王天津

【摘 要】 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的提高和交通運(yùn)輸需求的增加，國(guó)家對(duì)交通基礎(chǔ)建設(shè)的投入逐步加大，在山區(qū)建造的高速公路也越來越多。由于山區(qū)特殊的地理形勢(shì)，橋梁在山區(qū)高速公路網(wǎng)中扮演著十分重要的角色，設(shè)計(jì)橋梁的水平會(huì)直接影響山區(qū)高速公路的通行安全和工程的造價(jià)水平。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)；高速公路；橋梁設(shè)計(jì)

1 前言

在山區(qū)由于受到其特殊的多山嶺和峽谷等地形地貌的限制，在設(shè)計(jì)高速公路的過程中隧道和橋梁所占有的比例往往很大，設(shè)計(jì)難度和建造難度也都很大。在設(shè)計(jì)山區(qū)高速公路時(shí)，高速公路的平面線形、長(zhǎng)坡和大縱坡以及山區(qū)高墩橋梁的設(shè)計(jì)為一難點(diǎn)。而且，山區(qū)高速的各種因素也會(huì)相互影響，如加陡邊坡和大彎等，這使得設(shè)計(jì)過程頗為復(fù)雜。另一方面，山區(qū)地理形勢(shì)比較發(fā)雜，自然環(huán)境和原本存在的構(gòu)筑物也給山區(qū)的道路、橋梁和隧道等的日常檢查和維修帶來困難，因而工程的耐久性問題也是需要解決的難點(diǎn)。最后，由于山區(qū)復(fù)雜的環(huán)境和本身通行不便，這也給道路和橋梁的施工工程帶來麻煩，如何有效進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)和改善施工環(huán)境也是需要考慮的重點(diǎn)問題。

2 山區(qū)路橋設(shè)計(jì)的原則

2.1 合理考慮地形

在設(shè)計(jì)山區(qū)高速公路的時(shí)候，應(yīng)充分考慮山區(qū)地形條件的影響，長(zhǎng)考慮設(shè)計(jì)成高架公路橋等。在設(shè)計(jì)山區(qū)路橋時(shí)，應(yīng)合理利用地形、周圍已有建筑物的位置分布情況、地質(zhì)條件、挖填方量、排水條件、已有交通通行條件、工程施工條件以及工程建設(shè)的工期以及工程造價(jià)等因素。

2.2 合理設(shè)計(jì)路橋銜接形式

山區(qū)地形條件的特點(diǎn)為地形縱橫交錯(cuò)、坡度大、坡度起伏大，在設(shè)計(jì)路橋時(shí)，橋梁的橋頭不應(yīng)高于三米；地勢(shì)平緩的地區(qū)以及路線縱坡比較小的橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮增加橋梁長(zhǎng)度以減緩坡度；當(dāng)長(zhǎng)度不易減少時(shí)，可以適當(dāng)增加橋頭的填土高度來達(dá)到降低工程造價(jià)的目的?？紤]路橋銜接段時(shí)對(duì)于高大U形橋臺(tái)的使用要慎重考慮，便面出現(xiàn)這種橋臺(tái)與高擋墻的鏈接情況。同時(shí)要合理控制基礎(chǔ)開挖情況，不能破壞周圍山體，以防止邊坡失穩(wěn)情況的出現(xiàn)，這樣容易導(dǎo)致橋臺(tái)基礎(chǔ)失穩(wěn)，山區(qū)地質(zhì)退化，生態(tài)環(huán)境也會(huì)受到一定的破壞。

3 常用橋梁結(jié)構(gòu)形式

3.1 預(yù)應(yīng)力體系及剛構(gòu)體系

在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲線橋內(nèi)存在彎扭耦合作用，導(dǎo)致其會(huì)沿著某一變形不動(dòng)點(diǎn)發(fā)生變形，與直線型橋梁相比較更容易滿足高速公路的設(shè)計(jì)要求。在大縱坡橋梁使用后，由于橋梁上部車輛行駛過程中存在著制動(dòng)力，導(dǎo)致橋梁的產(chǎn)生向車輛行進(jìn)方向移動(dòng)的趨勢(shì)，特別是在單向行進(jìn)橋梁中這個(gè)問題更加明顯。而將曲線和大坡度組合使用時(shí)，橋梁甚至?xí)l(fā)生變形，然后產(chǎn)生橋梁上下部相對(duì)錯(cuò)開，采用支座和梁體分開設(shè)計(jì)時(shí)，支座處受力將會(huì)發(fā)生不平衡的情況而導(dǎo)致支座破壞，橋梁上下部分產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)脫空，造成重大安全隱患。在改進(jìn)設(shè)計(jì)中可以采用剛構(gòu)體系將橋墩和橋梁剛結(jié)起來以增加橋梁的整體性和整體剛度。

3.2 連續(xù)剛構(gòu)體系

曲線橋和大坡度橋梁的橋墩所承受的橫向水平力作用以及附加彎矩比一般的直線橋和平橋橋墩大很多，在這些橫向力和彎矩的影響下，橋墩發(fā)生變位與橋梁的上部結(jié)構(gòu)和橋身與橋墩的連接形式都有關(guān)聯(lián)。在較強(qiáng)約束作用下，發(fā)生變位的可能性比較小，于是采用連續(xù)剛構(gòu)體系可以大大降低橋梁上下部之間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的可能性，可以利用上部結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)對(duì)橋梁下部的約束，增加橋梁的整體穩(wěn)定性，控制橋墩變位量。

3.3 高墩橋墩梁固結(jié)剛構(gòu)體系

在設(shè)計(jì)高墩橋時(shí)，需要重點(diǎn)控制橋墩變位量和橋梁的整體穩(wěn)定性，特別是在曲線橋和大坡橋的情況下，這時(shí)采用墩梁固結(jié)剛構(gòu)體系能夠在很大程度上加強(qiáng)橋梁的整體穩(wěn)定性，減少梁墩之間發(fā)生變位的可能性，有效地重新調(diào)節(jié)整個(gè)橋梁的內(nèi)力分布形式，并且可以提高結(jié)構(gòu)的耐久性。另外，為了減少因支座損壞而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系中出現(xiàn)的不利影響，在設(shè)計(jì)時(shí)還可以適當(dāng)減少抵抗扭矩和抵抗滑移而設(shè)置的支座。

4 橋梁具體構(gòu)造形式

4.1 橋梁上部構(gòu)造形式

在山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)施工過程中，標(biāo)準(zhǔn)化和裝配化是通常采用的方式，以提高工程的施工速度和降低工程造價(jià)。其跨徑常見的有16m、20m、25m、30m、40m、50m或者根據(jù)實(shí)際情況而另行設(shè)計(jì)的跨度，橫斷面通常采用空心板、箱梁和T形梁等。在小跨度的橋梁設(shè)計(jì)中，以上三種結(jié)構(gòu)形式都可以采用，而在跨度超過30m以上 跨徑中，則需要采用T型梁以更好地適應(yīng)橋梁的受力特點(diǎn)。一般來說，跨徑20m的T型梁較為經(jīng)濟(jì)，尤其是對(duì)于山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)，在平原地區(qū)的橋梁則有些不同。對(duì)于半徑較小的平曲線，跨徑較大的T型梁由于內(nèi)外梁的長(zhǎng)度相差較大，跨中矢高也比很大，不適宜大型機(jī)械的通行和施工，因而并不經(jīng)濟(jì)。因此，山區(qū)高速公路的橋梁設(shè)計(jì)時(shí)常采用跨徑小于50m的梁。T型梁之間通常使用剛接和鉸接兩種方式來進(jìn)行橫向連接。如果采用鉸接形式，則在接縫處梁板所承受的剪力會(huì)非常大，需要對(duì)橋面板進(jìn)行加厚設(shè)計(jì)，但是這樣一來必須同時(shí)增加鋼筋的使用量，而且對(duì)橋墩的承受能力也提出了更高的要求，所以這樣的做法并不經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)更傾向于采用剛接形式。

4.2 橋墩的結(jié)構(gòu)形式

合理的橋墩布置和形式的選擇可以有效改善橋梁的內(nèi)力分布情況，其與梁身的合理設(shè)置會(huì)直接影響到橋梁混凝土的溫度變形、應(yīng)力分布和荷載分步及傳遞在橋梁中的分配和作用，并且能夠滿足橋梁施工和正式運(yùn)營(yíng)階段整體剛度和穩(wěn)定性的要求。橋梁本身的需要有較大的抗彎剛度以及比較小的抗推剛度以滿足結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配的需要。同時(shí)應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性以滿足結(jié)構(gòu)變形的需要，而且還應(yīng)該合理控制結(jié)構(gòu)的變形程度。在大縱坡的高墩長(zhǎng)橋設(shè)計(jì)中，需要增加結(jié)構(gòu)的縱向剛度以降低活荷載長(zhǎng)期作用下導(dǎo)致的變位累積效果。而在曲線橋設(shè)計(jì)中，應(yīng)該增強(qiáng)墩的橫向剛度以降低彎扭造成的橫向變位所產(chǎn)生的影響。

5 山區(qū)路橋設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

5.1 耐久性

由于山區(qū)特殊的自然地理環(huán)境的影響，路橋在正常使用過程中所受到的正常損耗，而且周圍有害化學(xué)品的長(zhǎng)期腐蝕、車輛荷載、風(fēng)荷載、難以預(yù)測(cè)的地震荷載以及其他人為因素的影響，路橋必然會(huì)受到不同程度的損耗，其使用壽命必然會(huì)受到影響。另外，橋梁自身所使用的材料的性能也隨著時(shí)間而降低，橋梁自身設(shè)計(jì)和施工過程中也可能存在缺陷，工程結(jié)構(gòu)的耐久性很難得到控制，這也加大了常規(guī)橋梁設(shè)計(jì)的難度。

5.2 路橋荷載及損耗

風(fēng)荷載和車輛產(chǎn)生的荷載會(huì)給路橋尤其是橋梁帶來很大的壓力，而且所承受的荷載形式均為動(dòng)荷載，在橋梁內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生反復(fù)變化的應(yīng)力，導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生振動(dòng)和橋梁結(jié)構(gòu)的損傷。在工程施工過程中所使用的材料和施工水平的限制，也會(huì)是橋梁存在很多難以控制盒監(jiān)測(cè)的微小缺陷，在長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)荷載和汽車荷載以及一些不定荷載的影響下，這些缺陷會(huì)逐漸擴(kuò)大造成損傷甚至出現(xiàn)明顯的裂紋，如果不進(jìn)行合理控制，很有可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大損傷甚至影響整個(gè)工程的安全性。因此，在施工和正常運(yùn)營(yíng)的過程中都要持續(xù)進(jìn)行對(duì)橋梁的質(zhì)量和安全隱患的監(jiān)測(cè)，保證橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和正常運(yùn)營(yíng)的安全性。

5.3 運(yùn)營(yíng)過程中的超載控制

車輛超載會(huì)對(duì)路橋造成較大的傷害，通常為車流量過大或者車輛運(yùn)載貨物過重。車輛超載會(huì)造成路橋的應(yīng)力和增加路橋的應(yīng)力疲勞損傷，也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性和耐久性造成影響，而且常常是無法恢復(fù)的。因而后期的運(yùn)營(yíng)過程中需要合理控制車輛超載情況。

結(jié)束語

山區(qū)高速公路的路橋設(shè)計(jì)和施工受到其特殊的自然地理環(huán)境的約束，而且沿線的地質(zhì)條件也不盡相同，加之不同地區(qū)對(duì)路橋的使用要求又有所不同，對(duì)路橋的設(shè)計(jì)工作帶來了很大的困難。因此在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注重資料的收集和合理使用，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)的方案要經(jīng)過充分的比較和驗(yàn)證方可投入使用，要充分考慮到安全性、穩(wěn)定性和耐久性以及工程的經(jīng)濟(jì)效益的要求。

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