鐵路橋梁跨越茶業(yè)種植地高墩適應(yīng)性研究

梁啟龍

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧錦州 121000）

1 鐵路橋梁與農(nóng)業(yè)種植

1.1 山區(qū)茶鄉(xiāng)橋梁抗震度

我國作為地震災(zāi)害較為嚴(yán)重的國家之一，對(duì)鐵路橋梁的設(shè)計(jì)構(gòu)造十分重視。特別是處在山區(qū)地震帶周邊的茶鄉(xiāng)，其鐵路高墩的適應(yīng)性正在隨著科技的發(fā)展不斷優(yōu)化。一方面，我國在21世紀(jì)之前的山區(qū)茶鄉(xiāng)橋梁高墩設(shè)計(jì)，以“提高自身穩(wěn)固性和強(qiáng)度”來避免地震所帶來的影響。即傳統(tǒng)鐵路橋梁，以質(zhì)量強(qiáng)度取勝，而非以技術(shù)性、靈活性的設(shè)計(jì)取勝。傳統(tǒng)高墩橋梁能夠抵抗6級(jí)以下地震，對(duì)于強(qiáng)震、多震情況，其抗震度不高，且后期難以修復(fù)，鐵路橋梁下的茶田和茶農(nóng)會(huì)遭受一定程度的損失。另一方面，隨著21世紀(jì)后，我國對(duì)傳統(tǒng)高墩橋梁予以修復(fù)完善，對(duì)新修高墩橋梁予以技術(shù)性的設(shè)計(jì)和穩(wěn)固的材料。旨在既能提高抗震指數(shù)，又能防止因震感而導(dǎo)致鐵路橋梁上的水泥、墻體材料脫落，對(duì)茶田產(chǎn)生的不利影響。

1.2 茶田內(nèi)高墩占地配比

對(duì)于跨越茶葉種植地的鐵路橋梁高墩的設(shè)計(jì)，并不能夠像其他跨越普通山谷或無人區(qū)的橋梁一樣。高墩設(shè)計(jì)與建造大多避開茶田，盡量在茶鄉(xiāng)的非種植區(qū)進(jìn)行。并且在搭建時(shí)，要充分考慮高墩挖掘、建造對(duì)周邊茶田土壤環(huán)境的影響，以不破壞茶葉種植為原則進(jìn)行鐵路橋梁的設(shè)計(jì)與施工。對(duì)于茶田面積較廣、四周多山地丘陵，不好搭建鐵路橋梁的地區(qū)來說，只能占用茶田的種植區(qū)域進(jìn)行建造。基于此，必須根據(jù)鐵路高墩修建的指標(biāo)技術(shù)與茶田種植數(shù)據(jù)庫進(jìn)行整合研究，以最佳占地配比的方式，在茶田選址。旨在不影響日后農(nóng)戶的種植，又能夠選擇出最優(yōu)地區(qū)，使高墩修建更為穩(wěn)固。除此之外，對(duì)于占用茶田進(jìn)行修建基礎(chǔ)設(shè)施的情況，鐵路中心與當(dāng)?shù)卣畷?huì)對(duì)茶鄉(xiāng)農(nóng)戶的損失進(jìn)行補(bǔ)償。

1.3 鐵路橋梁下種植影響

首先，對(duì)于鐵路橋梁跨越茶葉種植地的地區(qū)，其高墩設(shè)計(jì)必須適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境發(fā)展。對(duì)于天氣濕熱、濕冷、干燥等濕度氣候不同的地區(qū)，高墩的設(shè)計(jì)形態(tài)與材料選擇、包裝外部涂層都多有不同。其次，茶葉的高墩修建必須以最穩(wěn)固、降噪的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免對(duì)茶葉的種植和農(nóng)戶的生活產(chǎn)生影響。再次，我國目前超過40米的鐵路高墩橋梁已經(jīng)占全國所有橋梁的43%。為降低鐵路產(chǎn)生的噪音氣體對(duì)高墩下茶葉土壤元素的影響，跨越茶葉種植區(qū)的鐵路橋梁必須達(dá)到能夠不影響茶葉種植與土壤的特定高度，以免污染氣體下沉損壞茶葉品質(zhì)。最后，鐵路高墩橋梁的修建，最好選擇在茶田的“井田”休整區(qū)之上，即跨越在茶田與茶田之間的非種植土壤地帶。以免橋梁會(huì)影響茶葉所需的光照，使部分在橋梁下的茶葉因光照不足質(zhì)量不佳。綜上，跨越茶葉種植地的鐵路橋梁高墩建造必須適應(yīng)茶田，并以安全性為重點(diǎn)，在達(dá)到安全指標(biāo)的基礎(chǔ)上再考慮其他特殊因素。

2 鐵路橋梁高墩適應(yīng)性

2.1 A型橋墩適應(yīng)分析

不同形式的鐵路高墩有不同的適應(yīng)性特點(diǎn)。A型高墩因橫向切面呈“A”形狀而得名，在實(shí)際修建時(shí)，能夠在茶田中達(dá)到結(jié)構(gòu)受力與景觀美感的有機(jī)結(jié)合。A型高墩在跨越茶葉種植區(qū)修建時(shí)，首先要考慮當(dāng)?shù)厣絽^(qū)茶鄉(xiāng)的經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性。經(jīng)研究表明，A型墩身的經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性隨著高墩墩身橫向切坡率呈負(fù)相關(guān)，即墩身高，其坡率越緩，經(jīng)濟(jì)性價(jià)比也更高。并且對(duì)于A型高墩，其結(jié)構(gòu)承載力和整體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，都更適應(yīng)更高的橋梁搭建。由此可見，A型高墩適應(yīng)于大于120米的鐵路高墩搭建，對(duì)于部分經(jīng)濟(jì)條件不好的山區(qū)茶鄉(xiāng)，A型高墩較為適合。A型高墩不僅性價(jià)比高，經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性強(qiáng)，其高度也不會(huì)影響到茶鄉(xiāng)種植，不會(huì)影響經(jīng)濟(jì)較弱地區(qū)茶鄉(xiāng)的茶葉種植質(zhì)量。

2.2 單坡高墩適應(yīng)分析

單坡高墩相對(duì)于A型高墩來說，其隨著墩身高度的變高，高墩混凝土的體積重量與墩身自震的頻率更大。即隨著高墩的高度加高，單坡高墩的不穩(wěn)固性和危險(xiǎn)系數(shù)加大。據(jù)數(shù)據(jù)研究，單坡高墩更適用于高墩高度大于40米、小于80米的橋梁修建。當(dāng)單坡高墩的設(shè)計(jì)高于80米時(shí)，其混凝土荷載力下降，經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性也不強(qiáng)。基于經(jīng)過茶業(yè)種植區(qū)的鐵路橋梁，其經(jīng)過鐵路多為貨運(yùn)列車，相對(duì)于客運(yùn)列車來說，貨運(yùn)列車的重量基數(shù)更大，因此，在考慮單坡高墩穩(wěn)定性的適應(yīng)性后，在茶葉種植地的單坡高墩多應(yīng)設(shè)計(jì)為40至70米高。

2.3 變坡高墩適應(yīng)分析

變坡高墩的橫斷立面呈現(xiàn)二次放坡形式，其上斷坡度較抖，下端坡度較緩，基于坡度的分段變化，變坡高墩的坡形設(shè)計(jì)多為二級(jí)直線坡或者“直線坡+圓弧段放坡”的結(jié)合，形狀類似掃帚，因此變坡高墩又稱為“掃帚型”高墩。變坡高墩的經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性和坡型穩(wěn)定度介于A型高墩和單坡高墩之間，其指標(biāo)基數(shù)更為穩(wěn)定。變坡高墩變坡點(diǎn)的位置厚度設(shè)計(jì)、墩身內(nèi)外坡率和墩身厚度，都有其固定的指標(biāo)。變坡高墩是所有高墩中最穩(wěn)定的形態(tài)，因此適應(yīng)于70米至100米之間的鐵路橋梁。因?yàn)樽兤赂叨盏撵`活性與穩(wěn)定性，其高墩基本適應(yīng)于各類地質(zhì)環(huán)境的山區(qū)茶鄉(xiāng)。在鐵路橋梁跨越茶葉種植地的高墩修建中，變坡高墩是被應(yīng)用最廣泛的高墩設(shè)計(jì)方案。

3 鐵路橋梁高墩優(yōu)化的策略

3.1 穩(wěn)定風(fēng)向荷載

一方面，風(fēng)向荷載力是高墩設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的重要荷載力之一。在高墩橋梁修建時(shí)，順風(fēng)向的平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓作用較小，表現(xiàn)風(fēng)力多為靜風(fēng)力，在低于70米的高墩設(shè)計(jì)中基本可以忽略不計(jì)。但隨著高墩高度的增加，微小的風(fēng)力荷載也會(huì)造成部分高墩的外表磨損。為穩(wěn)定風(fēng)力荷載，必須根據(jù)各地茶鄉(xiāng)不同的環(huán)境和風(fēng)向，來選擇不同形態(tài)的高墩形式。例如在風(fēng)力較大地區(qū)，盡量選擇比較穩(wěn)定的變坡型高墩。在風(fēng)力較小地區(qū)，可以選擇A型高墩。另一方面，當(dāng)出現(xiàn)逆風(fēng)狀況時(shí)，風(fēng)力荷載加大，風(fēng)振動(dòng)力變強(qiáng)。“動(dòng)力風(fēng)力”相比于順風(fēng)的靜力風(fēng)力，其對(duì)橋梁高墩的影響不能忽略。為穩(wěn)定動(dòng)力型風(fēng)向荷載力，必須利用有限單元法和殼體力法，對(duì)高墩的受力形態(tài)進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)。為穩(wěn)固荷載，以往的實(shí)體墩多轉(zhuǎn)型為空心墩；而在如今空心墩也無法穩(wěn)定固定年限內(nèi)的高墩質(zhì)量時(shí)，必須用更靈活的方法，將高墩受力與風(fēng)向荷載相抵抗，達(dá)到借風(fēng)使力的效果。

3.2 結(jié)構(gòu)受力材料

一方面，為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)受力，避免高墩上的部分零件因?yàn)閻毫犹鞖饣虻刭|(zhì)災(zāi)害而對(duì)茶田有所損害，必須采用高度穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)受力材料。對(duì)于高度在40-70之間、跨度不超過150米的高墩結(jié)構(gòu)來說，一般的混凝土鋼和箱鋼梁體基本可以滿足受力標(biāo)準(zhǔn)。但當(dāng)高墩修建超過這類指標(biāo)時(shí)，必須利用鋼管混凝土墩柱、以及高科技軟性鋼筋共同作用。達(dá)到結(jié)構(gòu)受力的標(biāo)準(zhǔn)化、靈活性，使空心墩的效果發(fā)揮到最大。另一方面，為避免工業(yè)修建對(duì)茶田周遭環(huán)境和土壤的影響，高墩的結(jié)構(gòu)受力材料與外部涂層材料，應(yīng)多使用環(huán)保材料。特別是容易被風(fēng)力侵蝕的外部涂層，必須禁止用會(huì)破壞茶葉農(nóng)田土壤、損壞茶葉生長的化工材料。在茶綠色生態(tài)的理念下，建立高度環(huán)保的跨茶田高墩橋梁。

3.3 環(huán)保倉儲(chǔ)基站

對(duì)于在部分偏遠(yuǎn)山區(qū)茶鄉(xiāng)修建的高墩橋梁來說，其耗資巨大，后期檢修維護(hù)的費(fèi)用也不小。為讓鐵路橋梁高度適應(yīng)茶田，讓兩者產(chǎn)生有機(jī)結(jié)合，以免茶農(nóng)對(duì)鐵路橋梁的修建有所排斥。應(yīng)當(dāng)建立環(huán)保倉儲(chǔ)基站，在提高茶葉銷量的同時(shí)，為后期山區(qū)茶鄉(xiāng)的橋梁高墩維護(hù)提供基建資金。一方面，對(duì)于跨越茶田的鐵路橋梁，可以在臨近茶田高墩的地方建立倉儲(chǔ)庫，利用鐵路橋梁的經(jīng)過，將本地茶種運(yùn)輸出去，不需中介，直接運(yùn)給茶商進(jìn)行銷售，提高茶田的價(jià)值。對(duì)于因本地鐵路橋梁物流銷售出去的茶葉，撥款一部分進(jìn)行橋梁維護(hù)費(fèi)用。經(jīng)過此舉鐵路橋梁與茶田從分離狀態(tài)轉(zhuǎn)型為合作共贏狀態(tài)。

4 結(jié)論

通過穩(wěn)定風(fēng)向荷載力、應(yīng)用結(jié)構(gòu)受力強(qiáng)度大的材料等方式，鐵路高墩的各類形態(tài)都能夠合理應(yīng)用在各個(gè)地區(qū)。在鐵路橋梁高墩下建立環(huán)保倉儲(chǔ)基站，能夠在提高茶葉產(chǎn)銷量、促進(jìn)茶葉物流繁榮的同時(shí)，提高鐵路的備用資金。達(dá)到鐵路橋梁高墩設(shè)計(jì)與農(nóng)田發(fā)展的雙向共贏。