李 揚(yáng),葛粟粟

（1.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710065; 2.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司西安分院,陜西 西安 710065）

0 引言

我國西部山區(qū)占據(jù)面積較大，為了更好地發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)，在西部山區(qū)復(fù)雜地勢處修建公路變得尤為重要。山區(qū)環(huán)境特殊，在進(jìn)行公路修建時(shí)，通常橋梁占比較大，并且中小跨徑橋梁又占據(jù)橋梁中較大的一部分。對(duì)于修建的中小跨徑橋梁，合理的選型設(shè)計(jì)能夠使橋梁在運(yùn)營期間減少不必要的病害，提高橋梁的穩(wěn)定性，保障交通出行安全。過去技術(shù)和理論不成熟以及交通量的增長，導(dǎo)致橋梁各方面的隱患逐漸暴露出來，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性、外觀都造成了較大的不良影響。近些年來，中小跨徑橋梁發(fā)展形勢迅猛，在新的時(shí)代背景下，對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)理念、施工質(zhì)量、后期養(yǎng)護(hù)提出了更高的要求，這也就要求設(shè)計(jì)人員對(duì)橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行更全面的考慮，以便制定出更加合理的設(shè)計(jì)方案。該文首先指出山區(qū)公路中小跨橋梁的特點(diǎn)和問題，針對(duì)問題提出解決措施，為中小跨橋梁設(shè)計(jì)提供可靠的參考資料。

1 中小跨橋梁設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

山區(qū)地形、地質(zhì)條件十分復(fù)雜，因此在進(jìn)行橋梁修建時(shí)，橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等都與普通地區(qū)的橋梁修建有所不同，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）需要克服橋梁所在區(qū)域內(nèi)復(fù)雜地形、水文地質(zhì)條件帶來的影響。山區(qū)橋梁建設(shè)時(shí)首先需要克服復(fù)雜的地形，比如較大的高差、溝壑較多等多種不同的地質(zhì)構(gòu)造，其次是要克服各種自然災(zāi)害（滑坡、泥石流等）所帶來的影響[1]。

（2）需要采用高墩結(jié)構(gòu)形式。高墩結(jié)構(gòu)能夠克服山區(qū)高差大的地形條件，但該結(jié)構(gòu)柔性較大，受到較大側(cè)向力（橫風(fēng)、地震等）作用時(shí)，橋梁出現(xiàn)較大側(cè)向位移，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)和墩柱的強(qiáng)度受損，嚴(yán)重影響橋梁的使用功能。

（3）橋梁在道路中占比較大。山區(qū)存在較多溝壑與河流，不具備修路條件，必須以橋梁進(jìn)行連接，再加上山區(qū)公路建設(shè)一般由平面半徑小的平曲線和半橋以及高檔墻組成，使得橋梁數(shù)量進(jìn)一步增加。

（4）橋梁分布布局呈現(xiàn)零散、間斷分布，路橋之間頻繁交錯(cuò)。各區(qū)域內(nèi)高程相互之間缺乏連續(xù)性，需要不斷采用中小跨的橋梁進(jìn)行連接，導(dǎo)致橋梁分布零散，十分不利于橋梁后期的施工養(yǎng)護(hù)，這就要求在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)和施工時(shí)更加注重結(jié)構(gòu)和材料的耐久性，盡可能地減少橋梁出現(xiàn)病害，否則一旦產(chǎn)生病害再加上橋梁分布較為分散，將會(huì)給后期養(yǎng)護(hù)帶來巨大困難。

（5）施工場地受限，工作面小，施工難度進(jìn)一步增加。地形條件較差導(dǎo)致在橋梁施工時(shí)，原材料的運(yùn)輸、混凝土澆筑變得十分困難，工期進(jìn)展緩慢，嚴(yán)重拉長道路建設(shè)的整體周期，使工程成本進(jìn)一步增加[2]。

2 中小跨橋梁設(shè)計(jì)存在的問題

（1）承載能力不足。山區(qū)公路進(jìn)行中小跨徑橋梁修建時(shí)，受地形影響一般都是采用高墩結(jié)構(gòu)形式，雖然能夠克服復(fù)雜的地形條件，但高墩往往設(shè)計(jì)的橫截面面積較小，柔性較大，重心高，并且還要求極高的施工精度，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員再進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)考慮各種因素時(shí)，使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致承載力在規(guī)范要求的極值邊緣，沒有留下相對(duì)較高的容錯(cuò)，再加上施工現(xiàn)場可能存在的施工缺陷，致使橋梁的承載能力進(jìn)一步損失。

（2）結(jié)構(gòu)及材料耐久性無法得到有效保障。近年來由于結(jié)構(gòu)耐久性不能滿足要求而導(dǎo)致的塌陷事故頻發(fā)，其中不乏中小跨徑橋梁出現(xiàn)問題。影響橋梁耐久性的主要原因有以下幾個(gè)方面：一是橋梁運(yùn)營期間缺乏有效的管理和養(yǎng)護(hù)，主要原因是山區(qū)中小跨徑橋梁數(shù)量較多、分布零散，后期檢查、養(yǎng)護(hù)壓力較大。二是山區(qū)自然災(zāi)害頻發(fā)（山洪、暴雨、泥石流、滑坡），都會(huì)使結(jié)構(gòu)的耐久性受到較大的挑戰(zhàn)，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情將會(huì)對(duì)橋梁造成重大影響，甚至直接倒塌。三是受限于新材料、新技術(shù)、新方法的發(fā)展，無法在該領(lǐng)域應(yīng)用最新的創(chuàng)新發(fā)明，從而在根本上解決耐久性問題[3]。

（3）設(shè)計(jì)理念與方法落后。當(dāng)前，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅速發(fā)展，大量建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)計(jì)與施工過分追求速度忽視了對(duì)質(zhì)量的把關(guān)，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各類設(shè)計(jì)軟件層出不窮，許多設(shè)計(jì)人員只是僅僅熟悉軟件各項(xiàng)功能，而對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)遇到的困難估計(jì)不足，逐漸造成設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)理念和方法越來越落后。一方面許多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)現(xiàn)場條件考慮不足，簡單地利用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，許多細(xì)節(jié)未經(jīng)過仔細(xì)推敲，忽視了橋梁建造的具體條件。另一方面，設(shè)計(jì)人員缺乏自主創(chuàng)新意識(shí)和能力，照搬前輩留下的工作經(jīng)驗(yàn)和方法，沒有結(jié)合實(shí)際充分發(fā)揮個(gè)人的主觀能動(dòng)性，甚至出現(xiàn)套圖的現(xiàn)象，這也使得橋梁設(shè)計(jì)不能適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境。因此，需要設(shè)計(jì)人員秉持創(chuàng)新的精神，將自己的思想融入設(shè)計(jì)方案與工程實(shí)際中去[4]。

3 中小跨橋梁設(shè)計(jì)原則

3.1 安全性

設(shè)計(jì)橋梁時(shí)安全性是必須遵守的原則，也是最為重要的原則。因此在山區(qū)建造橋梁時(shí)不僅要考慮地形、水文以及施工過程中存在的問題，也要盡可能地規(guī)避各種可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，制定各種預(yù)案，確保橋梁在地震、洪水等不利因素作用時(shí)保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

山區(qū)建設(shè)中小跨橋梁時(shí)，復(fù)雜的地理?xiàng)l件不僅增加了現(xiàn)場施工的難度，同時(shí)也提升了建設(shè)成本，因此在進(jìn)行山區(qū)橋梁建設(shè)時(shí)，橋梁的成本也是必須考慮的重要因素之一。基于橋梁的建設(shè)成本，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合理的上下部結(jié)構(gòu)形式和實(shí)用耐久的材料，這些都直接關(guān)系到項(xiàng)目的建設(shè)成本，一旦在設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)偏差，將會(huì)極大地增加建設(shè)成本。山區(qū)中小跨橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)編著多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，在滿足橋梁質(zhì)量和使用要求的條件下選出經(jīng)濟(jì)性最高的設(shè)計(jì)方案，以此來降低項(xiàng)目造價(jià)，保證項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性。

3.3 方便施工

山區(qū)的復(fù)雜地形導(dǎo)致現(xiàn)場施工的難度和工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步提升，因此在進(jìn)行中小跨橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮這方面的因素，在設(shè)計(jì)各種施工方案時(shí)首先要滿足方案的適配情況，在滿足條件的情況下盡可能地選擇施工相對(duì)簡單的方案，不僅有利于項(xiàng)目成本控制，也能提升工程質(zhì)量。同時(shí)，在進(jìn)行施工時(shí)，由于交通限制，大宗材料和設(shè)備進(jìn)場困難，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇簡單、可靠的施工工藝。在材料選用上，應(yīng)盡可能地就地取材，避免大宗建筑材料的異地運(yùn)輸和大型設(shè)備安拆，降低施工難度，提高山區(qū)橋梁建設(shè)的可行性。

3.4 環(huán)保性

無論在什么地區(qū)建造橋梁都會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成一定的影響，尤其是在生態(tài)系統(tǒng)較為薄弱、周邊環(huán)境較為復(fù)雜的山區(qū)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響更加明顯，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使周邊生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞。鑒于此，在進(jìn)行山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮對(duì)周邊環(huán)境的影響，施工時(shí)盡可能采用對(duì)環(huán)境影響小、更加環(huán)保、節(jié)能的新材料、新工藝，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

3.5 結(jié)構(gòu)合理性

山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)形式合理的選用能有效提升結(jié)構(gòu)的耐久性，再加上特有的地形條件導(dǎo)致橋的數(shù)量較多，因此在建設(shè)橋梁時(shí)一般會(huì)選擇中小跨徑的橋梁，主要是由于這種結(jié)構(gòu)形式的橋梁結(jié)構(gòu)簡單，并且大多可以采用預(yù)制拼裝的方式進(jìn)行施工，降低施工要求，進(jìn)一步提升橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)、合理性。

4 中小跨橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 橋梁結(jié)構(gòu)形式選擇

特殊的地理環(huán)境影響，使得現(xiàn)場施工難度增加，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)盡可能使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、施工機(jī)械化，便于后期施工，同時(shí)也能縮短工期、降低成本。根據(jù)《公路橋梁通用圖》的相關(guān)要求，在充分考慮施工條件等多種因素的情況下，選擇空心板、小箱梁和T梁，三種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)以及適用范圍不盡相同，如表1所示。

表1 三種結(jié)構(gòu)形式適用范圍及特點(diǎn)

4.2 橋跨分聯(lián)設(shè)計(jì)

確定橋梁上部結(jié)構(gòu)形式后，下一步工作就是根據(jù)跨徑、橋高等因素確定合理的結(jié)構(gòu)體系，如橋面連續(xù)、先簡支后連續(xù)等體系，并且對(duì)墩高確定分聯(lián)長度、位置和伸縮縫等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，從而確定最為合理的設(shè)計(jì)方案[5]。如表2所示，為橋梁分聯(lián)設(shè)計(jì)分析表。

表2 橋梁分聯(lián)設(shè)計(jì)分析表

根據(jù)橋面延伸量進(jìn)行伸縮縫型號(hào)的選擇，伸縮縫的選擇標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 伸縮縫選擇標(biāo)準(zhǔn)表

4.3 橋墩設(shè)計(jì)

通過綜合考慮橋梁類型、墩高以及所處的地理位置確定橋墩的類型，當(dāng)前常用的橋墩類型有矩形墩、圓柱墩、柱式墩和尖端型墩幾種類型，對(duì)于同一座橋梁要盡可能選擇同一種類型的橋墩而且橋墩直徑也要保持一致。如表4所示，為橋墩選用標(biāo)準(zhǔn)。

表4 橋墩選用標(biāo)準(zhǔn)表

4.4 橋臺(tái)設(shè)計(jì)

山區(qū)地形起伏較大，表面為一層較薄的風(fēng)化巖和堆積巖，其基巖埋藏較深。通常橋臺(tái)的填土深度要不超過8 m，并且根據(jù)橋臺(tái)所處位置和地基承載力的情況選用合適的橋臺(tái)。如表5所示，為橋臺(tái)類型以及適用范圍分析表。

表5 橋臺(tái)類型以及適用范圍分析表

4.5 抗震設(shè)計(jì)

由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)和板塊構(gòu)造，山區(qū)多為地震多發(fā)區(qū)，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮提升橋梁的抗震性能，主要方法是通過加強(qiáng)橋梁細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，從而使得橋梁抗震性能得到提高，采取的措施主要有以下三條，其一，橋梁支座材料必須具備較好的抗震、隔震性能；其二，對(duì)結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，避免為了提高承載力而盲目增加鋼筋數(shù)量，保證結(jié)構(gòu)具有足夠剛性的同時(shí)具有較好的延性[6]。

5 案例分析

某山區(qū)高度公路沿線經(jīng)過河流，穿越山澗、盆地，總體趨勢呈現(xiàn)兩端底中間高的特點(diǎn)，需要在一處山澗處進(jìn)行橋梁建造，經(jīng)過前期考察和工期要求，采用裝配式構(gòu)件進(jìn)行建造，并且考慮橋面高度不影響最高水位順利通過，同時(shí)橋墩不產(chǎn)生較大的阻力。

5.1 上部結(jié)構(gòu)

根據(jù)要求使橋墩不產(chǎn)生較大阻力，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下應(yīng)盡量減少橋墩數(shù)量和直徑，通過比選，選擇T梁或小箱梁構(gòu)造形式。但是由于小箱梁寬度較大，模板較為復(fù)雜，同時(shí)施工工序繁瑣，使得施工質(zhì)量難以得到保障，并且后期運(yùn)營養(yǎng)護(hù)也相對(duì)不容易，而T梁構(gòu)造工序簡單，技術(shù)成熟，因此更加適用于該項(xiàng)目。

根據(jù)上述分析，該橋梁建設(shè)時(shí)采用T梁構(gòu)造，該橋梁總長為292 m，跨徑選擇為40.0 m分聯(lián)為 （40×3+40×4）m分布。

5.2 下部結(jié)構(gòu)

該工程跨越山澗，加上橋梁兩側(cè)為農(nóng)田，為了減小對(duì)農(nóng)田的破壞以及考慮上部結(jié)構(gòu)40 m跨徑，故采用雙柱式橋墩。通過進(jìn)行承載力計(jì)算，墩柱直徑設(shè)計(jì)為1.8 m，高度為25.2 m，中間設(shè)地系梁和中系梁，滿足承載力要求。

6 結(jié)語

由于山區(qū)地理環(huán)境和地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn)，因此對(duì)于中小跨橋梁設(shè)計(jì)十分重要。該文闡述當(dāng)前中小跨橋梁設(shè)計(jì)時(shí)存在的問題，并且分析了橋梁結(jié)構(gòu)選型和上、下部結(jié)構(gòu)的選擇原則和應(yīng)用范圍。該文也對(duì)橋梁相關(guān)設(shè)計(jì)人員提出要求，必須轉(zhuǎn)變理念，提升中小跨橋梁設(shè)計(jì)質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)，為山區(qū)中小跨橋梁建設(shè)獻(xiàn)出自己的一份力量。