芻議山區(qū)公路橋梁的勘察及結(jié)構(gòu)形式的選擇

蔡玉柱

【摘 要】本文主要根據(jù)多年的山區(qū)公路橋梁的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及對山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)方面的分析研究，對山區(qū)公路在今后設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該注意的幾個(gè)普遍存在的問題進(jìn)行了分析闡述。山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)合理與否對山區(qū)公路的建設(shè)質(zhì)量及使用年限有著直接的聯(lián)系。文章對橋位的勘察和選擇橋梁結(jié)構(gòu)形式提出了意見。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)；公路橋梁；勘察；技術(shù)

1.橋位的勘察

橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)涉及因素很多，必須充分調(diào)查，從客觀實(shí)際出發(fā)，分析具體情況，才能得出合理的設(shè)計(jì)方案。因此，必須進(jìn)行一系列的野外勘測和資料收集工作。

1.1技術(shù)條件

公路為線性帶狀建筑物，山區(qū)公路由于地形復(fù)雜、地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異大等原因，橋梁多位于大沖溝、山間河流、泥石流溝、山體垮塌形成山凹等位置，設(shè)計(jì)難度大。隨著公路勘測設(shè)計(jì)水平的不斷提高，現(xiàn)階段多采用先測繪地形圖，再紙上定線，然后實(shí)地放線調(diào)查的方式進(jìn)行公路測設(shè)。

1.2橋位勘測

以路線紙上定線后得出平面圖及縱斷面圖為依據(jù)，對全線進(jìn)行實(shí)地放線及沿線調(diào)查，勘測橋位位置處縱斷面地面線、橫斷面地面線，尤其對地形變化點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)測，并初步調(diào)查橋梁所處位置的地形、地質(zhì)、地貌，以便于確定橋梁跨徑、凈空及墩臺位置。對于沖溝及泥石流溝，應(yīng)重點(diǎn)調(diào)查溝寬、溝底沉積物大小及沖刷線高度；對于河流應(yīng)調(diào)查常水位、洪水位、水面寬度、河灘寬度、河床比降、河道與路線交角等。

1.3橋位測設(shè)

依據(jù)調(diào)查資料，結(jié)合路線最終平面、縱斷方案，進(jìn)行橋位初步布設(shè)，確定跨徑及分孔。布設(shè)橋位時(shí)，應(yīng)盡量不擾動(dòng)山體、壓縮河床，墩臺避免設(shè)置于溝底、水中，必要時(shí)需考慮橋梁與溝床斜交以避免水流對墩臺沖刷過大或者在橋梁上下游修建調(diào)治構(gòu)造物。完成橋位布設(shè)后，應(yīng)再次實(shí)地放樣復(fù)查。

1.4橋位鉆探

依據(jù)擬定橋梁分孔后墩臺位置，進(jìn)行地質(zhì)鉆孔勘探，調(diào)查橋位地質(zhì)情況，并將鉆探資料制成地質(zhì)剖面圖，作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

1.5施工調(diào)查

調(diào)查了解其他與橋梁建設(shè)有關(guān)的情況，如：當(dāng)?shù)亟ㄖ牧希ㄉ啊⑹系龋﹣碓?、水泥、鋼材供?yīng)情況，以便因地制宜、就地取材、降低工程造價(jià)?？紤]施工場地是否需要占用農(nóng)田、拆遷建筑、管線等，避免或減少損失。

2.橋梁布設(shè)

橋梁的布設(shè)主要分為橋型選擇、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)四部分。在確定橋梁形式和開始布設(shè)橋梁之前，還應(yīng)依據(jù)所設(shè)計(jì)的公路等級、技術(shù)指標(biāo)及用途，確定橋梁的橋面寬度（包括行車道及人行道等）、設(shè)計(jì)及驗(yàn)算荷載，同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，考慮橋上是否需要鋪設(shè)管線、電纜等情況。

2.1橋型選擇

橋型選擇的基本原則是：安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀。即應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性和抗震需求，還應(yīng)因地制宜，考慮施工、取材方便性及運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)的便利性，避免同一合同段內(nèi)出現(xiàn)多種跨徑，同時(shí)公路橋梁也需考慮美觀，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，注意橋梁的高跨比的匹配。

2.2上部結(jié)構(gòu)

山區(qū)公路橋梁一般遠(yuǎn)離大城市，對橋梁美觀要求相對低，通常情況下選擇結(jié)構(gòu)簡單、制作簡單、施工方便、造價(jià)低的橋型，如：預(yù)制空心板、T型梁、工型梁、箱梁等，這些結(jié)構(gòu)因受力合理，便于標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制、吊裝而被廣泛應(yīng)用。常用的空心板跨徑有：8m、10m、13m、16m、20m；常用的T梁、工梁、箱梁跨徑有：16m、20m、25m、30m、35m、40m。一般情況下，大、中橋采用T梁、工梁及箱梁結(jié)構(gòu)，小橋采用簡支空心板結(jié)構(gòu)。

當(dāng)橋墩墩高不是太高時(shí)，通常采用簡支或者連續(xù)結(jié)構(gòu)，如：T梁、工梁等，合理設(shè)置伸縮縫裝置及支座，利于防止溫度變化導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變大；但如果橋墩很高，則宜選擇墩梁固結(jié)結(jié)構(gòu)，以避免墩頂位移過大，損害支座。如在跨越深V型深谷時(shí)，可選用連續(xù)鋼構(gòu)體系，以減少橋墩個(gè)數(shù)，減小施工難度，或者在地質(zhì)條件好的條件下選用拱橋方案。

選用大跨度橋梁時(shí)，除應(yīng)進(jìn)行承載力及正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算外，還需進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和動(dòng)力特性的分析。

2.3下部結(jié)構(gòu)

橋梁墩、臺的主要作用是承受上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，并通過基礎(chǔ)將此荷載及本身自重傳遞到地基上。墩、臺不僅本身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，而且對于地基的承載力、沉降量、地基與基礎(chǔ)之間的摩阻力也都有要求，以避免在這些荷載作用下有過大的水平位移、轉(zhuǎn)動(dòng)或者沉降發(fā)生。

2.3.1橋墩

山區(qū)公路橋梁橋墩形式，一般情況下多采用等截面圓柱、方形墩，對于高墩，則采用變截面實(shí)心墩或變截面空心墩。簡支情況下，可取其中一個(gè)較高的橋墩進(jìn)行計(jì)算，除進(jìn)行承載力及正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算外，還需重點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，常用分析方法有靜力法、位移法、有限元法、能量法；而對于連續(xù)梁結(jié)構(gòu)及連續(xù)鋼構(gòu)體系，各墩的穩(wěn)定性受相鄰橋墩的影響及制約，只取一個(gè)橋墩進(jìn)行分析計(jì)算是不合理的，應(yīng)取全橋作為分析對象。

橋墩的基礎(chǔ)一般采用擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)兩種。擴(kuò)大基礎(chǔ)適用于地質(zhì)條件較好的情況，且應(yīng)進(jìn)行淺基礎(chǔ)沖刷、水毀分析，除承載力滿足要求外，也應(yīng)合理控制偏心距，使基礎(chǔ)應(yīng)力分布均勻。樁基礎(chǔ)主要采用摩擦樁和嵌巖樁，摩擦樁需考慮沉降量的影響，嵌巖樁需了解巖層傾向、風(fēng)化程度、完整性等因素，控制嵌巖深度。此外，如采用群樁基礎(chǔ)，對于承臺及樁基，應(yīng)重點(diǎn)分析承臺受力及樁基偏心問題。

2.3.2橋臺

常用的橋臺形式有重力式U型橋臺、柱式橋臺、扶壁式橋臺、肋形埋置式橋臺、薄壁式橋臺等。

重力式U型橋臺由于自重大，穩(wěn)定性好，抗滑、抗傾覆能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，是梁橋和拱橋上常用的橋臺形式。但對地基地質(zhì)要求高，且須注意橋臺基礎(chǔ)須置于同一地層，避免出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象。

柱式橋臺與薄壁式橋臺須承受較大的臺后土壓力，且基礎(chǔ)多為單排樁基礎(chǔ)或擴(kuò)大基礎(chǔ)，因此這兩類橋臺不宜太高，如填土過高，須考慮增設(shè)擋墻。

扶壁式橋臺臺后土壓力較大，配盡量多，造價(jià)高。

肋形埋置式橋臺由于其臺前土壓力可抵消部分臺后土壓力，可用于臺后填土較高的情況，但橋臺錐坡占用橋孔，且山嶺區(qū)陡峭位置設(shè)置錐坡困難，導(dǎo)致橋梁增長，造價(jià)增高。

2.4附屬結(jié)構(gòu)

2.4.1抗震設(shè)置

由于山區(qū)橋梁通常采用預(yù)制空心板、T梁等簡支或連續(xù)結(jié)構(gòu)，在整體抗震性能上相對較差，應(yīng)依據(jù)規(guī)范及橋梁抗震特性在不同條件下，加強(qiáng)墩梁交接處的構(gòu)造設(shè)計(jì)和配筋，增設(shè)抗震結(jié)構(gòu)，如防震錨栓、連桿、緩沖墊塊等。

2.4.2支座設(shè)置

除采用鋼構(gòu)體系的高墩橋梁外，簡支或連續(xù)結(jié)構(gòu)的交接墩、矮墩須設(shè)置支座。而山區(qū)橋梁，由于地形及路線線形限制，多為曲線橋，支座的設(shè)置除應(yīng)考慮由于扭矩造成的支座反力差外，還應(yīng)考慮曲線橋變形引起的變位方向差異，所設(shè)置支座應(yīng)能滿足不同方向變位的需求。

2.4.3橋面平順措施

山區(qū)橋梁在大縱坡及曲線上的情況很多，汽車沖擊力將增加曲線橋扭矩的影響，因此，路線縱坡變化點(diǎn)不應(yīng)設(shè)置于橋梁范圍內(nèi)，且為減少橋面沖擊，宜采用柔性橋面鋪裝，設(shè)置臺后搭板，避免橋頭跳車。

2.4.4伸縮縫設(shè)置

由于溫度變化、混凝土收縮引起橋梁伸縮量，通常采用設(shè)置伸縮縫裝置來解決，設(shè)計(jì)中應(yīng)依據(jù)橋梁一聯(lián)長度綜合計(jì)算伸縮量，確定伸縮縫形式。另外，在曲線梁橋上，伸縮量因內(nèi)外側(cè)梁長不同而不同，造成伸縮量比直線橋大，應(yīng)綜合考慮縱橫向變形的矢量和方向。

2.4.5運(yùn)營安全性

山區(qū)橋梁多設(shè)置在高差大、地形陡峭位置，為保證行車安全，應(yīng)綜合路線交通量及車輛情況，更多考慮設(shè)置防撞護(hù)欄的形式及強(qiáng)度。

3.結(jié)語

山區(qū)公路地形多變、地質(zhì)情況復(fù)雜，橋梁的勘察及布設(shè)受諸多因素影響。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)依據(jù)所收集的水文、地質(zhì)、地形、環(huán)境、施工技術(shù)、交通運(yùn)輸?shù)荣Y料，多比較分析，選擇最佳方案，使橋梁設(shè)計(jì)達(dá)到安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]交通部公路司.新理念公路設(shè)計(jì)指南[Z].2005.

[2]交通部公路司.降低造價(jià)公路設(shè)計(jì)指南[Z].2005.