如何解決橋梁設(shè)計存在的隱患

侯智佳

（黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱 150080）

1 橋梁設(shè)計上存在的隱患

設(shè)計的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。

許多設(shè)計人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁，雖然滿足了設(shè)計規(guī)范的強(qiáng)度要求，但僅用了5～10年就因為耐久性出了問題影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足解決這一隱患已成為最現(xiàn)實的一個安全問題，設(shè)計時要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。

2 解決橋梁設(shè)計中存在的隱患

2.1 氣象特征

以某市為例，該市氣候溫和，四季分明，大陸性氣候特點極為顯著，年均氣溫10℃～7℃，一月零下4℃左右，七月26℃。年降雨量555mm。無霜期為180d。

屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明。冬季雨雪稀少，春季干旱多風(fēng)，夏季雨量集中，秋季秋高氣爽。據(jù)氣象臺40余年資料統(tǒng)計表明，顯著特點是“十年九旱”全年平均氣溫12.6℃，1月最冷，平均-2.4℃，極端最低氣溫-21.4℃；7月最熱，平均氣溫26.1℃但極端最高氣溫出現(xiàn)于6月，1996年6月21日曾高達(dá)42℃。全年無霜期約197d。

2.2 土質(zhì)狀況

2.2.1 擬建橋地質(zhì)構(gòu)造主要受穹析陷控制，地質(zhì)構(gòu)造簡單，沒有斷層、單斜等不良的地質(zhì)構(gòu)造，對橋梁的影響不大，盆地內(nèi)有三組隱狀斷裂。

2.2.2 地層巖性。橋Ⅰ級階臺地上，巖性以粉砂、亞砂土、亞黏土為主，很少見礫石，河床及河漫灘中，巖性的顆粒較粗，以砂、卵石、礫石及亞黏土為主。綜上述:全線地質(zhì)構(gòu)造簡單，沒有對橋梁產(chǎn)生重大影響的地質(zhì)構(gòu)造。

2.3 地震烈度

依據(jù)“中國地震基本烈度區(qū)劃圖”，擬建橋梁所在地區(qū)基本烈度為8度，歷史上沒有發(fā)生過強(qiáng)烈地震，橋梁等構(gòu)造物應(yīng)該按8度地震預(yù)防。

2.4 方案的設(shè)計原則

①一定要滿足二級公路平原微丘區(qū)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；②與整體規(guī)則相協(xié)調(diào)；③在滿足技術(shù)要求前提下，盡量減少占地，少拆遷、以減少對兩岸居民生產(chǎn)生活的影響；④加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，防止造成新的環(huán)境污染。

2.5 橋型方案比選

2.5.1 橋梁總跨徑的確定

總跨徑參照水文、地質(zhì)資料設(shè)計計算而確定。橋梁的總跨徑必須保證橋下有足夠的排洪面積，使河床不改道受過大的沖刷。另一方面，根據(jù)河床上土壤的性質(zhì)和基礎(chǔ)的埋置深度視河床的允許沖刷深度，適當(dāng)縮短橋梁的總長度，以節(jié)約總投資。應(yīng)注意的是總跨徑的縮短可能會引起過水面積減小，流量加大，從而導(dǎo)致沖刷加大，以及橋壅水高度的加大。

2.5.2 橋梁的分孔

橋梁孔徑的擬定，主要根據(jù)池洪的要求，在《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》J701-88表6.03中規(guī)定了不同等級的公路設(shè)計洪水頻率。對于一座橋梁應(yīng)分成幾孔，并且跨徑應(yīng)多大，這不僅影響到使用效果、施工難易等，并且在很大程度上關(guān)系到橋梁的總造價?？鐝接螅讛?shù)愈少，上部結(jié)構(gòu)的造價就很高，墩臺的造價就減少；反之，則上部結(jié)構(gòu)的造價降低，而墩臺造價將提高。這與橋梁的高度及基礎(chǔ)工程的難易程度有密切關(guān)系，最經(jīng)濟(jì)的分孔是使上下部結(jié)構(gòu)的總造價趨于最低。

2.5.3 橋梁標(biāo)高確定

橋道的標(biāo)高應(yīng)保證橋下排洪和通航的需要，根據(jù)設(shè)計洪水水位橋下凈空等需要，結(jié)合橋型跨徑等一起考慮，以確定公路合理的橋道標(biāo)高，橋道標(biāo)高確定后，就可根據(jù)橋頭的地形和線路要求來設(shè)計橋梁的縱斷面線形，為了保證橋下流水凈空，主梁底一般應(yīng)高出設(shè)計流水位不小于50cm。

2.5.4 橋梁橫斷面確定橋梁橫斷面的設(shè)計，主要是決定橋面的寬度和橋跨結(jié)構(gòu)橫斷面布置，橋面寬度決定了行車和行人的交通需要，該橋凈寬按凈-9+2×0.75(人行道)+2×0.25(安全帶)

2.5.5 平面布置

橋梁的線形及橋頭引道要保持平順，使車輛能平穩(wěn)地通過，從橋本身經(jīng)濟(jì)性和施工方案來說，應(yīng)盡可能避免橋梁與河流成橋下路線斜交，故該橋應(yīng)采用正交。

2.6 預(yù)應(yīng)力砼T形梁橋

T形橋的特點是:制作簡單，肋內(nèi)鋼筋可做成剛勁的鋼筋骨架，主梁之間借助間為4mm～6mm的隔梁來連接，整體性好，接頭也較方便。對于承受正彎矩作用的T梁來說，既充分利用了擴(kuò)展的砼橋面板的抗壓能力，又有效地發(fā)揮了集中布置在梁肋下部的受力鋼筋的抗拉作用，從而使結(jié)構(gòu)構(gòu)造與受力性能達(dá)到理想的配合。與橋抗相比，對于梁肋較高的T形橋梁來說，由于砼抗壓和鋼筋受拉所形成的力偶臂較大，因而T橋也具有更大的抵荷載彎矩的能力。

裝配式肋梁橋，考慮到起重設(shè)備的能力，預(yù)制和安裝的方便，一般采用主梁間距在2.0以內(nèi)的梁式結(jié)構(gòu)，在設(shè)計整體式梁橋性，鑒于梁肋尺寸不起重要裝、機(jī)具的限制，故可以根據(jù)砼體積最小的經(jīng)濟(jì)原則來確定截面尺寸，對于橋面凈空-7m的橋梁，只要建筑高度不受限制，往往建成的雙主梁數(shù)為合理，在每一預(yù)制T梁上，通常設(shè)置待安裝就位及相互連接用的橫隔梁，以保證全橋的整體性。在橋上車輛荷載作用下，通過橫隔梁接縫處傳遞剪力和彎矩而使各T形梁共同受力。

在保證抗剪等條件下盡可能減小梁肋(或稱腹板)的厚度，以期減小構(gòu)件自重，是目前砼和預(yù)應(yīng)力砼橋梁的發(fā)展趨向。因此，為使受拉主筋或預(yù)應(yīng)力筋在梁肋底部較集中地布置，或者為了滿足預(yù)加應(yīng)力的受壓需要，就形成呈馬蹄形的梁肋底部。

故結(jié)合該橋?qū)嶋H地質(zhì)情況及綜上分析得出，設(shè)計成預(yù)應(yīng)力砼T形梁橋。之所以放棄預(yù)應(yīng)力砼梁式板橋的選擇是因為它簡支板橋的經(jīng)濟(jì)合理跨徑一般限制在13m～15m以下，預(yù)應(yīng)力砼連接板橋也不宜不超過35m，否則就會存在自重增大的隱患。

結(jié)束語

因此，我們在橋梁工程設(shè)計中，橋梁存在的隱患是十分關(guān)鍵的，必須根據(jù)具體的橋梁做具體的工程設(shè)計，還應(yīng)該注意橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。然而，影響結(jié)構(gòu)耐久性的決定性因素是來自構(gòu)造上（也即設(shè)計上）的缺陷卻往往被人們忽視。所以，橋梁存在的隱患已成為迫切需要解決的問題，要積極借鑒成功的經(jīng)驗和做法，除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計理念、結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好防患設(shè)計。只有這樣才能解決橋梁存在的隱患，保證橋的持久和耐用性。

[1]張霄利.如何解決橋梁設(shè)計存在的隱患.科學(xué)之友，2010-02-15.