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摘要:作为公路交通重要组成部分的道路桥梁在工程中的地位十分突出,山区地质复杂,地形多变,对公路设计也提出了更高的要求。设计方案是否合理,直接影响着整个工程的总造价及使用性能。本文结合实践经验,阐述山区桥梁结构设计中若干关键问题的处理方法。
关键词:桥梁;结构设计;桥墩;桥台
中图分类号:K928.78 文献标识码:A 文章编号:
山区公路的主要特点是地形地质复杂。受此影响,路线布设时平曲线比例大,曲线半径小,纵坡大,半边桥和高挡墙多。山区公路桥梁也相应具有下述特点:小半径弯坡桥多、大跨多及墩高、墩台形式多。桥梁作为山区高速公路的重要组成部分,其设计的合理与否对整个工程的造价和使用性能有着直接的影响。因此,对山区桥梁设计的研究具有重要的现实意义。
1. 桥梁结构体系的选择
山区高速公路大中桥通常采用先简支后连续或墩梁固结的连续—刚构混合体系,这是为了保证行车舒适,结构耐久适用。如某高速公路高架桥,桥位区属低山丘陵地貌,地形起伏大、切割深,路线与河谷高差在100m以上的区域达180m,最大墩高为91m。根据地形,将中间墩高较高、刚度相差不大的相邻几个桥墩固结起来,利用其柔性适应桥墩所受的温度收缩、徐变、制动力等水平力,对较矮的边墩设置滑板支座或橡胶支座,形成刚构—连续体系,使高墩、矮墩的受力性能都能得到改善,且符合地形特点。因此,山区高速公路桥梁宜采用先简支后连续或墩梁固结的连续—刚构混合体系,该体系既适应平面线形,又适应桥梁的受力特点。
2.桥梁结构设计
2.1上部结构
由于山区地形和高速公路线形标准的制约,山区高速公路桥梁具有曲线、大纵坡、高墩等特点。位于曲线上的桥梁,梁体存在弯扭耦合作用,并具有在这种作用下沿某一不动点变形的趋势:大纵坡桥梁在长期的单向汽车制动力作用下,梁体具有沿汽车前进方向滑移的趋势。桥梁结构型式宜采用墩梁固结或刚构的型式。以加强结构的纵横向稳定,提高行车的安全性、耐久性和舒适性,降低后期运营的维修养护成本。预制架设、先简支后连续结构的装配式桥梁,经济性好,是中等跨径桥梁的常用桥型,它有以下优势:通过调整现浇桥面板的悬臂长度和墩顶连续段长度,可以很好地适应山区高速公路弯道多、半径小的特点;当其用于曲线上时,为简化施工。腹板仍可采用直线形,以现浇桥面板的悬臂长度顺应平面线形,减少曲梁的弯扭作用,部分地弥补桥梁抗扭及平衡受力能力的不足;同时,可通过加强横向联系,来提高桥梁结构的整体性能。装配式结构墩梁固结后受力体系发生变化。成为连续刚构体系,这时应注意固结墩两边的主梁刚度不宜突变或变化太大,主梁梁高与跨径应尽量相等。
跨越宽深山谷常用的一种桥型为拱桥。拱桥的跨越能力大,结构受力合理,由于避免了设置高墩。大大降低了施工難度,对于山区典型的“V”形沟谷。尤为适用。其拱圈结构常用劲性骨架混凝土箱形或钢管混凝土结构,既可有支架施工也可无支架施工。特别是大跨径上承式拱桥,利用两边强大的立柱。可采用缆索吊机悬臂拼装预制的拱圈构件,或先合拢劲性骨架,再在劲性骨架上立模现浇混凝土拱圈,均能方便地实现无支架施工。当拱桥位于曲线上时,在条件允许的情况下,可采用直拱肋,通过拱上建筑顺应平面线形。为了提高结构的整体性,拱上建筑宜采用连续刚构体系。
2.2下部结构
2.2.1桥墩的设计
桥梁下部结构应结合地形、地质情况和跨径、墩高来选择。桥高50m以内,上部结构为先简支后连续结构的装配式T形梁。桥墩可采用双柱式墩、十字墩或矩形薄壁墩等,以单幅双柱式墩较常用。在岩溶特别发育、桩基施工困难的地段,应尽量减少桩基的数量,此时可考虑设单柱单桩;当桥墩位于河谷、受滚石威胁时,考虑增强其抗撞击能力,也可设置较刚性的单柱墩。对高墩长桥,为减少汽车单向行驶产生的累积变位,可考虑采用双幅两柱整体下部构造。
桥墩视上部构造型式及桥墩高度采用柱式墩、心薄壁墩或双薄壁墩等多种型式。柱式墩是目前路桥梁中广泛采用的桥墩型式:其自重轻,结构定性好,施工方便、快捷,外观轻盈美观。吉茶速公路为尽可能地实现标准化和统一化,对于50m跨径以下的桥梁,当桥墩高度在50m以下时,一般均采用柱式墩(包括双圆柱、独柱等)。考虑到施工方便,尽量采用双圆柱式墩;当桥墩高度超过50m时,一般采用空心薄壁墩。对于高墩,除了要进行承载能力与正常使用极限状态验算外.还要着重进行稳定性分析。对于连续梁结构或连续刚构桥,各墩的稳定性会受到相邻桥墩的制约,应取全桥或者至少取一联作为分析对象。同时,在外业过程中,要注意调查水文、水质、地质情况,了解河流是否有较大漂流物、水质是否有腐蚀性等,以便在设计时采取措施。位于陡横坡上的桥墩,同一路幅同一墩位上两墩柱的无支高差较大,墩柱刚度差会造成下部结构受力不均匀甚至相差很大,设计中必须给予充分重视.具体可采取在矮墩的地表下设置一定长度的套筒(结合相对高墩的高度),通过增加矮墩无支高度的措施,来减少同一墩位上两墩柱的刚度差。
2.2.2桥台的设计
山区高速公路的桥台,根据地形、地质条件及台高,可选择采用“U”型台、肋板台或桩柱式台,以“U”型台采用较多。根据有关规定,“U”型台适应的填土范围为4m~10m,所以“U”型台的高度最好以10m控制。地形横坡较陡时,常会出现外侧设“U”型台、内侧设桩柱式台的现象;地质情况较差时,常会出现“U”型台设桩基的情况。桥台是路桥的衔接点,在桥梁总体设计时应认真考虑以下几个问题:
a)山区河谷横坡一般较陡峭,上部结构长一些或短一些对桥台高度的影响很大,设计时,宜尽可能使桥台高度小些,这样虽然桥梁会长一些,但可方便施工,并减少工程质量隐患;
b)桥台位于山坡横向坡较陡峭处时,若采用“U”型桥台。横桥向应根据基础内外侧高差设置台阶,由于台阶式基础施工工序的需要,会造成高一级的基底处于低一级基础的级坑开挖面中,该部分基底土非原状土,设计时应采用换填碎石或片石混凝土进行处理,以防止产生台身剪切破坏和竖向开裂:当采用肋板式桥台时,横桥向应根据内外承台处的地面高程合理确定承台位置,尽可能避免高侧承台埋置过深造成挖方量的增加。
总之,从事山区桥梁设计的技术人员,不仅要熟悉和精通桥梁设计的基本理念,还应尽量多地掌握一些基本的地质知识,与地质技术人员多沟通,搞好协作。设计中应充分了解当地的地形、工程地质条件等,综合所有可利用的技术资料和科学理论,以便科学、经济、可靠地进行山区桥梁的工程设计。
参考文献
[1]江祖铭,王崇礼.公路桥涵设计手册:墩台与基础[M].北京:人民交通出版社,1997.
[2]胡人礼.桥梁桩基础分析和设计[M].北京:中国铁道出版社.1987.
[3]JTJ024—85,公路桥涵地基与基础设计规范[S].
[4]范立础.桥梁工程:上册[M].北京:人民交通出版社.2001.
关键词:桥梁;结构设计;桥墩;桥台
中图分类号:K928.78 文献标识码:A 文章编号:
山区公路的主要特点是地形地质复杂。受此影响,路线布设时平曲线比例大,曲线半径小,纵坡大,半边桥和高挡墙多。山区公路桥梁也相应具有下述特点:小半径弯坡桥多、大跨多及墩高、墩台形式多。桥梁作为山区高速公路的重要组成部分,其设计的合理与否对整个工程的造价和使用性能有着直接的影响。因此,对山区桥梁设计的研究具有重要的现实意义。
1. 桥梁结构体系的选择
山区高速公路大中桥通常采用先简支后连续或墩梁固结的连续—刚构混合体系,这是为了保证行车舒适,结构耐久适用。如某高速公路高架桥,桥位区属低山丘陵地貌,地形起伏大、切割深,路线与河谷高差在100m以上的区域达180m,最大墩高为91m。根据地形,将中间墩高较高、刚度相差不大的相邻几个桥墩固结起来,利用其柔性适应桥墩所受的温度收缩、徐变、制动力等水平力,对较矮的边墩设置滑板支座或橡胶支座,形成刚构—连续体系,使高墩、矮墩的受力性能都能得到改善,且符合地形特点。因此,山区高速公路桥梁宜采用先简支后连续或墩梁固结的连续—刚构混合体系,该体系既适应平面线形,又适应桥梁的受力特点。
2.桥梁结构设计
2.1上部结构
由于山区地形和高速公路线形标准的制约,山区高速公路桥梁具有曲线、大纵坡、高墩等特点。位于曲线上的桥梁,梁体存在弯扭耦合作用,并具有在这种作用下沿某一不动点变形的趋势:大纵坡桥梁在长期的单向汽车制动力作用下,梁体具有沿汽车前进方向滑移的趋势。桥梁结构型式宜采用墩梁固结或刚构的型式。以加强结构的纵横向稳定,提高行车的安全性、耐久性和舒适性,降低后期运营的维修养护成本。预制架设、先简支后连续结构的装配式桥梁,经济性好,是中等跨径桥梁的常用桥型,它有以下优势:通过调整现浇桥面板的悬臂长度和墩顶连续段长度,可以很好地适应山区高速公路弯道多、半径小的特点;当其用于曲线上时,为简化施工。腹板仍可采用直线形,以现浇桥面板的悬臂长度顺应平面线形,减少曲梁的弯扭作用,部分地弥补桥梁抗扭及平衡受力能力的不足;同时,可通过加强横向联系,来提高桥梁结构的整体性能。装配式结构墩梁固结后受力体系发生变化。成为连续刚构体系,这时应注意固结墩两边的主梁刚度不宜突变或变化太大,主梁梁高与跨径应尽量相等。
跨越宽深山谷常用的一种桥型为拱桥。拱桥的跨越能力大,结构受力合理,由于避免了设置高墩。大大降低了施工難度,对于山区典型的“V”形沟谷。尤为适用。其拱圈结构常用劲性骨架混凝土箱形或钢管混凝土结构,既可有支架施工也可无支架施工。特别是大跨径上承式拱桥,利用两边强大的立柱。可采用缆索吊机悬臂拼装预制的拱圈构件,或先合拢劲性骨架,再在劲性骨架上立模现浇混凝土拱圈,均能方便地实现无支架施工。当拱桥位于曲线上时,在条件允许的情况下,可采用直拱肋,通过拱上建筑顺应平面线形。为了提高结构的整体性,拱上建筑宜采用连续刚构体系。
2.2下部结构
2.2.1桥墩的设计
桥梁下部结构应结合地形、地质情况和跨径、墩高来选择。桥高50m以内,上部结构为先简支后连续结构的装配式T形梁。桥墩可采用双柱式墩、十字墩或矩形薄壁墩等,以单幅双柱式墩较常用。在岩溶特别发育、桩基施工困难的地段,应尽量减少桩基的数量,此时可考虑设单柱单桩;当桥墩位于河谷、受滚石威胁时,考虑增强其抗撞击能力,也可设置较刚性的单柱墩。对高墩长桥,为减少汽车单向行驶产生的累积变位,可考虑采用双幅两柱整体下部构造。
桥墩视上部构造型式及桥墩高度采用柱式墩、心薄壁墩或双薄壁墩等多种型式。柱式墩是目前路桥梁中广泛采用的桥墩型式:其自重轻,结构定性好,施工方便、快捷,外观轻盈美观。吉茶速公路为尽可能地实现标准化和统一化,对于50m跨径以下的桥梁,当桥墩高度在50m以下时,一般均采用柱式墩(包括双圆柱、独柱等)。考虑到施工方便,尽量采用双圆柱式墩;当桥墩高度超过50m时,一般采用空心薄壁墩。对于高墩,除了要进行承载能力与正常使用极限状态验算外.还要着重进行稳定性分析。对于连续梁结构或连续刚构桥,各墩的稳定性会受到相邻桥墩的制约,应取全桥或者至少取一联作为分析对象。同时,在外业过程中,要注意调查水文、水质、地质情况,了解河流是否有较大漂流物、水质是否有腐蚀性等,以便在设计时采取措施。位于陡横坡上的桥墩,同一路幅同一墩位上两墩柱的无支高差较大,墩柱刚度差会造成下部结构受力不均匀甚至相差很大,设计中必须给予充分重视.具体可采取在矮墩的地表下设置一定长度的套筒(结合相对高墩的高度),通过增加矮墩无支高度的措施,来减少同一墩位上两墩柱的刚度差。
2.2.2桥台的设计
山区高速公路的桥台,根据地形、地质条件及台高,可选择采用“U”型台、肋板台或桩柱式台,以“U”型台采用较多。根据有关规定,“U”型台适应的填土范围为4m~10m,所以“U”型台的高度最好以10m控制。地形横坡较陡时,常会出现外侧设“U”型台、内侧设桩柱式台的现象;地质情况较差时,常会出现“U”型台设桩基的情况。桥台是路桥的衔接点,在桥梁总体设计时应认真考虑以下几个问题:
a)山区河谷横坡一般较陡峭,上部结构长一些或短一些对桥台高度的影响很大,设计时,宜尽可能使桥台高度小些,这样虽然桥梁会长一些,但可方便施工,并减少工程质量隐患;
b)桥台位于山坡横向坡较陡峭处时,若采用“U”型桥台。横桥向应根据基础内外侧高差设置台阶,由于台阶式基础施工工序的需要,会造成高一级的基底处于低一级基础的级坑开挖面中,该部分基底土非原状土,设计时应采用换填碎石或片石混凝土进行处理,以防止产生台身剪切破坏和竖向开裂:当采用肋板式桥台时,横桥向应根据内外承台处的地面高程合理确定承台位置,尽可能避免高侧承台埋置过深造成挖方量的增加。
总之,从事山区桥梁设计的技术人员,不仅要熟悉和精通桥梁设计的基本理念,还应尽量多地掌握一些基本的地质知识,与地质技术人员多沟通,搞好协作。设计中应充分了解当地的地形、工程地质条件等,综合所有可利用的技术资料和科学理论,以便科学、经济、可靠地进行山区桥梁的工程设计。
参考文献
[1]江祖铭,王崇礼.公路桥涵设计手册:墩台与基础[M].北京:人民交通出版社,1997.
[2]胡人礼.桥梁桩基础分析和设计[M].北京:中国铁道出版社.1987.
[3]JTJ024—85,公路桥涵地基与基础设计规范[S].
[4]范立础.桥梁工程:上册[M].北京:人民交通出版社.2001.