城市高架橋梁的下部結(jié)構(gòu)設計方法與要點

馮英

摘要：隨著我國城市化大力發(fā)展，各類資源在城市高度集中，城市交通基礎設施也需要不斷完善以滿足人們出行和物資運輸需求。髙架橋梁充分利用了城市空間資源，是城市交通運輸重要平臺。由于城市用地緊張，建筑物復雜，路線的規(guī)化與常規(guī)公路工程顯著不同，高架橋梁下部結(jié)構(gòu)設計需要考慮諸多因素。

關鍵詞：高架橋梁;下部結(jié)構(gòu);設計方法;要點

一、橋梁結(jié)構(gòu)計算設計

（一）柱基的計算

工程當中的柱基通常都是按照群樁來進行計算，同時使用“m”法。計算柱基的過程當中，應當對恒載、活載、制動力、支座摩阻力及溫度力最為不利的結(jié)合進行嚴格的檢算，并對墩身的強度與裂縫寬度相應的驗算工作。

（二）蓋梁縱向的計算

在對普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的橋墩來說，其蓋梁縱向鋼筋的抗彎配筋行設計的過程當中，一般能夠使用平面桿系有限元的軟件來對其計算。在有關計算的過程當中運用縱向抗剪設計，記錄有關剪力方面的數(shù)據(jù)，然后再按照高架橋梁的有關要求來對斜筋及箍筋的進行配備普通鋼筋，最后檢驗是否能夠達到有關規(guī)范的要求。

（三）蓋梁橫向的計算

雙柱式的預應力混凝土蓋梁主要是為了確保預應力鋼束可以有彎起的高度，因此梁截面通常運用倒T的鋼束布置形式，如此能夠使得橋梁截面的高度得到相應的提升，還可以節(jié)省混凝土的用料。從蓋梁底部伸出的墩柱部位是蓋梁截面相對而言較為薄弱的部位，對該部位應當展開全方位的驗算工作，并進行配筋加強處理。

（四）墩柱和承臺的計算

針對墩柱橫縱向截面來說，應對其強度與裂縫寬度進行相應的驗算。墩柱作為產(chǎn)生偏心受壓的物體，若墩柱的高度相對較高時，則需要對縱向彎曲系數(shù)所致使的偏心增大系數(shù)進行考慮。在具體的施工當中，因為受到現(xiàn)場施工條件的約束，使墩柱遭受了巨大的彎矩，特別是高架橋梁的上部結(jié)構(gòu)的跨徑度較大時，則需要運用某些臨時措施，如在墩柱的附近搭建滿堂鋼管支架。除此之外，針對承臺的橫縱向截面來說，針對強度與裂縫寬度的驗算也是十分重要的，承臺是由墩柱結(jié)構(gòu)傳下來的承載力用于驗算，通常彎矩取樁截面的中心位置至墩柱結(jié)構(gòu)邊緣位置的距離。

二、城市軌道交通高架橋梁設計荷載的特點

（一）軌道對橋梁的荷載作用

由于軌道發(fā)生變形，導致橋梁產(chǎn)生了斷軌力、撓曲力及伸縮力等荷載。其中，斷軌力是由于長鋼軌發(fā)生折斷，導致鋼軌和橋梁發(fā)生相對位移而生成的縱向力;撓曲力指的是在豎向荷載的作用之下，橋梁和鋼軌發(fā)生撓曲的時候，二者間存在錯動趨勢，進而生成的縱向力;伸縮力則是因為受到溫度變化的影響而致使鋼軌產(chǎn)生了相對位移，進而受到橋梁的束縛而產(chǎn)生的縱向力。由于鋼軌對高架橋梁產(chǎn)生的作用力均為通過橋梁的軸向力施加于橋墩之上的，因此在對橋梁墩臺進行設計的過程中，應當對該種縱向力所產(chǎn)生的作用加以計算分析。軌道對于橋梁的產(chǎn)生作用力主要是因為鋼軌的結(jié)構(gòu)而導致的，以往運用多接頭短軌軌道這一結(jié)構(gòu)時，該種力的作用便相對較小。對于軌道縱向力，在《地鐵設計規(guī)范》（GB50157-2013）、《鐵路橋涵設計規(guī)范》（TB10002-2017）等規(guī)范中有相應的計算方法。

（二）列車荷載

對于城市軌道交通的列車荷載而言，其主要特點為：對荷載進行設計的過程中，應當按照具體使用的車輛及有可能形成的最大軸重來進行嚴格的檢算，即使用不同的軸數(shù)、軸距和車型，其設計的荷載通常是不一樣的。相較于軌道交通高架橋梁的設計荷載，鐵路橋梁的荷載更大。就干線鐵路來說，主要考慮的是客貨的混跑，運用的主要為ZKH荷載形式（中一活載），這屬于一個相對簡化的荷載。對這種荷載形式來說，不僅需要對已經(jīng)消逝的某種系列荷載進行相應的模擬，同時還需要對設計荷載的未來發(fā)展趨勢給以分析，因此相較于當前實際的運營荷載而言，活載要大得多。而對于公路荷載而言，因為車輛本省具備多樣性，車輛行駛過程中的車距、及其軸距與軸重都是隨機的。就中小跨度的橋梁而言，軸距、軸重以及排列相對較為規(guī)律的荷載也是致使橋梁發(fā)生豎向振動的主要因素。

三、下部結(jié)構(gòu)的設計方法與要點

（一）橋梁基礎的設計方法與要點

城市環(huán)境修建高架橋梁，必然對周邊居民生產(chǎn)和生活造成一定程度的影響，為了盡量減少這種影響所造成的經(jīng)濟損失，同時避免橋梁基礎施工對周邊市政基礎設施和建筑結(jié)構(gòu)的影響，應該首先選擇較好的基礎結(jié)構(gòu)型式，然后在施工中進行有效的監(jiān)測和控制。城市髙架橋梁采用鉆孔灌注樁基礎結(jié)構(gòu)型式可以盡量減少施工噪聲污染，鉆孔樁打人過程中需要選擇樁打入的方式，避免打入過程中過大的環(huán)境噪聲。同時選擇適宜的循環(huán)方式進行？清洗和渣土運出，廢土應該運輸?shù)街付▍^(qū)域堆積，避免造成高邊坡失穩(wěn)問題。橋梁基礎施工過程中，需要對周邊重要建筑進行觀測，避免基礎施工影響地下巖土特性，使周圍區(qū)域出現(xiàn)沉陷而產(chǎn)生不良影響。要跟蹤監(jiān)測施工過程，出現(xiàn)相關問題，及時尋找原因、進行解決，這是橋梁基礎設計需要考慮的重點之一。

（二）橋墩的設計方法與要點

髙架橋梁下部結(jié)構(gòu)設計重要體現(xiàn)在橋墩的設計構(gòu)造上，橋墩結(jié)構(gòu)型式會影響占地面積。目前，橋梁結(jié)構(gòu)中主要采用樁柱式橋墩。這類橋墩對下部占地面積大，且橋墩之間的土地受到很大的影響，如果下部是道路結(jié)構(gòu)，則往往樁柱式橋墩沒法提供足夠的橋下凈空，使得橋梁與道路或者其它橋梁的穿插存在問題。但是，樁柱式橋墩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，設計的安全儲備足。另外，一種目前高架橋梁建設中應用較為廣泛的是花瓶式橋墩或接近獨柱的橋墩。這類橋墩占用土地面積小，因此，可以極大地利用下部空間，在施工中對下部土地和空間的影響也更小。但此類橋梁存在橫向穩(wěn)定問題，目前多座橋梁坍塌都是這種接近直線的獨柱式橋墩的橋梁培±易。從上述分析來看，對于橋墩的設計需要兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全，同時考慮環(huán)境保護效益，結(jié)合特定項目的具體特點選擇最適宜的設計解決方案。

（三）下部結(jié)構(gòu)的生態(tài)景觀設計

隨著生態(tài)景觀設計理念的影響，作為城市重要基礎設施和風景線的高架橋梁，其生態(tài)景觀設計也越來越受關注。城市高架橋梁下部結(jié)構(gòu)的生態(tài)景觀設計主要體現(xiàn)在橋墩造型和照明綠化等方面。橋墩造型可以采用多種型式，例如板式、Y形和花瓶式。板式橋墩通過具有各種棱角外形體現(xiàn)層次感，一方面具有較好的抗彎和抗扭性能，能夠抵抗荷載作用，具有較好的安全性;另一方面，棱角使得橋墩具有剛勁有力的美感。花瓶式或者流線形構(gòu)造使得橋墩具有柔性美感，使得橋墩不至于突兀而與周邊環(huán)境具有較好的過渡。Y形橋墩則是輕型構(gòu)造型式，保障了上部結(jié)構(gòu)的橫向雙點支撐，提髙了橫向穩(wěn)定性，同時，下部通過單墩柱與基礎連接，節(jié)省了下部用地空間，具有輕型美觀特點。上述橋墩構(gòu)造型式都在城市髙架橋梁中設計使用，具體采用何種構(gòu)造型式，需要結(jié)合高架橋梁周邊環(huán)境特點進行確定。照明、綠化也是城市高架橋梁重點。由于城市用地緊張，因此綠化面積可能較小，可以通過在橋墩位置設置藤蔓型植物，使得藤蔓生長在橋墩上，一方面可以避免橋墩突兀造型影響城市道路美觀，另一方面通過綠化可以很好地過渡，不僅提供下部舒適空間，還能通過綠化植物凈化城市空氣，再結(jié)合照明設施，使得髙架橋墩在夜晚具有很好的風景，成為城市亮麗風景線之一。

四、結(jié)語：

綜上所述，城市軌道交通中的高架橋梁作為一道十分獨特的風景線，而對此類橋梁設計而言，其結(jié)構(gòu)設計與美觀設計均是十分重要的，這兩種設計直接影響著高架橋梁的視覺效果和利用成效。所以，在設計城市軌道高架橋梁的過程當中，不僅需要考慮到視覺上的協(xié)調(diào)，還需要對其結(jié)構(gòu)設計更為重視，如此方可使高架橋梁的施工和后期維護得到更好的保障。

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