灌區農橋設計中荷載標準對比分析

華 強，牛 坤

（平邑縣水利局，山東 平邑 273300）

農橋定義為四級公路以下的鄉村道路和渠堤專用檢修道路上的等級外橋梁，在大中型灌區續建配套和節水改造項目中作為跨溝渠的涉水建筑物被廣泛應用。農橋作為灌區的配套建筑物，數量多、分布廣泛，其結構設計工作應因地制宜，不可盲目照搬或套用其他橋梁設計成果。應當從確定農橋外部荷載的基本工作入手，按照規范的荷載標準進行設計工作，力求農橋安全、可靠、實用和經濟。

1 農橋設計相關規范對比

農橋廣泛應用于國家四級公路以下的等外級鄉村道路、機耕路、渠堤檢修路上。目前交通運輸部行業標準僅適用于四級及四級以上等級公路的橋涵工程設計，不適用于四級公路以下的等外級道路橋涵設計。通過查閱相關規范，除現行灌區相關設計規范《灌溉與排水建筑物設計規范》（SL482-2011）（以下簡稱規范 1）和《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-2018）（以下簡稱規范2）有農橋設計相關技術指標要求外，未發現其余設計規范提及農橋。在規范1和規范2中，關于農橋設計在一般規定、總體布置方面基本一致。如關于農橋的可變荷載作用，人群荷載標準均相同，即人行便橋和農橋人行道的人群荷載標準值均為4.0kN/m2；而汽車荷載標準，二者差異較大。規范1在農橋汽車荷載中增補農橋-Ⅰ級和農橋-Ⅱ級兩個荷載等級，并規定農橋-Ⅰ級汽車荷載即以中型車車隊為主的汽車荷載，其車道荷載效應與同跨徑橋梁采用乘以系數0.80后的公路-Ⅱ級車道荷載效應相同；農橋-Ⅱ級汽車荷載即以小客車車隊為主的汽車荷載，其車道荷載效應與同跨徑橋梁采用乘以系數0.60后的公路-Ⅱ級車道荷載效應相同。農橋-Ⅰ級和農橋-Ⅱ級的車輛荷載效應均相同，均與同跨徑橋梁采用乘以系數0.7后的公路-Ⅱ級車輛荷載效應相同。規范2中汽車荷載標準采用現行交通運輸部行業標準公路-Ⅱ級荷載標準。

2 農橋設計荷載標準分析

農橋結構設計采用的設計荷載分為永久作用、可變作用和偶然作用。由上述分析可知，除可變作用中的汽車荷載外，農橋結構計算中其他作用代表值、作用效應組合和荷載確定方法均采用現行行業標準。而農橋結構計算中最重要的可變作用為汽車荷載，規范1和規范2存在明顯差異，重點對汽車荷載進行分析。

農橋汽車荷載分為車道荷載和車輛荷載兩類，前者用于橋梁結構整體計算，后者用橋梁結構的局部加載、涵洞、橋臺及擋土墻土壓力的計算，二者的作用不得相互疊加。規范1中農橋-Ⅰ級和農橋-Ⅱ級汽車荷載，分別適用的主要對象為中型車（指載重小于5t的汽車）和小客車（指載重小于2t的汽車以及更小的低速汽車、三輪汽車、小四輪拖拉機等農用車輛），可見其采用的汽車荷載標準更適合農橋日常、高頻的使用環境和條件。而規范2采用的公路-Ⅱ級汽車荷載相當于總重量20t的車隊和一輛總重30t的車輛組合效益，對于農橋而言，遭遇的概率較小，且受鄉村道路寬度、轉彎半徑、路面路基質量等影響，一般也無法通行較大重量的貨車，可見農橋的汽車荷載直接采用公路-Ⅱ級標準，荷載標準明顯偏大，具有較大安全分析。

通過上述分析，結合目前灌區鄉村道路、機耕路、渠堤檢修路的實際交通狀況，按照適度超前、經濟合理的原則，農橋結構設計中的汽車荷載宜采用規范1中的農橋-Ⅰ級和農橋-Ⅱ級汽車荷載，其對應的汽車荷載明顯低于公路-Ⅱ級汽車荷載標準。在農橋設計過程中，應根據橋址處的交通條件合理選擇相應的荷載標準，盲目直接套用相同計算跨徑的公路-Ⅱ級橋梁圖集將增加投資，不經濟。

3 農橋車道荷載內力計算

農橋一般為簡支平板橋梁結構。在大中型灌區內，跨溝渠農橋多為單跨簡支結構，計算跨徑一般不超過8m。根據農橋荷載標準分析成果，對灌區常見的計算跨徑分別為4m、6m和8m的單跨簡支平板橋進行車道荷載計算，結果如下：

1）均布荷載：農橋-Ⅰ級、農橋-Ⅱ級車道荷載的均布荷載標準值分別為5.12kN/m、4.73kN/m。

2）集中荷載：集中荷載與計算跨徑有關，農橋-Ⅰ級車道荷載的集中荷載分別為141.75kN、142.80kN和144.90kN；農橋-Ⅱ級車道荷載的集中荷載分別為121.50kN、122.40kN和124.20kN。

農橋人行道的人群荷載標準值均為4.0kN/m2。

根據農橋車道荷載分布影響線，對農橋采用直接加載法進行內力計算：

式中：S為所求截面的彎矩或剪力；μ為汽車荷載沖擊系數；ξ為多車道橋梁汽車荷載折減系數，取1.20；mi為車道荷載橫向分布系數，對于整體現澆平板，取1.0；Pi為車輛荷載軸重或車道荷載；yi為沿橋跨縱向與荷載位置對應的內力影響線坐標值。

對于灌區常見的寬度為5m的農橋標準斷面，中部為單車道寬度3.5m，兩側分別為寬度0.5m的人行道和0.25m的路緣石。根據式（1）可求得農橋典型截面的內力值，見表1。

表1 農橋典型截面內力設計值

4 農橋橋面板結構設計對比

針對灌區常見的計算跨徑6m，寬度5m的農橋，分別采用農橋-Ⅱ級和農橋-Ⅰ級進行橋面板結構設計，具體截面尺寸及配筋結果見表2。

表26 m計算跨徑農橋配筋計算結果 mm

與同跨徑的公路-Ⅱ級裝配式混凝土簡支板橋標準圖集相比，采用農橋-Ⅰ級標準，可節約C30混凝土2.4m3，節約鋼筋0.90t，節省投資約6800元；采用農橋-Ⅱ級標準，可節約C30混凝土2.4m3，節約鋼筋0.99t，節省投資約7400元。可見，采用合適的農橋標準，可有效節省工程投資。同時，農橋采用現澆橋板結構，對施工場地、設備的要求較低，可有效避免灌區集中預制場較遠，預制梁板運輸吊裝交通不便的難題，并能簡化橋面鋪裝環節工作量，有效減少施工中間環節，對加快施工進度具有重要意義。