高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

吳桐 (重慶市設(shè)計(jì)院 重慶 400015)

0 引言

中國交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)水平不斷提升，橋梁工程是十分重要的交通工程，橋梁工程所承擔(dān)的交通功能也越來越大，對于設(shè)計(jì)水平的要求逐漸增加。在整個(gè)橋梁工程設(shè)計(jì)中，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，通過優(yōu)化橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可促進(jìn)橋梁工程使用壽命的增加。因此，對橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行深入研究意義重大。

1 橋梁上部結(jié)構(gòu)組成部分

橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)為一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，在橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先需要了解橋梁工程上部結(jié)構(gòu)組成，具體包括以下3點(diǎn)：第一，橋面，橋面是供車輛以及行人通行的部分，不同橋梁工程橋面有一定的區(qū)別；第二，橋跨結(jié)構(gòu)，在橋梁工程中，橋跨結(jié)構(gòu)為承重結(jié)構(gòu)，是橋梁工程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，橋跨的跨越幅度、承受作用都會(huì)對橋梁工程橋跨結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式產(chǎn)生較大影響。第三，支座，橋梁工程支座的作用是將上部結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的支撐反力傳遞至橋梁工程墩臺(tái)的中間節(jié)點(diǎn)上。

2 橋型上部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)原則

（1）在橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需綜合考慮橋梁工程建設(shè)環(huán)境、地形地貌、公路工程通航能力、運(yùn)行能力、公路等級(jí)等等。比如，如果橋梁工程建設(shè)區(qū)域地表平緩、河流深度比較淺，則應(yīng)盡量采用簡支梁結(jié)構(gòu)或者先簡支后連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)，有利于簡化施工方式，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)受力明確。有些橋梁工程建設(shè)區(qū)域地形復(fù)雜，運(yùn)輸條件比較差，應(yīng)盡量采用預(yù)制結(jié)構(gòu)形式。

（2）為了盡量縮短橋梁工程建設(shè)工期，降低工程造價(jià)，同時(shí)保證橋梁工程施工質(zhì)量，應(yīng)采用橋梁工程標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)形式。對橋梁工程上部構(gòu)造，應(yīng)用預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)以及標(biāo)準(zhǔn)跨徑，便于施工。在選擇橋梁工程上部結(jié)構(gòu)時(shí)，還應(yīng)注意綜合考慮橋梁工程施工環(huán)境、施工工期要求、施工場地條件等。

（3）在橋型上部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇多種橋型方案，對各個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較分析，進(jìn)而選擇最適宜的橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

（4）在橋梁工程設(shè)計(jì)建設(shè)中，需綜合考慮橋梁工程抗震性能要求，如果橋梁工程對于抗震性能的要求比較高，則應(yīng)盡量采用先簡支后橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)，保證橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性，另外，還需綜合考慮橋梁工程建設(shè)對于周邊生態(tài)環(huán)境的影響，盡量提升橋梁工程上部結(jié)構(gòu)美觀性。

3 高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在高速公路橋梁工程設(shè)計(jì)中，上部結(jié)構(gòu)體系主要有以下3種：

（1）拱式體系。拱式體系橋梁工程建設(shè)區(qū)域的覆蓋土層比較薄，如果基巖承載力比較高，則拱式體系橋梁工程可發(fā)揮造價(jià)低的優(yōu)勢。

（2）先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)體系與簡支體系。這類橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案能夠預(yù)制裝配，同時(shí)可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化施工，造價(jià)低廉，是高速公路施工中比較常見的形式。常用跨徑有25m、30m、40m 3種，一般預(yù)制空心板的跨徑在25m以內(nèi)，建筑高度比較小，被廣泛應(yīng)用于中型橋梁工程、小型橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)中。另外，T梁的截面受力合理，經(jīng)濟(jì)性能較好，但是，其抗震性以及景觀效果比較差，因此，如果橋梁工程建設(shè)對于抗震性能的要求比較低，則可采用T梁結(jié)構(gòu)形式。

（3）連續(xù)剛構(gòu)及連續(xù)梁體系。有些橋梁工程需要跨越U形深谷，無法采用裝配式結(jié)構(gòu)形式，對此，可采用大跨徑連續(xù)梁體系方案。當(dāng)橋梁工程橋墩高度在30m以上時(shí)，需要注意對墩梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，進(jìn)而改善橋梁工程上部結(jié)構(gòu)受力。

4 高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1 工程概況

在某高速公路橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)中，橋梁工程總長度為20.1km。根據(jù)現(xiàn)場勘察，該橋梁工程建設(shè)環(huán)境地形復(fù)雜，周邊建筑工程較多，地質(zhì)變化比較大。對于該橋梁工程上部結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用跨徑在25～30m之間的裝配式小箱梁、40mT梁，如果跨徑在20m以內(nèi)，則可采用預(yù)制空心板。如果采用先簡支后連續(xù)方式的預(yù)制結(jié)構(gòu)方案，能夠保證橋梁工程路面通行的穩(wěn)定性以及舒適性，同時(shí)便于橋梁工程與運(yùn)行維護(hù)。如果T梁墩高在35m以上，則需要采用墩梁固結(jié)形式，如果縱坡比較大，也需要應(yīng)用墩梁設(shè)計(jì)方案。另外，還需注意，高速公路橋梁工程建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，施工難度比較大，在具體的施工過程中，需要對橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，比如，如果橋墩高度比較大，則應(yīng)盡量采用T梁結(jié)構(gòu)形式，如果橋墩高度比較小，則需采用現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁。

4.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較

在該高速公路橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較時(shí)，需將跨徑為25m、30m、40m的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行比較，同時(shí)對T梁和裝配式小箱梁兩種上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，最終確定最符合實(shí)際需要的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較時(shí)，重點(diǎn)需考慮以下5點(diǎn)：

4.2.1 施工便利性

在施工方面，小箱梁施工技術(shù)比較復(fù)雜，在混凝土澆筑施工過程中，必須保證內(nèi)模板放置平穩(wěn)，另外，在端頭斜交時(shí)，處理難度比較大。T梁施工工藝比較成熟，結(jié)構(gòu)耐久性較高，與小箱梁相比，施工方式便捷，能夠有效提升橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性。

4.2.2 經(jīng)濟(jì)造價(jià)

在對不同跨徑小箱梁與T梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較時(shí)，跨徑有3種，包括25m、30m、40m，在經(jīng)濟(jì)造價(jià)方面，40m的T梁和小箱梁造價(jià)相同，另外，25m、30m的小箱梁與T梁相比經(jīng)濟(jì)性更好。

4.2.3 功能使用優(yōu)勢

通過對各個(gè)結(jié)構(gòu)形式的橋梁工程功能方面分析，T梁跨中橫隔板數(shù)量比較多，并且橫隔板與主梁進(jìn)行連接，這樣就會(huì)影響橋梁工程外形美觀度。另外，T梁的跨徑的適用范圍比較廣泛，尤其是在抗彎剛度方面，橋墩大跨的應(yīng)用優(yōu)勢明顯。

4.2.4 結(jié)構(gòu)受力

通過將小箱梁與T梁進(jìn)行比較，T梁的單幅一孔的整體抗彎剛度比較高。在橋梁工程施工中，如果遇到斜交結(jié)構(gòu)形式，如果采用T梁結(jié)構(gòu)形式，則需要設(shè)置多個(gè)橫隔板，因此抵抗受力的效果比較好。另外，在論抗扭剛度方面，單幅一孔的小箱梁的抗扭剛度比較好，由此可見，單片小箱梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高，并且施工方式便捷，能夠有效提升橋梁工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及安全性。

4.2.5 墩高影響

在橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，橋梁墩高也是十分重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。如果橋梁工程墩高比較大，則應(yīng)盡量采用大跨徑上部結(jié)構(gòu)。

4.3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

在該高速公路橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過對上述各項(xiàng)影響因素進(jìn)行綜合分析，制定出以下選型原則：如果橋梁工程墩高在15m以內(nèi)，則采用20m跨先簡支后橋面連續(xù)預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)；如果橋梁工程墩高在15～35m之間，則可采用25m、30m跨先簡支后橋面連續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu)；如果橋梁工程墩高在35～60m之間，則可采用40m跨先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)（或墩梁固結(jié)）T梁；如果橋梁工程墩高在60m以上，則應(yīng)采用T梁方案。

5 結(jié)語

綜上所述，主要對高速橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)探究。在高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需綜合考慮地形地貌、交通運(yùn)輸條件等進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇多個(gè)設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合實(shí)際情況選擇經(jīng)濟(jì)最優(yōu)方案。