山區(qū)中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

蘇文瑞

(貴州智恒工程勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，貴州 貴陽 55001)

當(dāng)前隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速向前發(fā)展，公路橋梁工程建設(shè)受到了人們廣泛關(guān)注和重視，尤其在我國一些偏遠(yuǎn)山區(qū)內(nèi)部，由于受到地形條件以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多方面因素的影響，造成山區(qū)內(nèi)部交通通行條件相對較差，直接影響到當(dāng)?shù)貐^(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以及人們的日常出行質(zhì)量，因此，必須要充分重視山區(qū)內(nèi)部公路橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)工作。

1 山區(qū)中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)工作原則

1.1 充分考慮山區(qū)內(nèi)部的地質(zhì)條件

在針對山區(qū)內(nèi)部橋梁工程項(xiàng)目展開設(shè)計(jì)工作過程中，必須要對山區(qū)內(nèi)部的地形條件情況進(jìn)行全面分析與考慮，保證每一個(gè)設(shè)計(jì)工作環(huán)節(jié)的科學(xué)性與合理性。其中對于橋梁墩臺的位置設(shè)計(jì)工作而言，必須要經(jīng)過更加全面和詳細(xì)的測量，對整個(gè)山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)工作的安全性給予充分保證，避免受到地質(zhì)災(zāi)害因素的影響，對橋梁工程結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的干擾。至此之外，還需要對整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)工作項(xiàng)目進(jìn)行整體性把控，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件情況盡可能提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

1.2 橋梁高跨比協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則

在針對橋梁工程項(xiàng)目高跨比進(jìn)行設(shè)計(jì)工作過程中，其中所需要考慮的重點(diǎn)問題包含以下幾個(gè)方面，第一，需要對橋梁工程的外觀效果給予充分重視，要有效保證橋梁外觀具有良好的協(xié)調(diào)比例關(guān)系。第二，需要運(yùn)用科學(xué)成本對橋梁工程項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)問題。第三，需要在小跨徑橋梁設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，對周圍自然環(huán)境進(jìn)行全面保護(hù)，避免小跨徑橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)，對周圍環(huán)境形成較大的影響，盡可能保證橋梁工程項(xiàng)目和周圍自然環(huán)境之間形成和諧共處的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

2 山區(qū)小跨徑橋梁設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)

有效結(jié)合我國某地區(qū)一處山區(qū)小跨徑橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作展開分析和研究，在本次公路橋梁的整體線路表現(xiàn)出兩端低、中間高的狀態(tài)，整體呈凸起狀，山區(qū)內(nèi)部的地形條件起伏相對較大，海拔高度范圍在1 400～1 800 m之間。在公路沿線存在大面積的農(nóng)田、河流以及山區(qū)等，整條道路設(shè)計(jì)路線范圍比較寬泛，因此在澆筑施工當(dāng)中會存在較大的工作困難，同時(shí)也會產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)影響問題。在本次項(xiàng)目工程當(dāng)中橋梁跨越小型河流，主要為溝渠和部分地方道路所設(shè)置。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作當(dāng)中必須要充分考慮到工廠化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)情況，對橋梁的預(yù)制結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，其中主體結(jié)構(gòu)以30 m、20 m與16 m等大小規(guī)格的空心板或T梁橋。在橋梁布設(shè)工作過程中，橋墩位置需要盡可能遠(yuǎn)離溝渠的中心線位置，在下部基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中必須要充分考慮到橋梁區(qū)域地質(zhì)條件狀況，對樁基礎(chǔ)以及擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行有效運(yùn)用[1]。

2.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)分析

現(xiàn)階段，在山區(qū)當(dāng)中小跨徑橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作中，針對上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作需要充分了解山區(qū)內(nèi)部的基礎(chǔ)性條件情況，并且有效選擇對應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)形式，有效保證小跨徑橋梁的實(shí)際工作更加科學(xué)規(guī)范，對后續(xù)的工程項(xiàng)目順利開展打下良好的基礎(chǔ)。在橋梁主梁設(shè)計(jì)工作過程中是上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要工作環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段，使用比較普遍的一種橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，主要是以預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)為主，在該項(xiàng)設(shè)計(jì)工作過程中需要有效保證整個(gè)工程建設(shè)施工工序符合設(shè)計(jì)工作標(biāo)準(zhǔn)和要求?，F(xiàn)階段，針對預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式相對比較復(fù)雜，其中主要包含空心板、T梁以及小箱梁結(jié)構(gòu)等。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作過程中可以針對不同的主梁橫斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)和分析，需要考慮項(xiàng)目工程的場地環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性、美觀性等，并結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對橋梁主梁采用的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行確認(rèn)。在具體設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，需要有效的避免運(yùn)營期橋面產(chǎn)生應(yīng)力開裂以及跨越能力等問題，空心板容易出現(xiàn)鉸縫開裂、滲水損壞，小箱梁自身結(jié)構(gòu)而言具有非常強(qiáng)大的抗扭性能，T梁結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的支撐強(qiáng)度相對較大，同時(shí)具有較強(qiáng)的跨越能力，因此可以有效保證橋梁工程項(xiàng)目整體質(zhì)量得到全面提高。在本次項(xiàng)目工程當(dāng)中橋梁采用的T梁以及小箱梁結(jié)構(gòu)，屬于中小跨徑橋梁當(dāng)中非常關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)組成部分，由于對梁板的使用相對比較有限，因此為了保證山區(qū)橋墩數(shù)量可以進(jìn)一步得到控制，有效避免對農(nóng)田產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾問題，需要針對T梁和小箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性選擇。

2.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)

山區(qū)當(dāng)中中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作當(dāng)中需要對下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，同時(shí)這也是其中一項(xiàng)非常關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)工作內(nèi)容。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作當(dāng)中需要針對橋梁的橋臺以及橋墩部分進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，針對橋墩設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)確定橋梁主梁的具體類型、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式以及高度等，這一類山區(qū)公路橋梁中比較常用的橋墩結(jié)構(gòu)為圓柱墩、柱式墩以及矩形墩結(jié)構(gòu)。在針對小橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，要求相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員需要對橋梁實(shí)際施工現(xiàn)場的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面收集和分析，并且需要進(jìn)一步探查施工區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境情況、地質(zhì)條件情況以及地質(zhì)條件的基巖承載能力。如果持力層在地面以下不超過2 m，則可以采用擴(kuò)大基礎(chǔ)處理；如果持力層在水面以下，則需采用樁基礎(chǔ)處理，根據(jù)涉水深度的不同，可以采用土石圍堰或板樁圍堰進(jìn)行施工。在針對水下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作過程中，施工區(qū)域的環(huán)境條件和基礎(chǔ)的水文條件情況必須要符合設(shè)計(jì)工作條件，同時(shí)需要有效保證土層結(jié)構(gòu)的摩擦力以及對應(yīng)的土層厚度情況滿足設(shè)計(jì)工作要求[2]。

因?yàn)楸敬紊絽^(qū)內(nèi)部地形條件構(gòu)成相對比較復(fù)雜，對于橋墩結(jié)構(gòu)的應(yīng)用會占據(jù)大面積的農(nóng)田條件，因此通過使用高度較大的橋墩會形成非常大的施工難題。通過對山區(qū)地形條件的構(gòu)成特點(diǎn)展開更加詳細(xì)的分析，在針對橋墩墩柱的設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，如果墩柱高度小于等于15 m，在山區(qū)跨越山溝或者是山坳過程中，壩區(qū)跨越水流和河流并沒有進(jìn)行凈空限制條件，對于壩區(qū)結(jié)合所跨越的道路等級情況，對一些有著特殊要求的河流以及水溝等構(gòu)造物進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，并且在存在凈空限制條件下需要對16 m的預(yù)應(yīng)力窄幅空心板橋進(jìn)行合理選用。

2.3 橋梁耐久性設(shè)計(jì)功能的要點(diǎn)

通過更加科學(xué)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作形式，可以實(shí)現(xiàn)對耐久度進(jìn)行有效保障，在初步設(shè)計(jì)工作當(dāng)中主要的設(shè)計(jì)工作原則包含以下幾個(gè)方面：第一，全部結(jié)構(gòu)都采用的是梁式橋梁結(jié)構(gòu)，對于跨徑小于或者是等于13 m的橋梁工程而言，都可以對橋梁梁式結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理使用。在針對跨徑超過或者是等于16 m的橋梁工作項(xiàng)目，則可以實(shí)現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理應(yīng)用，如果超過20 m跨徑橋梁需要采取先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的設(shè)計(jì)體系，同時(shí)需要有效運(yùn)用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)，如果橋梁跨徑長度超過30 m則需要對預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理使用，不能使用組合箱梁結(jié)構(gòu)。對于小半徑曲線路段橋梁工程項(xiàng)目而言，則需要對現(xiàn)澆箱梁進(jìn)行合理使用，但是已不能對預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理使用[3]。

橋梁施工材料品質(zhì)對于橋梁工程使用耐久性會產(chǎn)生直接性影響，在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，對于橋梁的基礎(chǔ)部分墩柱、蓋梁等相關(guān)構(gòu)件，所選用的混凝土材料需要保證質(zhì)量規(guī)格更高，因此需要混凝土具有非常高的使用強(qiáng)度以及抗?jié)B透等級。其中，工程建設(shè)施工環(huán)境對于橋梁耐久性所產(chǎn)生的影響非常顯著，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)工作當(dāng)中需要對工程沿線的環(huán)境條件進(jìn)行針對性判斷，有效分析地下水的整體腐蝕性情況，為后續(xù)的橋梁工程使用耐久性給予充分保障。

2.4 有效提高道路橋梁防水性能

在山區(qū)中小跨徑橋梁項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)工作過程中，需要充分考慮到外部環(huán)境因素所產(chǎn)生的影響，特別是針對我國一些氣候環(huán)境條件比較惡劣的地區(qū)，對山區(qū)中小跨徑橋梁的使用質(zhì)量安全性造成了比較嚴(yán)重的影響。從近階段我國各大山區(qū)中小跨徑橋梁項(xiàng)目工程施工狀況進(jìn)行分析，針對山區(qū)中小跨徑橋梁工程防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中的重要構(gòu)成部分。從公路橋梁的使用耐久度和使用安全性角度上進(jìn)行分析，防水性能的高低直接關(guān)系到道路橋梁工程的施工質(zhì)量，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員需要針對整個(gè)山區(qū)中橋梁防水結(jié)構(gòu)展開更加細(xì)致和全面的設(shè)計(jì)工作，同時(shí)要有效保證整個(gè)設(shè)計(jì)工作方案具有較高的可行性效果，以此來保證山區(qū)中小跨徑橋梁工程項(xiàng)目具有更高的防水性能和穩(wěn)定性。

3 山區(qū)中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

3.1 橋梁整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作方法

在進(jìn)行山區(qū)中小跨徑橋梁項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，必須要對橋梁整體結(jié)構(gòu)展開全面優(yōu)化和設(shè)計(jì)，可以通過使用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)工作方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)前在我國山區(qū)中小跨徑橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)理論快速發(fā)展背景下，通過使用概率法、半概率設(shè)計(jì)工作方法和全概率設(shè)計(jì)方法，可以有效提高山區(qū)中小跨徑橋梁工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)在針對橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，針對一些不確定性因素進(jìn)行描述，通常情況下使用的是定量分析工作方法，對其中的各項(xiàng)安全控制工作指標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)，進(jìn)一步提高山區(qū)中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，要求對整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)工作進(jìn)行全面優(yōu)化，確保山區(qū)中小跨徑橋梁工程項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)與應(yīng)用價(jià)值[3]。

為了進(jìn)一步提高山區(qū)中小跨徑橋梁橋梁整體結(jié)構(gòu)的實(shí)用性效果，在優(yōu)化設(shè)計(jì)工作當(dāng)中需要基于實(shí)際的橋梁工程建設(shè)情況，對橋梁結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。通過模型分析工作方法，可以保證橋梁各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，以及不同組成部分設(shè)計(jì)工作的全面優(yōu)化和改進(jìn)。在具體的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作中需要有效結(jié)合項(xiàng)目工程，所處地形條件情況以及橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)成情況，有效確認(rèn)其中的最優(yōu)算法，充分保證橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作結(jié)果的科學(xué)性與合理性，以此來進(jìn)一步提高山區(qū)中小跨徑橋梁工程項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)工作效果和水平。當(dāng)前在山區(qū)中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，比較常用的優(yōu)化算法以及設(shè)計(jì)工作方式比較復(fù)雜。比如，可以通過數(shù)學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作方法、最優(yōu)化準(zhǔn)則法以及仿生學(xué)設(shè)計(jì)工作方法等，通過這些先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用，可以對山區(qū)中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，全面提高山區(qū)中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 山區(qū)中小跨徑橋梁下部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)

在針對山區(qū)中小跨徑橋梁工程項(xiàng)目下一步結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計(jì)工作過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員不單需要對下步結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成形式進(jìn)行全面優(yōu)化和改進(jìn)，同時(shí)還需要充分基于相關(guān)勘測設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對工程施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行充分明確。比如，在我國一些傳統(tǒng)的山區(qū)中小跨徑橋梁項(xiàng)目工程建設(shè)工作當(dāng)中，所使用的設(shè)計(jì)手法主要是基于施工模板和施工平臺之間的有效銜接，將兩者設(shè)計(jì)成一個(gè)完整的整體結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)方式在一些早期施工當(dāng)中應(yīng)用效果比較明顯，但是隨著工程的不斷向前推進(jìn)，在后續(xù)階段的工程建設(shè)過程中會存在一定的工作難度。隨著我國橋梁工程項(xiàng)目的進(jìn)一步向前發(fā)展，現(xiàn)階段在山區(qū)中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，下部結(jié)構(gòu)通常情況下采用的是翻模施工技術(shù)方法，相關(guān)工作人員需要在橋梁下部結(jié)構(gòu)的模板支架表面固定，施工平臺同時(shí)有效使用塔吊設(shè)備，完成橋梁結(jié)構(gòu)下層模板與平臺吊裝工作，然后直接拆卸掉下層部分的模板，同時(shí)需要對上層模板的平臺進(jìn)行有效安裝與測量工作。在此工作當(dāng)中必須要充分發(fā)揮出翻模技術(shù)的使用優(yōu)勢，有效分離施工模板和施工平臺，同時(shí)保證模板和平臺相互之間形成獨(dú)立存在的單體結(jié)構(gòu)，同時(shí)橋梁下部結(jié)構(gòu)需要每間隔5 m設(shè)置一個(gè)新的工作平臺。通過這種下步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作方法，不但可以進(jìn)一步提高山區(qū)中小跨徑橋梁整體建設(shè)效率，同時(shí)在整個(gè)工程施工的便捷程度上也會得到進(jìn)一步提升[4]。

圖1 小跨徑橋梁下部結(jié)構(gòu)

3.3 山區(qū)中小跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)

在針對山區(qū)中小跨徑橋梁工程項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，需要基于橋梁工程項(xiàng)目的實(shí)際狀況，有效考慮到整個(gè)橋梁工程的承載能力以及施工技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性效果，充分保證山區(qū)中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)上部設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。比如，對于空心板結(jié)構(gòu)形式的橋梁，在整個(gè)施工工藝的組成上相對比較簡單，同時(shí)可以進(jìn)一步提高項(xiàng)目工程的施工效率與穩(wěn)定性，前期的經(jīng)濟(jì)成本投入量相對較低，但是對于這種橋型跨境范圍相對較小，同時(shí)橋梁高度相對較大，在一些深溝地質(zhì)條件下進(jìn)行使用，經(jīng)常會出現(xiàn)高化比例不統(tǒng)一、橋梁結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)等情況，對整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成了不同程度的干擾。這種橋梁結(jié)構(gòu)形式上部結(jié)構(gòu)無法充分符合路線，相對比較小的半徑或者是一些大型的超高線性條件，在橋梁高端數(shù)量不斷上升的條件下，很容易會造成橋面伸縮縫數(shù)量的增加，因此會進(jìn)一步影響到整個(gè)行車的安全性和舒適度。通過該橋梁的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，通常情況下在我國一些地形結(jié)構(gòu)構(gòu)成相對比較平緩、填土量較低的中型橋梁工程項(xiàng)目工程當(dāng)中應(yīng)用比較普遍[5]。

4 結(jié) 語

綜上，小跨徑橋梁在山區(qū)當(dāng)中應(yīng)用比較普遍，可以適應(yīng)山區(qū)一些特殊的地質(zhì)條件情況，進(jìn)一步提高山區(qū)內(nèi)部的交通通行質(zhì)量和效果，因此需要針對山區(qū)中中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)工作進(jìn)行深入分析和探索，保證小跨徑橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。