浅析山区中小跨径桥梁设计要点

2016-04-10陈晓兰

四川水泥 2016年3期

关键词：跨径桥墩主梁

陈晓兰

(绵阳市川交公路规划勘察设计有限公司四川绵阳 621000)

浅析山区中小跨径桥梁设计要点

陈晓兰

(绵阳市川交公路规划勘察设计有限公司四川绵阳 621000)

在山区道路建设中，中小跨径桥梁是最为常见的类型。本文将结合山区中小跨径桥梁建设需要，探讨分析设计要点，希望能为实际工作提供指导。

山区；中小跨径；桥梁设计

引言

我国山区的道路地形、地质都相对复杂，地面高差大、地形变化频率高等较差地质情况普遍存在。因此，在山区中小跨径桥梁设计时要对公路桥梁和细节构造与地形、地质之间的关系进行合理协调是很有必要的。

1 山区中小跨径桥梁的设计原则

山区的地质、地形、地貌比较复杂且构造物较多，在这样的环境中修建桥梁难度较大，为确保桥梁的整体质量，必须对桥梁设计予以足够的重视。从国内桥梁建设的总体情况上看，山区桥梁设计涵盖了诸多结构类型，桥梁本身的安全性、稳定性、耐久性需要结构计算分析成果及科学合理的构造处理措施来保证。计算过程中所需考虑的地震荷载、恒载、活载、施工荷载等，与平原地区的桥梁设计大体相同。但是山区的自然及气象条件具有多变性的特征，所以在设计时，除了应当考虑上述荷载之外，还应当考虑风荷载、雪荷载、冻胀力、水力等因素对桥梁结构产生的影响。

地形起伏、沟壑纵横交错是山区最为突出的特点之一，在这样的区域内修建桥梁，施工现场的布设难度相对较大，尤其是一些大型机械设备的使用十分不便，同时为预制构件提供足够的施工场地也很难实现，加之山路崎岖不利于运输，从而使得大跨径预制构件在山区桥梁设计中的应用受到了一定的限制。从便于施工和降低工程造价的角度考虑，可将中小跨径预制构件作为山区桥梁设计的首选方案。

对于经济欠发达的山区而言，桥梁设计选型的造价是否合理非常重要，因此，在山区桥梁设计中，不但要充分考虑技术可行性，而且还要考虑所选桥梁结构类型的经济性是否最佳。这就要求在山区桥梁设计时，应按照工程所处的地理环境及施工条件，编制多种方案，并对方案进行技术经济性对比，从中选取出最佳的方案，进而达到提高工程质量、降低造价的目标。

山区桥梁的建设与周围环境有着极为密切的关联，换言之，桥梁的建设是以山区环境作为依托，为了尽可能减少对周边自然生态环境的破坏，在山区桥梁设计时应当重视环保，避免对山体的大填大挖，减少并杜绝各类不良地质灾害的发生，减轻对植被的破坏，降低对河流水体的污染。

2 山区中小跨径桥梁设计要点

2.1 上部结构设计

2.1.1 跨径布置

由于山区的地形都是起伏变化的，所以必须要根据地形来选择跨径，不要根据墩高来随意进行调整，如果实际的墩高变化比较大，就可以选择两种跨径相组合的方式进行，要尽可能地采用标准的跨径。特别是一些曲线的桥梁，如果梁长在布置上是不相等时，要注意半径比较大的情况下，就可以使内弧的长度和标准的跨径相等，这样可以更好地提高设计的质量和工作的效率。如果半径比较小，就可以使中线的弧长和跨径相等，总之这样的设计都是为了满足实际的使用功能和视觉美观的要求。

2.1.2 主梁类型设计

预制装配式主梁包括空心板、小箱梁、T梁，3种主梁横断面形式，目前这三类主梁在山区中小跨径桥梁施工的应用非常广泛，并且设计和施工技术较为成熟，不同主梁具有不同特点，应用范围也略有差异。空心板对不同形状的弯、坡、斜桥具有良好的适应性，尤其在高度受限的中小跨径桥梁应用比较广泛，可采用就地现浇施工方式，不仅便于施工，还有利于保证工期，目前20m以下的中小跨径桥梁基本采用空心板结构。但该结构也存在一些缺陷，例如，铰链开裂剥落、板底出现纵向和横向裂缝，支座脱空，桥面铺装开裂或剥离等，这些都是施工中需要采取措施预防的。小箱梁跨越能力强、抗扭性能好、造价低，软土地区和缺乏路基土土源区段采用小箱梁，能节约成本。但小箱梁腹板较薄，预制和吊装工艺要求高。T梁整体性能好、刚度大、跨越能力强。由于内部空腔，施工简单，工艺成熟，有利于控制预制质量，安装方便，并具有良好的安全性和耐久性。但T梁宽度较小，为预应力构件，需要主梁片数较多，会增加桥梁施工成本。

2.2 下部结构设计

2.2.1 桥墩型式

设计过程中，应综合考虑主梁类型、结构体系、桥墩高度、地形条件等，选择合适的桥墩形式和尺寸。山区公路的桥墩形式有很多，比如板式墩、空心薄壁墩以及重力式实体墩等。如果桥墩自身比较矮，一般都会采用柱式墩和薄板式墩来进行，在这其中又以柱式为主，因为其不仅在构造上十分简单，而且施工时外观的质量也容易得到控制，与桩之间的衔接也十分方便。在设计的过程中，要根据实际的地形以及对美观的要求来选择桥墩的型式。

2.2.2 柱式墩设计

柱式墩在山区公路桥梁中的应用较为广泛，此类桥墩又分为圆柱型和方柱型两种，圆柱型桥墩的外观质量容易控制。方柱和上部的结构在衔接上比较协调，在受力性能上要比圆柱优越，但是工程量却比较大，如果施工的坡度比较大，就会出现坡体不稳定的情况。在截面相同的条件下，方柱型的抗弯刚度更好有一些，整体受力要优于圆柱型。因此，柱式墩的设计笔者推荐方柱型桥墩。

2.3 基础设计

桥梁基础按其构造与施工方法的不同，可分为明挖基础、沉井基础、沉箱基础和桩基础等类型，工程中可单独使用某种结构，也可根据工程实际组合使用。目前在我国的大部分山区所修建的桥梁，在基础设计时，多采用桩基础方式。如嵌岩桩、摩擦桩等。如果当地的地质条件较差，则可以根据实际情况采用摩擦桩。如果地质条件相对较好，可以使用扩大桩基。在进行扩大桩基设计时，如果地面横坡比较大或者是地质的变化情况比较复杂，也会采用桩基础的方式，这时如果使用扩大基础的施工方式，即便是分离式的扩大基础，也难以适应地质条件的要求，所以为了更好地适应地基的承载力要求，很多时候开挖量都会过大，导致边坡不够稳定，除此之外，在斜坡上的扩大基础和桩基础，必须要把握好扩散角和覆盖层的厚度问题，还有不同工种之间的施工影响，可以适当采取相应的支护措施进行维护。

2.4 抗震设计

公路桥梁抗震设计应考虑以下作用：永久作用（包括结构重力、预应力、土压力、水压力）和地震作用（包括地震动的作用、地震土压力、水压力等）。山区中小跨径桥梁的抗震设计主要是要根据工程所在地区的地震加速度确定相应的抗震设防烈度，再根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）的要求进行计算和设计，并参考类似工程地区的桥梁抗震设计，选择既满足抗震要求的措施，又不造成过于保守的浪费。常用的抗震措施有：增设抗震支座，设置橡胶缓冲装置，加大挡块尺寸，加强梁板间的横向联系，加宽盖梁宽度，设置防落梁措施等。总之，桥梁工程的抗震设计，既要满足震前用于抗震设防的经济合理性，又要使地震中经过抗震设计的桥梁的破坏程度限制在人们可以承受的范围内。