公路橋梁結(jié)構(gòu)設計探析

郭秋根

摘 要：公路建設橋梁之前，先要對其進行結(jié)構(gòu)設計，這也是公路橋梁建設的關鍵。文章結(jié)合筆者對公路橋梁設計的經(jīng)驗，分析和闡述公路橋梁結(jié)構(gòu)設計的標準、性能水準和方法。

關鍵詞：公路橋梁 結(jié)構(gòu)設計 分析

在交通線路中橋梁是其中的重要組成部分。隨著國家經(jīng)濟的持續(xù)增長和基礎設施建設步伐的加快，高等級公路基本已進入山嶺區(qū)，橋梁建設也逐漸成為其中的關鍵因素。本文著重探討了中小跨徑的公路橋梁結(jié)構(gòu)設計相關問題。

1.公路橋梁設計標準

1.1荷載

公路橋梁設計荷載有三類，分別是可變荷載、永久荷載和偶然荷載。可變荷載是對使用過程中橋梁結(jié)構(gòu)使用性能影響最大的荷載。我國各時期公路運輸載重的實際情況有所不同，因此公路橋梁在具體設計過程中是以不同時期公路技術(shù)標準和相關設計規(guī)范為準則的，在某種程度上反映了我國公路載重的發(fā)展趨勢。為適應這一發(fā)展趨勢，我國交通管理部門對公路工程技術(shù)標準和橋梁設計規(guī)范做過幾次修訂，目前采用的是《公路工程技術(shù)標準（JTG B01-2003）》規(guī)定的公路—Ⅰ級、公路—Ⅱ級車道荷載和550kN車輛荷載標準。

公路—Ⅰ級總體上較汽—超20標準提高不到10%，而車輛載重的標準自1981年到2003年提高的數(shù)值已經(jīng)超過了這個值，且歷次的橋梁設計規(guī)范都沒有規(guī)定橋梁限載標準和原橋設計荷載和關系，很長一段時間以來，都沒有制定一個統(tǒng)一可行的標準，導致較重的貨車或集裝箱車輛超過了限載標志噸位。

1.2承載力理論和設計安全標準

同國際上比較，目前我國在車輛荷載安全系數(shù)方面，公路橋梁規(guī)定的數(shù)值明顯偏低，美國和英國的分別是1.75和1.73，而我國的才1.4。有數(shù)據(jù)顯示，目前我國橋梁設計承載力總體上只能達到英美國家的60%到70%。公路橋涵結(jié)構(gòu)的安全等級如表1所示。

容許應力法是橋梁設計過程中的一條重要準則，現(xiàn)行的橋梁設計規(guī)范充分考慮了這種方法的缺點，計算方法采用的極限狀態(tài)法。包括混凝土結(jié)構(gòu)的塑性特點，提出了正常使用極限狀態(tài)和結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)兩個控制指標，極限狀態(tài)法采用了多項安全系數(shù)，這些系數(shù)主要是在概率計算及數(shù)理統(tǒng)計基礎上分析得出的。這種方法比容許用應立法經(jīng)驗確定安全系數(shù)方式科學，但在目前我國經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境下，我國材料性質(zhì)及施工質(zhì)量并未得到顯著提高，從而導致公路橋梁結(jié)構(gòu)不可靠和整體儲備降低。

2.公路橋梁設計基本原則及相關性能水準

2.1橋梁設計基本原則

在具體的橋梁設計中，應該遵循以下幾項基本原則：①安全第一、預防為主的基本原則，同時注重結(jié)構(gòu)的耐久性、環(huán)保和適用性等。②服從整體設計原則，即縱、平面應同公路線形相融合。③綜合分析各路段地質(zhì)、地形特點，定位合理，綜合必選最優(yōu)方案。④注重與周圍景觀的協(xié)調(diào)、方便施工和各合同段的劃分。⑤為獲得橋梁整體最佳受力效果，應充分考慮橋孔分聯(lián)時橋梁下部剛度的協(xié)調(diào)性。⑥在地形相對復雜的山區(qū)進行橋梁設孔，應在仔細研究該處縱、橫斷面后再進行布設。⑦對于變遷及山前擴散的河段，橋梁長度應充分考慮河槽擺動因素；大橋跨度應大于20米，以確保漂浮物及水流順利通過橋孔。⑧在平原區(qū)布設橋梁孔跨的情況，應充分分析橋下地形、地貌及先關水文計算成果，最后再予以確認。⑨平原區(qū)路基情況復雜時，可設置高架橋通過，同時采用建筑高度較低的結(jié)構(gòu)類型。

2.2公路橋梁結(jié)構(gòu)設計性能水準

表2根據(jù)公路橋梁特點，描述了其結(jié)構(gòu)設計的相關性能水準。

3.公路橋梁結(jié)構(gòu)具體設計

3.1基礎設計

通常情況下，擴大基礎應在基礎覆蓋層達到5米以下時加以考慮，否則采用樁基礎為宜；當橋梁設計在山嶺區(qū)域時，應充分考慮地面坡度的影響，為避免深挖基坑可能帶來的不利影響，盡可能較低工作量，此時公路橋梁基礎設計可采用樁基型式；基樁按嵌巖或彈性摩擦樁進行計算時，其有效樁長應大于5d（其中d為樁徑），有效樁長自樁側(cè)土厚度大于2.5d或最低沖刷線處算起；摩擦樁的長度在計算值得基礎上適當延長3到5米，嵌巖樁嵌入基巖應超過2d；橋梁樁基應穿透采空區(qū)的情況是當橋梁下伏采空區(qū)埋置較淺時進行，具體是將樁尖嵌入采空區(qū)底板以下完整、穩(wěn)定的微風化的巖層內(nèi)；如果橋梁下遇到伏巖溶區(qū)的情況，樁基應克服多層溶洞和不穩(wěn)定巖溶影響，最終將樁尖嵌入完整且穩(wěn)定的微風化巖層內(nèi)。

3.2下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)墩高H<30m時采用柱式墩，相關參數(shù)如下表3所示。

此外，墩高小于40米時，以采用等截面實體薄壁墩；墩高小于50米時，宜采用等截面空心薄壁墩；墩高在50米到70米之間時，以采用變截面空心薄壁墩。

3.3平面設計

公路橋梁在進行平面設計時，需重點處理好上部構(gòu)造與相關曲線半徑之間的關系。要使護墻內(nèi)緣適應平面線形，就應該在中矢高在100mm情況下對護墻緣進行調(diào)整；而邊梁須按實際曲線預制的情況應根據(jù)半徑和中矢高數(shù)值范圍來確定，此時的半徑小且中矢高超過100mm。邊梁形狀因半徑變化而變化，且種類多，這就給施工造成了困難。為實現(xiàn)現(xiàn)澆橋面板和防撞墻適應平面線形，預制邊梁時，應將邊梁多預制一段長度，這樣施工起來會比較方便，但美觀性不足且會造成材料的浪費。

總之，公路橋梁工作者應積極采用行內(nèi)新材料、新技術(shù)和新工藝，設計出安全、經(jīng)濟、適用、美觀的公路橋梁。

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