论文部分内容阅读
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．