李俊林

(山西交控集團(tuán)太舊高速公路分公司，山西 太原 030031)

0 前 言

目前，山區(qū)橋涵設(shè)計(jì)中還存在很多亟待解決的問題，例如山區(qū)橋涵設(shè)計(jì)理念有待更新、結(jié)構(gòu)體系有待完善、施工和管理人員的水平有待提高、山區(qū)橋涵的安全和壽命缺少足夠的重視等。在山區(qū)橋涵建設(shè)中要始終秉持實(shí)用性、安全穩(wěn)定性、可靠性、美觀協(xié)調(diào)性為基本原則，對(duì)山區(qū)橋涵的建設(shè)進(jìn)行全方位的考察，包括選擇合適的橋涵構(gòu)造、橋涵設(shè)置位置，準(zhǔn)確計(jì)算橋涵道路的承載力和流量，設(shè)計(jì)科學(xué)的結(jié)構(gòu)體系和養(yǎng)護(hù)方案等。最后結(jié)合工程實(shí)例，具體分析了山區(qū)公路橋涵優(yōu)化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

1 山區(qū)公路橋涵設(shè)計(jì)中存在的問題

1.1 施工和管理水平

道路橋涵事故的原因主要有：設(shè)計(jì)不合理、施工不規(guī)范、管理不到位。要想保證修建的道路橋涵能夠安全長久地保持通行狀態(tài)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要加大重視，尤其是管理方面，作為橋涵建設(shè)項(xiàng)目施工的統(tǒng)籌工作，管理的漏洞會(huì)直接為橋涵今后的事故埋下鋪墊。設(shè)計(jì)和施工不達(dá)標(biāo)也會(huì)給橋涵留下安全隱患，例如采用不合理的橋涵結(jié)構(gòu)和材料，沒有使用最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，施工過程中以次充好、偷工減料等惡習(xí)，這樣建成的道路橋涵危害更甚。

1.2 缺乏安全性和耐久性的重視

道路橋涵的設(shè)計(jì)圖紙是橋涵的靈魂，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案才能建設(shè)安全耐久的橋涵，設(shè)計(jì)圖紙對(duì)橋涵的建設(shè)具有重要的指導(dǎo)作用。而一些人為了追求經(jīng)濟(jì)利益，總想著節(jié)約開支而設(shè)計(jì)不合理的圖紙、選用不合規(guī)的建筑材料，導(dǎo)致橋涵在設(shè)計(jì)之初存在問題，使道路橋涵缺乏安全性和耐久性，對(duì)于山區(qū)道路橋涵而言危害更大，不僅是因?yàn)樯絽^(qū)道路建設(shè)要求和成本更高，而且山區(qū)道路救援更是比其他地區(qū)更為復(fù)雜和艱難，一旦出現(xiàn)交通安全事故，很難保證駕駛?cè)藛T和乘坐人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，道路橋涵的安全性和耐久性需要得到所有參與設(shè)計(jì)和建設(shè)人員的高度重視。

1.3 設(shè)計(jì)理念和構(gòu)造體系的不完善

道路橋涵的設(shè)計(jì)理念和構(gòu)造體系是需要道路橋涵設(shè)計(jì)人員首要關(guān)注的重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)之初就要綜合考慮道路的各方面因素，仔細(xì)分析計(jì)劃建設(shè)的橋涵的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件連接等，通過綜合評(píng)估選出科學(xué)經(jīng)濟(jì)合理的建設(shè)方案，兼顧橋涵結(jié)構(gòu)構(gòu)造、體系和材料的選擇，盡量減少設(shè)計(jì)和施工過程中人為因素的干擾。

2 山區(qū)公路橋涵結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

2.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

山區(qū)橋涵在設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注橋墩和橋涵跨徑之間的上部結(jié)構(gòu)的關(guān)系。要計(jì)算好橋墩與橋涵跨徑之間的邏輯比值，一般情況下是0.618～1，在這一比值范圍內(nèi)的橋墩和橋涵的關(guān)系不僅美觀，而且能最大限度地節(jié)省造價(jià)。如果受到山川地形地勢(shì)、水文水系的影響，則不能依照一般比例來參考橋墩來決定橋涵的跨徑，而是要依據(jù)實(shí)際情況選擇合適的跨徑，且不會(huì)影響到橋涵本身的質(zhì)量。

山區(qū)橋涵經(jīng)常伴隨著建設(shè)彎梁橋，在彎梁橋的設(shè)計(jì)中計(jì)算其斜率是彎梁橋設(shè)計(jì)工作中最重要的一步。在彎梁橋橫坡設(shè)置的同時(shí)，還要考慮駕駛員的舒適度。在設(shè)置橋涵結(jié)構(gòu)時(shí)一般要求橋面的外側(cè)高出橋面以形成以內(nèi)側(cè)為基準(zhǔn)的橫坡。設(shè)置坡度時(shí)，一般會(huì)有以下方案：①使橋涵橫坡的結(jié)構(gòu)處于相同高度，將墩梁傾斜，以使支座中的支撐石和楔形砌塊作支撐導(dǎo)致支座的承受力達(dá)到平衡；②在橋涵設(shè)計(jì)時(shí)可使用一些方法來使橋涵橫坡的結(jié)構(gòu)高度不同。典型上部結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 橋梁上部結(jié)構(gòu)圖

2.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

山區(qū)橋涵的橋墩是支撐整個(gè)橋面的基礎(chǔ)，受山區(qū)地勢(shì)地形的影響，橋涵一般跨徑較大，比如橫跨河流、溝壑等起伏較大的地帶，因此，橋墩的高度也會(huì)隨著地形地勢(shì)的變化而變化。橋墩的高度和墩型需要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際地勢(shì)地形、水文水系等自然生態(tài)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等人文條件為依據(jù)，選擇合適的方案。橋墩的高度設(shè)計(jì)不合理將直接影響山區(qū)橋涵的可靠性和穩(wěn)定性。一般橋墩的墩型有柱形橋墩、變截面T墩和空心薄壁墩等樣式，其中最常見的是柱形橋墩，橋涵設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和經(jīng)濟(jì)效益綜合考慮選擇何種橋型和橋墩。柱形橋墩一般分為方形橋墩和圓柱形橋墩，圓柱形橋墩一般會(huì)比方形橋墩結(jié)構(gòu)簡單，施工更方便，應(yīng)用范圍更廣；方形橋墩的結(jié)構(gòu)相對(duì)協(xié)調(diào)，橋涵整體的剛度較大，穩(wěn)定性更好，但需要配合其他輔助工具，例如將樁帽與樁基連接進(jìn)行橋涵的施工，一定意義上增加了施工的難度和工程量。橋涵下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建設(shè)應(yīng)基于方形橋墩和圓柱形橋墩(見圖2)的優(yōu)缺點(diǎn)來進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)?shù)乜墒┕さ木唧w條件來選擇理想的橋墩樣式，綜合考慮安全性、穩(wěn)定性、耐久性、美觀性、經(jīng)濟(jì)性等要求，還要結(jié)合橋涵上部結(jié)構(gòu)的具體特點(diǎn)來決定橋涵的下部結(jié)構(gòu)。

2.3 橋臺(tái)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.3.1 橋臺(tái)設(shè)計(jì)

山區(qū)橋涵橋臺(tái)的選擇除了受山地地形地勢(shì)的影響，在設(shè)計(jì)上還需要考慮其他影響因素，比如山體兩側(cè)的施工條件、山體的傾斜程度、山體動(dòng)土和臺(tái)前填土的可操作性等都會(huì)影響橋涵橋臺(tái)的選擇方案。常見的橋臺(tái)類型有柱形橋臺(tái)、T型橋臺(tái)、U型橋臺(tái)等，要基于山區(qū)的具體特征選擇合適的橋臺(tái)類型，以保障山區(qū)橋涵的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)還要計(jì)算橋臺(tái)施工的可行性。例如，遇到施工山體的傾斜度較大，此時(shí)需要設(shè)計(jì)人員考慮是否采用T型橋臺(tái)或者U型橋臺(tái)，因?yàn)檫@類橋臺(tái)可以減少山體的開挖，減輕施工的難度和復(fù)雜度，也可以減少工程造價(jià)，同時(shí)這類橋臺(tái)也可以很好地減輕橋臺(tái)在山區(qū)施工的復(fù)雜度，提高橋涵的安全性和可靠性，而一般不會(huì)選擇使用錐坡式橋臺(tái)來進(jìn)行斜坡山體的施工。

2.3.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

山區(qū)橋涵的基礎(chǔ)一般用得最多的還是樁基礎(chǔ)和擴(kuò)大基礎(chǔ)，對(duì)于地質(zhì)條件好的山區(qū)大多數(shù)情況下還是會(huì)選擇擴(kuò)大基礎(chǔ)，有時(shí)會(huì)選擇擴(kuò)大基礎(chǔ)中的分離式擴(kuò)基礎(chǔ)。分離式擴(kuò)基礎(chǔ)能夠滿足橫坡地勢(shì)地形，并且擁有很好的承載力。對(duì)于斜坡山體的基礎(chǔ)選擇而言，需要考量覆蓋層的厚度和基礎(chǔ)擴(kuò)散角對(duì)施工過程中產(chǎn)生的影響。樁基礎(chǔ)分為摩擦樁基礎(chǔ)、柱狀基礎(chǔ)和嵌巖基礎(chǔ)，其中摩擦樁基礎(chǔ)主要用在地質(zhì)條件較差的山體路段。樁基礎(chǔ)的施工方式分為鉆孔式施工和挖孔式施工，其中挖孔式施工程序較復(fù)雜，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件來具體分析是否可采用挖孔式方案，例如樁基礎(chǔ)的樁長相對(duì)較長時(shí)可采用挖孔式，流沙層多、漂流石多的地質(zhì)條件也適用于這種方式，挖孔式造樁造價(jià)成本比較低，但是要結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w條件，保障橋涵的安全可靠是首要要求。

2.4 山區(qū)公路涵洞設(shè)計(jì)

2.4.1 涵洞結(jié)構(gòu)形式的選擇

涵洞的設(shè)計(jì)應(yīng)因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)丶皹蚝l(fā)展需要，基于經(jīng)濟(jì)、安全、適用、美觀的原則進(jìn)行涵洞的設(shè)計(jì)和建設(shè)。涵洞的建設(shè)還需要參照實(shí)際施工地周邊的地質(zhì)條件以及施工場(chǎng)地的限制，做到實(shí)用與觀賞相結(jié)合的理想狀態(tài)。涵洞結(jié)構(gòu)常見的有管涵、石拱涵、鋼筋混凝土蓋板涵、箱涵等。

常見的管涵結(jié)構(gòu)有混凝土結(jié)構(gòu)和波紋鋼片結(jié)構(gòu)。其中混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋用量不大，制作方便，施工速度快，但混凝土結(jié)構(gòu)由于自身的特性，容易出現(xiàn)開裂滲水的問題，且不易維護(hù)和修理，不利于橋涵的穩(wěn)定性。而波紋鋼片結(jié)構(gòu)使用鋼片拼接，施工速度與混凝土相當(dāng)，但波紋鋼片結(jié)構(gòu)可接受一定的變形量，可以應(yīng)對(duì)路基的不均勻下沉。但波紋鋼片結(jié)構(gòu)建設(shè)強(qiáng)度大，成本高，且管內(nèi)易產(chǎn)生泥沙堆積，影響排水的流暢。

石拱涵可采用就近取材的方案，成本低、施工簡單易操作，且石材使用壽命長，耐磨性比較好，維護(hù)成本也比較低，但是石材重量比較大，且山區(qū)不便于機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作，需要人工砌筑，施工速度慢、強(qiáng)度大，對(duì)于地基要求相對(duì)較高。

相較于其他材料，鋼筋混凝土蓋板涵結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，對(duì)地基要求不高，方便養(yǎng)護(hù)和維修，制作和施工都比較方便快捷。

箱涵一般擁有較好的整體性，對(duì)地基也有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，但是這類結(jié)構(gòu)的涵洞一般采用鋼材制造，成本較高，制造和施工難度較大。

涵洞結(jié)構(gòu)的選擇需要結(jié)合山區(qū)橋涵整體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、山區(qū)地勢(shì)地形的走向以及水文水系對(duì)沿線居民的影響大小來決定采取何種結(jié)構(gòu)的涵洞。

2.4.2 涵洞立面布置

山區(qū)涵洞的立面布置需要綜合考慮各方面的因素，比如進(jìn)出水口標(biāo)高、路基橫斷面形式、自然溝底縱坡等。河溝縱坡≤3%，涵長≤15 m時(shí)，可以將涵洞的基礎(chǔ)水平布置，涵底鋪設(shè)的縱坡可以1%～3%，如果縱坡介于3%～6%，涵底可以鋪設(shè)與河溝平行的縱坡。

2.4.3 洞口構(gòu)筑物的選擇

洞口構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)涵洞的實(shí)際情況有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)。洞口的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，一般會(huì)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚貏?shì)和水文水系特點(diǎn)設(shè)計(jì)洞口的結(jié)構(gòu)，常見的洞口類型有八字墻、一字墻、直墻式和跌水井等。八字墻形式的洞口一般周圍地勢(shì)較為平坦，河溝比較寬。如果河溝還有一定的溝渠，涵洞也可進(jìn)行排水，則可以將八字墻升級(jí)成直墻式洞口。

3 結(jié) 論

在進(jìn)行山區(qū)橋涵設(shè)計(jì)時(shí)不能局限于以往對(duì)公路橋涵的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)上，需要設(shè)計(jì)人員充分考慮到山區(qū)的特殊自然環(huán)境，嚴(yán)格按照山區(qū)公路橋涵的設(shè)計(jì)要求與規(guī)定結(jié)合山區(qū)地貌進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得山區(qū)公路橋涵設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，保證山區(qū)公路橋涵工程的圓滿竣工。

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