山區裝配式橋梁設計技術

何永志

(廣西桂通工程管理集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

隨著我國交通事業的穩步發展，大量的橋梁工程項目開始實施，許多工程企業在施工建設中積累了豐富的經驗，他們在原有的橋梁工程基礎上，應用了一些新的工藝和技術，比如，裝配式橋梁的出現，不僅提高了施工的便捷性，也降低了施工難度，特別是在很多交通不便的山區，裝配式橋梁的設計可使得施工作業順利進行。但山區裝配式橋梁的設計中，為保障設計質量，需根據山區的地形地質與水文，遵循相應的設計標準，克服山區不利的條件限制。

1 工程概況

以某山區橋梁工程為例，此橋梁采用的是裝配式施工工藝。結合對現場情況的調查，此橋梁位于水電站下游約120 m的位置，現場為河流沖積階地地貌，兩岸的地形雖有起伏但是起伏相對較小。為滿足施工建設要求，經由全面的規劃設計，將此橋梁建設在地面標高138.12～142.05 m之間，在此區域內的地形起伏異常大。為開展更為科學的設計，設計前期組織專人深入工程現場開展了相應的勘察，勘察期間為枯水期，橋址位置的河流斷面寬15～20 m，水深1 m，水流流向為自北向南，在豐水期的水流湍急且水量較大，水流、水量受季節性因素的影響較大。

2 裝配式橋梁的特點

從20世紀90年代開始，我國的橋梁工程領域已經開始了裝配式建筑的建設，對于很多山區，因為地形地勢的起伏較大，為克服地形條件的不利限制，可在此處進行橋梁的建設，經由橋梁建設，可大大減少現場不利環境因素的限制。由于山區的地理條件和環境特征，裝配式橋梁十分適用，裝配式橋梁施工中，很多的構件可直接在工廠內預制完成，最后將其直接運輸到現場開展組裝和連接，這種預制生產的方式不僅可提升整體的施工效率，縮短施工周期，更可保障工程質量[1]。此外，裝配式施工作業下，大量構件在工廠內生產，也就減少了在現場施工中所造成的環境污染和資源浪費。與傳統的橋梁工程相比，裝配式橋梁的質量控制容易，施工標準化，整體的施工效率較高，施工作業更為安全與高效，因此，無論是從經濟性還是技術性的角度，裝配式橋梁都是有優勢的。

3 山區裝配式橋梁設計中需遵循的原則

3.1 滿足橋梁安全使用與耐久性能

山區的橋梁建設如果選擇裝配式橋梁，在開展設計的過程中，需嚴格按照橋梁結構的安全、穩定與耐用作為首要的設計原則，將橋梁的耐久性和安全性設計放在同等重要的位置，以避免后續在橋梁投入使用后因為結構安全性、耐久性不足所引起的運營問題。

3.2 遵循生態環境保護原則

山區橋梁施工可能會對生態環境造成一定的破壞，為符合綠色環保施工的要求，在前期的設計工作中，也需考慮生態環保的要求。需根據山區地形地勢、水文土質等情況制定最為環保的設計方案，使得施工建設時，對山區原有生態環境造成的負面影響相對較小[2]。

3.3 遵循經濟效益最大化原則

山區橋梁的建設難度大，為克服現場諸多不利條件的限制，在開展施工建設的過程中，同樣需考慮經濟方面的因素。如果裝配式橋梁方案的成本非常大，超過了建設方原有的預期，就不可能執行該方案。因此，在山區裝配式橋梁的設計中，有關人員要做好經濟性的分析與論證。

4 山區裝配式橋梁設計要點

山區的地形地勢復雜，在開展橋梁結構的設計時，需考慮的因素相對較多，有關設計人員要依據對山區現場的環境分析和調查，選擇出經濟合理、技術可行的橋梁方案。裝配式橋梁設計應注意以下要點。

4.1 橋梁結構與跨徑設計

對于山區的裝配式橋梁來說，結構與跨徑是設計中需重點關注的方面，如果在實際的設計工作中選擇常規的U形梁結構，在后續的施工建設中，可能會因為山區現場的曲線半徑、超高緩和段等存在較大的技術難題，而影響到最終的橋梁建設質量。因此，為克服在裝配式橋梁中U形梁結構的劣勢，相關設計人員要對比U形梁和箱梁結構，將二者組合形成新的U形梁結構，經由這種結構在山區裝配式橋梁中的應用，可有效發揮其優勢。根據山區裝配式橋梁的實施經驗，空心板梁條件下，當跨度在20 m的情況下，工程的經濟效益是最高的，一旦跨度尺寸超出了這一條件，橋梁的經濟性無法保障。通過對空心板、小箱梁和T形梁的結構形式進行分析，可以發現，小箱梁與T形梁的成本偏低，一旦橋梁的跨徑超過了20 m，更適宜采用T形梁結構[3]。T形梁結構較為簡單，受力分析容易，在施工建設的過程中，為達到質量目標，只需要遵守相應的施工規范即可。當下在很多山區裝配式橋梁的結構設計中，都采用的是T形梁結構，利用此結構能夠體現出經濟、社會方面的效益。

山區裝配式橋梁的設計中，為達到良好的施工效果，一般要選擇標準跨徑尺寸，可選擇的尺寸為20 m、25 m、30 m、40 m、50 m這幾種。如果在現場的橋梁設計中，選擇的是50 m以上的跨徑尺寸，將無法保障橋梁經濟效益的實現，且在后續施工作業的進行中，不論是運輸還是施工作業中，都會遇到難題。選擇使用標準跨徑尺寸，可在現場的橋梁施工作業中，大大減少施工工序，保障加工制作的便捷性。但實際上，山區地形條件是比較惡劣的，因為地形條件的復雜性，線路選擇可能無法達到標準要求，因此，這就要求相關人員在設計工作中，需根據對山區情況的掌握，對跨徑尺寸進行調整，如以某橋梁項目為例，該橋梁的曲線半徑尺寸偏小，臨近山體一側的結構，其穩定性和安全性都不符合要求，為提高橋梁設計水平，最終選用了跨徑標準尺寸與非標準尺寸相結合的形式，在這種形式下，雖然現場的施工作業量明顯增大，但工程結構的穩定性卻大大增強。

4.2 墩臺形式設計

在橋梁工程中，墩臺是橋梁的重要結構，為上部結構的支撐結構，在實施裝配式橋梁的設計中，也需根據橋梁現場的情況，來進行墩臺形式的選擇。山區的地形條件是墩臺設計中需考慮的重點因素，就現階段山區裝配式橋梁的設計來看，其橋臺大多都設置在山坡部位，這種位置選擇，使橋臺的承載力、橫向坡度尺寸都相對較大，可選擇重力U形、肋板臺與柱式臺。如果山區橋梁現場的坡度相對緩和，更適宜選擇肋板臺和柱臺式；如果現場的地勢較為陡峭，或者地質條件相對惡劣，U形臺更為合適。橋梁設計的過程中，有關設計人員要做好對臺后土壓數據的掌握和計算，如果標準填土高度達到了相應的要求，U形臺的高度應≤8 m，而肋板臺、柱式臺分別應在12 m、5 m以內[4]。為實現設計優化，具體的設計工作中要加大對現場地形條件的利用，對U形臺部分的加固處理，可采用臺階方式，通過這種處理方式，可大大降低現場施工的成本消耗；而對于基礎處理的部分，則可通過碎石土或者片石回填的方式來提高基礎的穩定性。從山區裝配式橋梁的結構性能和特點來看，其穩定和安全的目標能否達到，必須保障橋墩的設計質量，特別要注意橋墩高度的控制。如果橋墩高度≤20 m，為矮橋墩，可選擇圓形的橋墩形式；當橋墩高度在20～40 m時，一般可選擇薄壁墩，這種橋墩單重小且成本低；如果墩身高度>40 m，由于橋梁對結構穩定性和安全性有更高的要求，就需要選擇矩形薄壁或者全幅雙柱式大挑臂墩[5]。

4.3 支座設計

對于山區裝配式橋梁來說，橋墩的高度比較高，縱坡坡度大，這種特點使橋梁結構設計面臨較大的難題，一旦缺乏對這一特點的考慮，可能會在橋梁投入使用后發生上部結構下移的情況。因此，為解決這一方面的問題，在實際的設計過程中，需在橋梁主梁的縱向位置上進行限位結構的布設，在布設了限位結構以后，可有效抑制橋梁使用時主梁的滑移。如果從曲面橋支反力和曲線橋變位方向的角度來進行設計優化，最好采用盆式支座，可大大提高承載力。

4.4 與高路基、陡邊坡的處理設計

相關設計人員要依據對山區現場情況的分析，對比現場適合采用高路基方案還是陡邊坡方案。從大量的山區橋梁工程實施經驗來看，高路基施工方案在相近隧道處峽谷較淺的地方使用較多，其優勢是隧道土方的運送更為便捷且高效；如果現場填土的運送距離相對較遠，通過架橋的方式可避免邊坡失穩的問題。因為山區現場環境的特殊性，如果采用路基填筑的施工方案，可能會使路基呈現高低不一的情況，一側填方會明顯高于另一側，在后續預制板拼接作業的進行中，需考慮路基填方的這種高度差異，有針對性地進行相應的處理。在一些山區橋梁中，會選擇半幅橋梁半幅路基的方案，在此方案執行時，需在路基部分進行擋土墻的布設，以通過擋土墻來進行邊坡的加固。

5 結語

在一些山區橋梁中采用的是裝配式橋梁方案，為使裝配式橋梁設計滿足山區橋梁的建設要求，在實際的設計工作中，有關人員需加大對山區情況的調研，在調研基礎上進行裝配式橋梁的設計優化，確保設計細節可滿足山區現場施工的基本要求。