公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

郭秋根

摘 要：公路建設(shè)橋梁之前，先要對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這也是公路橋梁建設(shè)的關(guān)鍵。文章結(jié)合筆者對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，分析和闡述公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、性能水準(zhǔn)和方法。

關(guān)鍵詞：公路橋梁 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 分析

在交通線路中橋梁是其中的重要組成部分。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，高等級(jí)公路基本已進(jìn)入山嶺區(qū)，橋梁建設(shè)也逐漸成為其中的關(guān)鍵因素。本文著重探討了中小跨徑的公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問題。

1.公路橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1.1荷載

公路橋梁設(shè)計(jì)荷載有三類，分別是可變荷載、永久荷載和偶然荷載。可變荷載是對(duì)使用過程中橋梁結(jié)構(gòu)使用性能影響最大的荷載。我國(guó)各時(shí)期公路運(yùn)輸載重的實(shí)際情況有所不同，因此公路橋梁在具體設(shè)計(jì)過程中是以不同時(shí)期公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范為準(zhǔn)則的，在某種程度上反映了我國(guó)公路載重的發(fā)展趨勢(shì)。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)交通管理部門對(duì)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范做過幾次修訂，目前采用的是《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2003）》規(guī)定的公路—Ⅰ級(jí)、公路—Ⅱ級(jí)車道荷載和550kN車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)。

公路—Ⅰ級(jí)總體上較汽—超20標(biāo)準(zhǔn)提高不到10%，而車輛載重的標(biāo)準(zhǔn)自1981年到2003年提高的數(shù)值已經(jīng)超過了這個(gè)值，且歷次的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范都沒有規(guī)定橋梁限載標(biāo)準(zhǔn)和原橋設(shè)計(jì)荷載和關(guān)系，很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，都沒有制定一個(gè)統(tǒng)一可行的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致較重的貨車或集裝箱車輛超過了限載標(biāo)志噸位。

1.2承載力理論和設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)

同國(guó)際上比較，目前我國(guó)在車輛荷載安全系數(shù)方面，公路橋梁規(guī)定的數(shù)值明顯偏低，美國(guó)和英國(guó)的分別是1.75和1.73，而我國(guó)的才1.4。有數(shù)據(jù)顯示，目前我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)承載力總體上只能達(dá)到英美國(guó)家的60%到70%。公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)如表1所示。

容許應(yīng)力法是橋梁設(shè)計(jì)過程中的一條重要準(zhǔn)則，現(xiàn)行的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范充分考慮了這種方法的缺點(diǎn)，計(jì)算方法采用的極限狀態(tài)法。包括混凝土結(jié)構(gòu)的塑性特點(diǎn)，提出了正常使用極限狀態(tài)和結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)兩個(gè)控制指標(biāo)，極限狀態(tài)法采用了多項(xiàng)安全系數(shù)，這些系數(shù)主要是在概率計(jì)算及數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上分析得出的。這種方法比容許用應(yīng)立法經(jīng)驗(yàn)確定安全系數(shù)方式科學(xué)，但在目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大環(huán)境下，我國(guó)材料性質(zhì)及施工質(zhì)量并未得到顯著提高，從而導(dǎo)致公路橋梁結(jié)構(gòu)不可靠和整體儲(chǔ)備降低。

2.公路橋梁設(shè)計(jì)基本原則及相關(guān)性能水準(zhǔn)

2.1橋梁設(shè)計(jì)基本原則

在具體的橋梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)該遵循以下幾項(xiàng)基本原則：①安全第一、預(yù)防為主的基本原則，同時(shí)注重結(jié)構(gòu)的耐久性、環(huán)保和適用性等。②服從整體設(shè)計(jì)原則，即縱、平面應(yīng)同公路線形相融合。③綜合分析各路段地質(zhì)、地形特點(diǎn)，定位合理，綜合必選最優(yōu)方案。④注重與周圍景觀的協(xié)調(diào)、方便施工和各合同段的劃分。⑤為獲得橋梁整體最佳受力效果，應(yīng)充分考慮橋孔分聯(lián)時(shí)橋梁下部剛度的協(xié)調(diào)性。⑥在地形相對(duì)復(fù)雜的山區(qū)進(jìn)行橋梁設(shè)孔，應(yīng)在仔細(xì)研究該處縱、橫斷面后再進(jìn)行布設(shè)。⑦對(duì)于變遷及山前擴(kuò)散的河段，橋梁長(zhǎng)度應(yīng)充分考慮河槽擺動(dòng)因素；大橋跨度應(yīng)大于20米，以確保漂浮物及水流順利通過橋孔。⑧在平原區(qū)布設(shè)橋梁孔跨的情況，應(yīng)充分分析橋下地形、地貌及先關(guān)水文計(jì)算成果，最后再予以確認(rèn)。⑨平原區(qū)路基情況復(fù)雜時(shí)，可設(shè)置高架橋通過，同時(shí)采用建筑高度較低的結(jié)構(gòu)類型。

2.2公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能水準(zhǔn)

表2根據(jù)公路橋梁特點(diǎn)，描述了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)性能水準(zhǔn)。

3.公路橋梁結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)

3.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

通常情況下，擴(kuò)大基礎(chǔ)應(yīng)在基礎(chǔ)覆蓋層達(dá)到5米以下時(shí)加以考慮，否則采用樁基礎(chǔ)為宜；當(dāng)橋梁設(shè)計(jì)在山嶺區(qū)域時(shí)，應(yīng)充分考慮地面坡度的影響，為避免深挖基坑可能帶來的不利影響，盡可能較低工作量，此時(shí)公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可采用樁基型式；基樁按嵌巖或彈性摩擦樁進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其有效樁長(zhǎng)應(yīng)大于5d（其中d為樁徑），有效樁長(zhǎng)自樁側(cè)土厚度大于2.5d或最低沖刷線處算起；摩擦樁的長(zhǎng)度在計(jì)算值得基礎(chǔ)上適當(dāng)延長(zhǎng)3到5米，嵌巖樁嵌入基巖應(yīng)超過2d；橋梁樁基應(yīng)穿透采空區(qū)的情況是當(dāng)橋梁下伏采空區(qū)埋置較淺時(shí)進(jìn)行，具體是將樁尖嵌入采空區(qū)底板以下完整、穩(wěn)定的微風(fēng)化的巖層內(nèi)；如果橋梁下遇到伏巖溶區(qū)的情況，樁基應(yīng)克服多層溶洞和不穩(wěn)定巖溶影響，最終將樁尖嵌入完整且穩(wěn)定的微風(fēng)化巖層內(nèi)。

3.2下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)墩高H<30m時(shí)采用柱式墩，相關(guān)參數(shù)如下表3所示。

此外，墩高小于40米時(shí)，以采用等截面實(shí)體薄壁墩；墩高小于50米時(shí)，宜采用等截面空心薄壁墩；墩高在50米到70米之間時(shí)，以采用變截面空心薄壁墩。

3.3平面設(shè)計(jì)

公路橋梁在進(jìn)行平面設(shè)計(jì)時(shí)，需重點(diǎn)處理好上部構(gòu)造與相關(guān)曲線半徑之間的關(guān)系。要使護(hù)墻內(nèi)緣適應(yīng)平面線形，就應(yīng)該在中矢高在100mm情況下對(duì)護(hù)墻緣進(jìn)行調(diào)整；而邊梁須按實(shí)際曲線預(yù)制的情況應(yīng)根據(jù)半徑和中矢高數(shù)值范圍來確定，此時(shí)的半徑小且中矢高超過100mm。邊梁形狀因半徑變化而變化，且種類多，這就給施工造成了困難。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)澆橋面板和防撞墻適應(yīng)平面線形，預(yù)制邊梁時(shí)，應(yīng)將邊梁多預(yù)制一段長(zhǎng)度，這樣施工起來會(huì)比較方便，但美觀性不足且會(huì)造成材料的浪費(fèi)。

總之，公路橋梁工作者應(yīng)積極采用行內(nèi)新材料、新技術(shù)和新工藝，設(shè)計(jì)出安全、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀的公路橋梁。

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