樁一般取用雙控指標(biāo)：基巖強(qiáng)度和嵌巖深度。此外，山區(qū)橋梁地形、地質(zhì)、生態(tài)條件復(fù)雜，實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)在綜合考慮地形、地質(zhì)條件的同時(shí)，還需慎重考慮對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

5 鋼筋混凝土的耐久性問題

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土對(duì)鋼筋起保護(hù)作用并提供結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度，而鋼筋提供結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，因此，鋼筋混凝土的材料性能衰退主要有混凝土中鋼筋的銹蝕和混凝土本身性能衰退這兩個(gè)方面。混凝土中鋼筋的銹蝕主要由電化學(xué)過程而引起，不僅受本身的晶格結(jié)構(gòu)差異、化學(xué)組成不同、受力程度不同、鈍化膜不連續(xù)等不均勻性因素，還受混凝土性能的好壞、外界環(huán)境介質(zhì)、破壞情況等因素的影響。混凝土本身的性能衰退主要指混凝土受周圍環(huán)境的生物、化學(xué)、物理作用，導(dǎo)致混凝土內(nèi)的一些成分產(chǎn)生反應(yīng)，使得混泥土發(fā)生溶解析出、變性、基體開裂及結(jié)晶膨脹等，最終降低了混凝土的性能，更嚴(yán)重的會(huì)加速混凝土中鋼筋的腐蝕。目前的保護(hù)措施有采用環(huán)氧涂層鋼筋、高性能混凝土、混凝土外涂層、電化學(xué)保護(hù)、鋼筋阻銹劑等幾種方式。

6 結(jié)語

本文對(duì)山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的常見的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析研究，主要結(jié)論如下：由于山區(qū)公路橋梁線形的特殊性，預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中預(yù)制梁、板布置是否合理將會(huì)嚴(yán)重影響橋梁的施工進(jìn)度和造價(jià)；在山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)中，高墩結(jié)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)是橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一大難題，柔性高墩的設(shè)計(jì)更是橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重；山區(qū)的地形、地質(zhì)、環(huán)境條件復(fù)雜，在山區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮各方面的因素。