山區(qū)公路中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)研究

呂 浩

杭州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310013

浙江西部山區(qū)地形多變，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，因此在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)常采用中小跨徑橋梁。但是交通量日益增長，橋梁設(shè)計(jì)理念不斷變更，給橋梁的安全性和適用性帶來了很大的考驗(yàn)。橋梁選型及方案的確定對施工及運(yùn)營而言相當(dāng)重要，故需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行全面考慮，綜合各種影響因素確定科學(xué)的施工方案。目前由于裝配式橋梁具有技術(shù)成熟、施工簡單、造價(jià)較低的優(yōu)勢，在山區(qū)中小跨徑橋梁中得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)裝配式橋梁存在一定的病害，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視該問題的存在。文章通過對中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，為該類橋梁的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[1]。

1 設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中小跨徑橋梁時(shí)，應(yīng)滿足安全性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)原則，還應(yīng)該考慮地形的變化和高跨比等，這對橋梁的整體質(zhì)量有較大的影響。

1.1 地質(zhì)條件影響

設(shè)計(jì)人員在選擇橋梁結(jié)構(gòu)及確定方案時(shí)，應(yīng)考慮橋梁所處位置的地形條件和地貌特征，根據(jù)這些因素綜合考慮橋梁的布置形式、橋墩橋臺的位置、跨徑尺寸[2]。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)過大山體開挖，防止山體發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致橋梁的安全性受到威脅。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，布局方式應(yīng)與公路路線的走向相同，并將橋梁作為路線的控制點(diǎn)，還應(yīng)考慮路線的影響因素[3]。與此同時(shí)，路線在布設(shè)時(shí)也應(yīng)考慮橋梁的影響因素，二者相輔相成，保證設(shè)計(jì)方案的合理性。

1.2 高跨比協(xié)調(diào)

在進(jìn)行山區(qū)中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，高跨比主要影響橋梁的經(jīng)濟(jì)性和美觀程度，因此高跨比應(yīng)與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，選擇合理高跨比，使橋梁與環(huán)境相適應(yīng)，提高橋梁的美觀度和經(jīng)濟(jì)性[4]。

1.3 合理選擇結(jié)構(gòu)形式

在進(jìn)行中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，多采用裝配式結(jié)構(gòu)，因此橋梁應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化較高的結(jié)構(gòu)形式，通過這種形式可進(jìn)行質(zhì)量、進(jìn)度控制。確定結(jié)構(gòu)形式時(shí)應(yīng)在最大程度上減少對斜交橋梁的使用，特殊地形的橋梁可考慮采用加大跨徑、改河改溝的方式[5]。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)選型

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行中小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用裝配式，需按照相關(guān)規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求來分析施工難易程度，并根據(jù)地形變化程度選擇空心板結(jié)構(gòu)、小箱梁結(jié)構(gòu)、T梁結(jié)構(gòu)。

2.2 橋跨分聯(lián)設(shè)計(jì)

（1）橋梁伸縮縫型號的選擇應(yīng)根據(jù)橋跨分聯(lián)長度來選擇，具體伸縮縫型號的選用如表1所示。

表1 伸縮縫型號

（2）連續(xù)體系進(jìn)行分聯(lián)時(shí)應(yīng)根據(jù)橋梁跨徑進(jìn)行，若單孔跨徑的設(shè)計(jì)長度為40m，則橋跨一聯(lián)的長度不應(yīng)超過200m；若單孔跨徑的設(shè)計(jì)長度為30m，則橋跨一聯(lián)的長度不應(yīng)超過180m；若單孔跨徑的設(shè)計(jì)長度為20m，則橋跨一聯(lián)的長度不應(yīng)超過100m。

（3）橋梁上部結(jié)構(gòu)跨徑及結(jié)構(gòu)形式的選取應(yīng)根據(jù)平面線形和縱坡等綜合因素確定。根據(jù)浙江西部山區(qū)多個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，橋梁上部結(jié)構(gòu)形式的選取如表2所示。

表2 上部結(jié)構(gòu)選取表

（4）橋墩高度不同，所選用的上部結(jié)構(gòu)形式同樣不盡相同。山區(qū)地面起伏大，導(dǎo)致橋墩高度變動(dòng)幅度大，需要具有針對性地選擇合適的上部形式，不同墩高下上部結(jié)構(gòu)形式變化如表3所示。

表3 下部結(jié)構(gòu)選取表

2.3 主梁設(shè)計(jì)

中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)時(shí)主梁形式通常采用T梁、小箱梁、空心板，斷面形式如圖1所示。

圖1 主梁橫斷面

三種主梁形式各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，其中T梁的優(yōu)點(diǎn)為耐久性和安全性良好、施工和養(yǎng)護(hù)簡單；其缺點(diǎn)為經(jīng)濟(jì)性較差。小箱梁的優(yōu)點(diǎn)為造價(jià)低、抗扭性能良好，適用于軟土地區(qū)和降低橋頭填土的路段；其缺點(diǎn)為工序多、重量大、腹板薄、質(zhì)量控制難度較大。空心板常存在以下病害：支座脫空、混凝土剝落、鉸縫開裂等。當(dāng)路線半徑較小或需要異形布置時(shí)，施工盡量采用整體現(xiàn)澆板。

3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 橋墩設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)橋墩時(shí)，主要考慮的因素有主梁的結(jié)構(gòu)形式、橋墩高度，以及地形條件等。結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，橋墩主要采用的形式有圓柱形和方柱形以及薄壁墩。圓柱墩的特點(diǎn)是施工便捷、施工質(zhì)量可控，橋墩的受力狀況可用過橋墩截面尺寸大小進(jìn)行控制。橋墩的剛度可以通過增加系梁等方式進(jìn)行調(diào)整或增強(qiáng)。圓柱墩是橋梁設(shè)計(jì)時(shí)最常采用的墩柱形式。當(dāng)墩高不小于15m的情況下，應(yīng)設(shè)置柱間系梁，其間距可控制在12～15m；當(dāng)墩高小于7m時(shí)，樁間系梁可設(shè)可不設(shè)。整體橋梁墩柱的截面尺寸盡可能保持一致，為方便施工要求，截面尺寸的形式盡量控制在三種以內(nèi)。

3.2 橋臺設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)橋臺時(shí)，需綜合考慮施工的地質(zhì)條件和地形變化，然后確定科學(xué)合理的橋臺設(shè)計(jì)方案。山區(qū)中小跨徑橋梁最常使用的橋臺有三種，分別是樁柱式橋臺、U形橋臺及肋板式橋臺。不同橋臺類型對應(yīng)的適用范圍如表4所示。

表4 橋臺適應(yīng)范圍表

3.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

橋梁的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮地質(zhì)條件、地形變化、水文環(huán)境等，通過分析以上因素確保橋梁的基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和承載力。

（1）U形橋臺基礎(chǔ)的覆土層厚度應(yīng)大于1m，保證強(qiáng)風(fēng)化層的埋深大于1m；處于陡坡地帶時(shí)，應(yīng)進(jìn)行放坡，前墻和基礎(chǔ)應(yīng)為臺階式，通過實(shí)際地形設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)。

（2）橋梁樁位處縱橫向均存在陡坡時(shí)，應(yīng)確保安全坡線的水平距離與基礎(chǔ)外緣距離不小于3m。

（3）橋梁位置和高度受洪水影響時(shí)，跨徑應(yīng)滿足防洪要求。為保證橋墩和橋臺不受洪水沖刷，基礎(chǔ)頂面應(yīng)在最大沖刷線以下0.5～1m的位置。

4 結(jié)論

文章通過對中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)的問題進(jìn)行分析，主要得出了以下結(jié)論。

（1）中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循適應(yīng)地形條件、結(jié)構(gòu)高跨比協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)形式合理的原則。

（2）橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主梁通過采用形式為T梁、小箱梁、空心板；橋梁分聯(lián)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)橋梁跨徑選擇分聯(lián)長度。

（3）橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，橋墩的選取應(yīng)綜合分析主梁、結(jié)構(gòu)體系、地形條件等的影響；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮地質(zhì)條件、地形和水文環(huán)境的變化。