高速公路山区路段桥梁结构设计分析

2022-10-16

我国幅员辽阔, 大部分地区以山区、丘陵地貌居多。高速公路受地形和高速公路线形标准制约, 在穿山越岭中难免遇山凿洞, 逢沟谷溪流架桥, 桥梁在路线中所占比例大。因此, 高等级公路山区路段桥梁设计的研究具有重要的现实意义。由于具有曲线、大纵坡、高墩、长桥等特征的山区高速公路桥梁, 在桥型的比选上有相当的难度和复杂性。而桥梁的设置是否合理, 桥梁设计方案是否合理, 直接影响整条路线的工程造价及使用功能。所以在设计中必须协调好桥梁各细部构造与地形、地质之间的关系。以下针对高速公路山区路段桥梁的特点, 结合笔者自己的看法, 探讨山区高速公路桥梁设计的要点。

1 高速公路山区路段桥梁结构体系的选择

为保证行车的舒适性、结构经久耐用而且实用, 山区高速公路大、中桥一般采用先简支后连续或墩梁固接的连续一刚构混合体系。由于全刚构体系墩高相差较大, 需通过调整桥墩的线刚度来改善桥墩受力, 会使得桥墩的尺寸增多, 美观性降低, 同时施工也比较麻烦。全连续结构联长太长, 行车舒适性差, 墩台所受的水平力较大。所以应根据地形情况进行桥梁结构选择。

(1) 跨越山谷的高架桥。在进行桥梁总体布置时, 应注意高跨比的匹配, 使桥梁跨径稍大于桥墩高度, 这样, 桥梁整体造型相对美观;在布置桥孔位置时, 应根据桥位处的地形地貌特点, 使桥墩避开冲沟、机耕道、人工构造物等。对于跨越V型深谷的桥梁, 可考虑采用大跨连续刚构方案, 以减少桥墩个数, 减小施工难度。如果地质条件好.也可考虑拱桥方案。应多做方案比较, 选用造价低、方便施工、适合当地特点的结构形式。

(2) 跨河桥梁。跨河桥梁主要根据水文状况确定桥梁方案。对于无通航的河流, 可选用结构简单、施工方便、造价低的桥型。在进行桥型布置时, 应注意上下部结构整体协调;桥墩应避开人工构造物 (如旧桥涵、水渠、道路等) , 如果确实无法避开, 可考虑将旧构造物移位, 但应满足其原有的使用功能;河中桥墩应尽量少且与水流方向正交, 以利于排洪。对于通航的河流, 在确定了设计水位、通航等级后, 可进行桥梁方案设计。进行桥梁方案设计时要兼顾排洪与通航的要求。对通航等级高的河流, 常用的结构有大跨刚构箱梁、连续箱梁;通航等级低的河流, 可采用跨径较大的T型梁方案。设计这类桥梁时, 要根据主航道的位置及主流流向布设桥孔。

2 高速公路山区路段桥梁上部结构设计

上部结构形式的选择, 应结合桥梁具体情况, 综合考虑其受力特点、施工技术难度和经济性。

(1) 对于T型梁结构, 如果桥墩不太高, 宜采用连续结构, 如果墩梁固结, 当温度变化时, 结构会产生很大的内力;如果桥墩很高, 宜考虑墩梁固结结构。因为如果桥墩很高且采用连续结构, 墩柱底只要有微小的转角, 就会产生很大的墩顶位移, 对结构的稳定很不利, 对支座的损害也很大;其次, 墩梁固结不要设支座, 可免去支座更换的麻烦。对于不等跨连续结构, 要注意边跨与中跨跨径的匹配。

(2) 对于连续刚构桥。要注意把握上下部结构的刚度比。减小下部结构的刚度, 可减小刚结点处的负弯矩, 减小桥墩弯矩, 也可减小温度变化所产生的内力。但是桥墩也不能太柔, 桥墩太柔会使结构产生过大变形, 影响正常使用, 而且也不利于结构的整体稳定。

(3) 对于大跨度的桥梁, 除应进行承载能力与正常使用极限状态的验算外, 还要进行结构的整体稳定和动力特性分析。

3 下部结构设计

3.1 桥墩设计

连续刚构桥其墩柱与梁体配置的合理与否, 直接关系到混凝土收缩徐变、温度、预应力、荷载等力在结构中的作用及分配。合理的墩柱应该是尽可能地改善梁体的内力分布, 并满足施工、运营阶段的刚度要求。从力的分配角度考虑, 应具有较大的抗弯刚度和较小的抗推刚度。从变形的角度上讲, 应具有足够的稳定性, 并使结构变形控制在正常使用范围内。对于较矮的墩, 墩的刚度对体系内力影响较大, 但对于高墩而言, 墩的刚度在力分配上的作用已不明显, 而控制桥梁变位及稳定性却成为突出的问题。相对刚的刚度能有效地减少桥梁水平变位, 提高桥墩的稳定性, 对于大纵坡的高墩长桥, 增加纵向刚度可明显减少活载长期作用的累积变位。对于曲线桥, 增大桥墩的横向刚度, 有利于减少弯桥扭矩造成的横向变位。

3.2 桥台设计

常用桥台形式有重力式U台、肋形埋置式台、柱式台、薄壁式台、扶壁式台等。柱式台与薄壁式台要承受较大的台后土压力, 且其基础多为单排桩基或扩基, 因此, 这两类桥台不宜太高。扶壁式台台后土压力较大, 配筋量多, 造价较高, 但可缩短桥长, 可根据实际情况决定是否采用。重力式U台要求地基地质好, 除了应验算地基承载力及台身强度外, 要注意将基础置于同一土层, 避免出现不均匀沉降的现象。天然地质较好的山区桥梁, 常采用重力式u形桥台, 但在地震活动区且地形陡峭的地段, 从桥台纵横向稳定考虑, 应尽量少用U台。肋形埋置式台由于其台前土压力可抵消部分台后土压力, 可用于台后填土较高的桥台, 但由于其锥坡占用桥孔, 造成桥梁增长, 桥梁总造价因此而提高。对于柱式台、薄壁式台、扶壁式台, 如果在台前设置反压护道, 可大大改善其受力状况。

4 结语

山区高速公路地质复杂, 地形多变, 沿线水文情况也大相径庭。在不同的区段, 对桥梁的使用功能有不同的要求。因此, 设计者要注意收集资料, 要根据当地特点, 多比较分析, 采用符合实际的桥梁方案, 使桥梁设计达到安全、适用、经济、美观的要求。当然, 山区高速公路作为公路工程的一部分, 很多方面需要探讨。只有把握好规律, 抓住侧重点, 山区高速桥梁的布置和设计才能准确无误。

摘要：高速公路山区路段桥梁设计研究具有现实的意义。在桥梁结构体系的选择上应满足行车的舒适性、结构结实耐用和地形特点。本文详细分析了桥梁上部结构和下部结构设计方法。

关键词：山区,桥梁结构,设计