黃山區(qū)龍門至甘棠橋梁安全分析

宋鵬翀

（黃山市交通建設(shè)總公司，安徽 黃山 245700）

0 引言

隨著黃山區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，旅游資源的進(jìn)一步開發(fā)，為黃山區(qū)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展迎來了歷史機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)黃山區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高的要求。其中S322作為黃山區(qū)通往涇縣，繼而通往皖江城市和長三角地區(qū)最便捷的對(duì)外通道和旅游通道，近年來交通量顯著增長，因此有必要改善道路通行能力。

目前省道S322涇縣至桃花潭段已建成通車，桃花潭至黃山區(qū)龍門段也即將建成通車，尚余黃山區(qū)龍門至甘棠段現(xiàn)為四級(jí)公路，通行狀況較差。因此，為了改善交通出行環(huán)境，完善路網(wǎng)布局，同時(shí)帶動(dòng)黃山區(qū)龍門、太平湖以及涇縣桃花潭鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及小城鎮(zhèn)發(fā)展的需求，進(jìn)一步開發(fā)沿線旅游資源，需加快建設(shè)S322黃山區(qū)龍門至甘棠段以改善現(xiàn)狀交通出行條件。全線共設(shè)橋梁7座，總長461.92m，其中20m跨徑的5座，16m跨徑的2座，上部結(jié)構(gòu)采用密肋式T梁。

1 橋涵設(shè)計(jì)原則

1.1 橋涵設(shè)計(jì)應(yīng)符合技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、耐久適用、經(jīng)濟(jì)合理的要求，遵循美觀和有利環(huán)保的原則，考慮“因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護(hù)”因素，體現(xiàn)“節(jié)約型交通”和“可持續(xù)發(fā)展”的設(shè)計(jì)原則。

1.2 認(rèn)真貫徹公路設(shè)計(jì)新理念提出的“六個(gè)堅(jiān)持，六個(gè)樹立”的公路勘察設(shè)計(jì)新理念，重視橋梁結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)，充分考慮橋梁的耐久性設(shè)計(jì)。

1.3 橋位選擇在服從路線總體走向的基礎(chǔ)上，將路線布置與橋梁方案有機(jī)地結(jié)合起來，路橋綜合考慮；同時(shí)加強(qiáng)工程地質(zhì)勘察，認(rèn)真分析各種不利工程地質(zhì)狀況。

1.4 橋梁、涵洞的設(shè)置結(jié)合平縱設(shè)計(jì)、地形地貌以及當(dāng)?shù)厣睢⑸a(chǎn)的需要，以盡量不改變現(xiàn)有山區(qū)河流自然狀態(tài)、不降低原有溝渠使用功能，充分考慮山區(qū)溝渠泄洪、灌溉的需要為原則。橋梁的設(shè)置兼考慮兩側(cè)通行條件的需要，做到一橋多用。

1.5 由于山區(qū)存在交通不便、進(jìn)場條件差等客觀原因，故選用技術(shù)成熟，施工快速簡便的橋型方案，在造價(jià)合理的情況下，盡量選用結(jié)構(gòu)整體性好，高速行車安全性好，承載潛力大，后期維護(hù)工作量少、費(fèi)用低的橋梁結(jié)構(gòu)形式。

1.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮構(gòu)件的“可檢測、可維護(hù)、可更換”。

1.7 橋上護(hù)欄采用鋼筋混凝土護(hù)欄。

1.8 本項(xiàng)目全線沒有通航河流，橋梁孔徑盡量采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，橋梁布孔均能滿足山區(qū)泄洪要求。為避免橋臺(tái)與橋頭路基沉降差引起的橋頭跳車，所有主線橋梁均設(shè)置橋頭搭板，橋頭搭板寬與行車道同寬，搭板長度視臺(tái)后填土高度及地質(zhì)情況確定，一般情況下臺(tái)后填土高度<4m的采用5m搭板，臺(tái)后填土高度≥4m的采用8m搭板。

1.9 涵洞與路基同寬，主要結(jié)構(gòu)形式依據(jù)地質(zhì)、地形條件確定。由于山區(qū)匯水流量較大且有一定的漂流物，為了方便后期的維護(hù)、清理，一般采用鋼筋混凝土蓋板涵，少量灌溉溝渠采用鋼筋混凝土圓管涵。涵洞進(jìn)出口形式依據(jù)涵位處橫斷面確定，主要采用八字墻、一字墻、邊溝跌井等形式。

2 橋梁耐久性設(shè)計(jì)及措施

根據(jù)“耐久適用”的要求，考慮“便于養(yǎng)護(hù)”因素，橋涵設(shè)計(jì)加強(qiáng)了提高結(jié)構(gòu)的耐久性的措施，體現(xiàn)“節(jié)約型交通”和“可持續(xù)發(fā)展”的設(shè)計(jì)原則。本項(xiàng)目橋涵設(shè)計(jì)主要從以下幾方面對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性加強(qiáng)了設(shè)計(jì)。

2.1 構(gòu)件本身的耐久性

上部結(jié)構(gòu)選用剛度大、耐久性好的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁；高橋墩采用圓柱式墩。

2.2 應(yīng)用高性能混凝土

對(duì)于橋梁盡可能采用高性能混凝土。在混凝土整體強(qiáng)度提高的同時(shí)，密實(shí)度增加，混凝土自身抗?jié)B性提高，從而可大大提高混凝土的耐久性。

2.3 增加混凝土保護(hù)層厚度

本項(xiàng)目橋梁構(gòu)件的保護(hù)層被適當(dāng)加厚，以延緩因混凝土碳化而引起的鋼筋銹蝕，從而使結(jié)構(gòu)的耐久性得到加強(qiáng)。

2.4 構(gòu)件的可維修、可更換性

橋面鋪裝按三層結(jié)構(gòu)設(shè)置，增加橋面的防排水性能，避免橋面水引起鋼筋銹蝕。

2.5 樁基的耐久性設(shè)計(jì)

山區(qū)河流沖刷大，導(dǎo)致部分樁基樁頂露出水面，出現(xiàn)樁基混凝土破損、剝落和鋼筋外露、銹蝕等病害（見圖1）。

圖1 樁基沖刷病害

為了避免此類病害，在樁頂設(shè)置鋼護(hù)筒（見圖2），防止沖刷帶來的病害，提高樁基耐久性。

圖2 樁基防護(hù)示意圖

2.6 附屬構(gòu)造的耐久性及可更換性設(shè)計(jì)

對(duì)于附屬構(gòu)造在橋梁運(yùn)營過程中容易出現(xiàn)勞損、破壞的部分，充分考慮物件的耐久性和可更換性，降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，簡化養(yǎng)護(hù)程序。如對(duì)全線橋梁的支座墊石進(jìn)行了加高，墊石最小高度均大于10cm，為后期支座的更換預(yù)留了操作空間；對(duì)伸縮縫的型鋼及構(gòu)造型式進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化，便于構(gòu)件的更換及維護(hù)。

3 橋梁抗震設(shè)計(jì)情況

根據(jù)中國地震烈度區(qū)劃圖，本項(xiàng)目位于基本烈度小于Ⅵ度的地區(qū)，沿線地震動(dòng)峰值加速度值＜0.05g，根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG／T B02—01—2008）的要求，全線橋梁提高一個(gè)等級(jí)設(shè)防。

3.1 橋位選擇

注重橋位的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和歷史震害情況的現(xiàn)場調(diào)查和勘察工作，在服從路線的總體要求下，盡量選擇坡度較緩路段，避開河床內(nèi)基巖具有傾向河槽的構(gòu)造軟弱面被深切河槽所切割的地段。

3.2 簡支梁梁端至墩、臺(tái)帽或蓋梁邊緣距離

對(duì)于簡支梁橋，簡支梁梁端至墩、臺(tái)帽或蓋梁邊緣保持一定的距離。其最小值a（cm）按下式計(jì)算：a≥70＋0.5L。其中，L表示梁的計(jì)算跨徑（m）。

3.3 上部結(jié)構(gòu)抗震措施

沿線所有簡支橋梁墩臺(tái)均設(shè)有擋塊，以防止梁體橫向產(chǎn)生較大的位移；簡支結(jié)構(gòu)橋梁梁板間設(shè)置抗震錨栓連接防止縱橫向落梁；簡支結(jié)構(gòu)梁與梁之間設(shè)置用于緩沖的橡膠墊；梁與墩臺(tái)側(cè)面設(shè)置用于緩沖的橡膠墊。

3.4 下部結(jié)構(gòu)抗震措施

根據(jù)抗震要求對(duì)橋梁墩臺(tái)柱身、樁基的螺旋箍筋進(jìn)行了加粗、加密；對(duì)于樁長大于7m的，在樁頂增設(shè)一道系梁；重視對(duì)砂土、亞砂土地層墩臺(tái)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)；確保結(jié)構(gòu)尺寸的合理性。

4 橋梁水文計(jì)算

根據(jù)沿線有關(guān)部門提供的水文資料，結(jié)合外業(yè)勘測調(diào)查成果，綜合該地區(qū)地形、氣候、水文特點(diǎn)，沿線橋梁水文計(jì)算采用形態(tài)法與逕流法相比較結(jié)合的方法。

4.1 沿線地形、工程地質(zhì)與橋涵結(jié)構(gòu)物類型選擇關(guān)系

本項(xiàng)目地處長江南岸平原與皖南山區(qū)交界帶以及皖南低山丘陵區(qū)，地勢總的趨勢是南高北低，中部為丘陵區(qū)，南、北部為山間盆地地區(qū)。由于路線經(jīng)過地區(qū)跨越大量的山區(qū)溪溝和水位較高的河流，因而崩岸及洪水災(zāi)害應(yīng)當(dāng)考慮。對(duì)于全線一系列山區(qū)存在崩岸現(xiàn)象河流的橋梁進(jìn)行護(hù)岸防護(hù)，采用C20混凝土砌筑防護(hù)墻或護(hù)坡保護(hù)河岸的沖刷、崩塌等。

總體來說，沿線地質(zhì)情況總體較好，對(duì)公路建設(shè)較為有利。對(duì)于地基承載力較大路段，橋梁下部結(jié)構(gòu)多采用重力式擴(kuò)大基礎(chǔ)；地基承載力較小或橫向地形變化較大的路段，其橋梁下部結(jié)構(gòu)則采用灌注樁基礎(chǔ)。

涵洞結(jié)構(gòu)類型的選用在滿足流量需要的情況下，一般采用造價(jià)低、施工方便的鋼筋混凝土圓管涵，其余涵洞則根據(jù)設(shè)計(jì)流量采用2～4m的鋼筋混凝土蓋板涵。

4.2 中小橋涵結(jié)構(gòu)類型的選擇及孔徑確定的依據(jù)

中小橋涵孔徑的確定主要依據(jù)：匯水面積、流量、溝渠性質(zhì)及斷面尺寸、設(shè)計(jì)流量及河道規(guī)劃等綜合考慮確定。在凈空高度滿足要求，且不過多增大造價(jià)的情況下，部分小橋適當(dāng)增大孔徑，兼過人、機(jī)通道作用，以使通道布設(shè)利于縱坡設(shè)計(jì)，降低路基填土高和工程造價(jià)。

5 混凝土空心板橋

中小橋涵盡量采用相同結(jié)構(gòu)形式，以利施工。對(duì)于20m及20m以下跨徑的簡支橋梁，國內(nèi)大多采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，其具有上部建筑高度低、預(yù)制施工簡單、易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和工廠施工、造價(jià)低、吊裝容易等優(yōu)點(diǎn)，因此被公路工程廣泛采用。隨著公路建設(shè)的推進(jìn)，此類結(jié)構(gòu)受到材料技術(shù)、施工工藝等因素的制約，長期以來工程病害十分突出，管養(yǎng)費(fèi)用居高不下，難以滿足交通建設(shè)持續(xù)、健康發(fā)展需要，主要病害有：

a）支座脫空；

b）內(nèi)模上浮造成頂板過薄；

c）預(yù)制空心板之間沿鉸縫開裂、剝落；

d）墩頂連續(xù)處出現(xiàn)橫向裂縫；

e）橋面伸縮縫發(fā)生破壞。

對(duì)于單跨≤20m的橋梁，已經(jīng)廣泛采用低高度密肋式小T梁，其具備吊裝重量最輕、無內(nèi)模、施工便利、支座不易脫空、橫向連接好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

6 密肋式T梁與傳統(tǒng)T梁的比較

6.1 密肋式T梁與傳統(tǒng)T梁相比，其矩形斷面比“馬蹄”形斷面施工簡單，混凝土澆筑質(zhì)量易控制；單片梁較輕，山區(qū)施工吊裝較方便。

6.2 密肋式T梁與傳統(tǒng)T梁相比，其梁高較矮，預(yù)應(yīng)力鋼束沿梁肋中心線布置，不易發(fā)生側(cè)彎等現(xiàn)象。

6.3 將密肋式T梁和傳統(tǒng)T梁材料用量進(jìn)行分析對(duì)比，分析對(duì)象取單幅橋?qū)?.5m，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為20m，低高度密肋式T梁單幅為6片，傳統(tǒng)T梁單幅為4片。經(jīng)計(jì)算20m跨徑傳統(tǒng)的T梁比低高度密肋式T梁單跨造價(jià)低約2.2萬元。

6.4 綜上所述，雖然密肋式T梁較傳統(tǒng)T梁造價(jià)相對(duì)稍高，但從施工方便、結(jié)構(gòu)安全、全線統(tǒng)一結(jié)構(gòu)形式等各方面綜合考慮，本項(xiàng)目橋梁上部推薦使用低密肋式T梁。

7 結(jié)語

山區(qū)旅游道路橋梁考慮“因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護(hù)”等因素，橋涵設(shè)計(jì)需提高結(jié)構(gòu)的耐久性，加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，根據(jù)橋涵水文計(jì)算合理確定橋涵孔徑，橋梁結(jié)構(gòu)選擇施工方便、后期病害少的密肋式T梁。

通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行細(xì)致考慮和精心設(shè)計(jì)，可以大大降低后期運(yùn)營的安全隱患。

[1]JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2]JTG/T B05—2004，公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南[S].

[3]JTG H11—2004，公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

[4]中國公路學(xué)會(huì).交通工程手冊[M].北京：人民交通出版社，1998.