浅析山区公路桥梁设计要点及方案比较

摘 要: 山区公路的桥梁设计是一项综合性的工程, 设计者不能生搬硬套平原地区做法, 而应结合山区特点合理地进行桥梁设计, 应综合考虑水文、地质、环境、施工、交通运输等等方面,综合考虑反复比较,提出最佳的方案。

关键词: 山区；路桥设计；方案

1 引言

随着我国对交通基础设置建设的大力投入,公路在山区修建得越来越多。由于山区地形、地貌和地质、水文条件复杂,地势起伏大, 桥梁长度占路线总长度的比例也大, 桥梁设计的好坏不但对行车的舒适性和安全性直接产生影响, 而且对整个工程的造价起着决定性的作用。因此山区公路的桥梁设计是整个公路设计的难点和重点, 桥梁设计的好坏决定着整条公路设计的好坏。

由于受地形、地质、水文的影响, 山区公路往往是沿溪展线, 路线布设时平纵横三个方面普遍都受到约束, 造成平曲线多,平面半径较小,纵坡较大,超高多。因此整条线的斜、弯桥多; 桥梁结构形式多;横坡陡,半幅桥和半幅路基多;由于路线跨越众多沟壑,造成高墩大跨多,墩台形式复杂, 给桥梁设计造成了一定的困难。

2 山区公路的桥梁设计要点

(1)由于山区公路与平原地区的公路在地形、地质、水文等条件上有着很大的差别, 因此我们在桥梁设计时要高度重视以上这些差别,特别是在地形、地质方面, 有时同一座桥在纵桥向的地质变化很大,在横桥向的地形变化很大,如不重视,很容易出现差错, 因此在设计前一定要认真收集设计资料,做到心中有数,有条件时设计人员最好到实地调查一下。

(2)由于山区公路的地面高差变化大,材料、机械运输困难,施工条件差。所以我们在设计时必须要因地制宜, 一定要考虑到施工的可行性,尽量给施工带来方便。为了保证工程质量,节省工程造价,方便施工, 桥梁设计可采用灵活多变的形式。

(3)桥梁设计要遵循“适用、安全、经济、美观、环保”的基本原则。现在随着国民经济的发展,“美观和环保”已受到越来越多的重视和关注。桥梁设计在注重安全性、舒适性、和耐久性的同时,应引入环保、美化、人文的概念, 把公路桥梁的景观设计作为一项重要内容加以考虑, 在保证桥梁使用功能要求的原则下, 要尽可能地考虑到使建成后的桥梁与周围环境相协调, 不造成原有环境的破坏。设计时应开拓艺术创新思路,全方位、多角度地展示桥梁景观的美学效应,开发景观资源,同时应维护生态平衡,保护珍稀动、植物及特有的地质风貌,杜绝声、光、电对环境的“污染”,桥梁涂装色彩选择时不但要考虑与周边环境色调、桥梁造型相协调,还要考虑桥梁所在地区的民风、民俗。

3 山区公路的桥型方案选择比较

3 . 1 上部结构形式选择比较

(1)简支结构。该桥型的特点是施工方便,经济合理、可集中工厂预制、分段安装、便于施工, 但受力和营运条件较其它桥型要差, 适用于单跨桥和中小跨径且平面半径较小;桥梁长度较短;不适合做先简后连的桥梁。

(2)支架现浇连续结构。该桥型的特点是布孔方便、合理; 对小半径、大超高线形平纵横要求适应性强, 外观平顺; 桥型美观, 行车平顺舒适; 施工周期短, 后期养护费用低,施工占地较小。但造价较高,支架工程量大, 地形陡峭时支架安全性较难保证;连续的满堂支架对山体植被破坏严重,施工用水困难, 材料运输、混凝土搅拌、浇注及施工过程中大量废弃物对环境破坏严重。该类桥型一般用于地形较平坦且墩高不大路段的桥、布孔受限制的分离立交桥、跨峡谷河流且运输不便、预制场地选择困难路段的桥。

(3)先简支后连续结构。该桥型的特点是跨径变化范围较大,桥型美观,结构受力性能好,行车平顺性良好。无需大量支架工程,造价较低,后期养护工作量较小。采用桥上预制、架桥机安装,将主要施工工作面转移至桥上,大大减轻对沿线环境的影响。但对于小半径、大超高线形,梁体预制较复杂, 施工周期较长。鉴于该类桥型造价低,对地形的适应性较强, 在大桥及高架桥中较广泛采用。

(4)悬臂现浇连续或连续刚构结构。该桥型的特点是布孔方便,桥梁跨越能力大,受力合理,结构整体性好,造型美观且施工工艺成熟;桥梁设置伸缩缝较少,行车平顺舒适;施工周期短,后期养护费用低,施工占地较小;桥梁施工支架工程量小,不需要大型的吊装设备;施工过程中对周围环境影响较小,不破坏山体植被。但上部造价较高,施工难度相对较大。该桥型在桥梁跨径要求高、桥梁跨越深谷时可比选其他桥型采用。

3 . 2 下部结构形式选择比较

(1)柱式墩。特点是自重轻,结构稳定性好;施工方便、快捷,外观轻颖;桥墩布设灵活性大, 阻水小, 适应不同类型的基础, 但不能做得很高。适合做一般中小跨径的下部结构。

(2)实体式墩。对施工要求不高,因截面较大, 可做的比较高, 但对地基的要求较高,污工体积大,不适应机械化施工。适用于在峡谷等要求桥墩较高的桥中。

(3)薄壁墩。此类桥墩柔度好,可以适应上部结构变形的需要,同时抗弯抗扭刚度大,可以满足结构的受力需要。适用于大跨径的悬臂现浇连续梁和连续刚构以及高墩桥。

(4)桥台。桥台的设计往往受山区地形的限制较大,桥台形式的选择是否合适,直接影响到两侧山体开挖和台前锥坡是否可以实施。桥台的主要形式有U 形台、肋式台和柱式台等。U形台可做得较高,而且台前没有锥坡,但对地基的要求也较高,污工体积大。肋式台也可做的较高,对地基的要求也不高,但台前须有锥坡。柱式台对地基的要求不高,但不能做的太高,一般在5米左右,台前须有锥坡。桥台形式要根据各种桥台类型的特点结合实际情况来选择, 另外要充分考虑到因桥台开挖可能引起的大面积山体开挖和台前锥坡的不稳定因素。

3 . 3 墩台基础形式选择比较

桥梁的设计,其基础的选择应充分考虑工程地质及地形的实际情况,不同的地质条件采用不同的基础形式,不得轻易简化基础类型,以免造成工程费用的增加或影响到结构的安全性。山区公路的桥梁基础形式一般有扩大基础和桩基础,在选择墩台基础形式时要与选择墩台时一起考虑。山区地质条件一般较好,适合于设置扩大基础,但不能一概而论,对于地面横坡小的桥墩基础,设置扩大基础在所必然,但对于地面横坡陡峻的桥梁基础,设置扩大基础反而带来诸多弊端,首先是基础的开挖,必然造成相互影响;其次,由于地面横坡大,地表水必然冲刷扩大基础的回填土,造成基础。另一方面,对于设置在河流边缘的桥墩基础,虽然能够设置扩大基础,但对基础的抗冲刷不利。一般来说,山区公路的桥梁基础,当处于较平坦路段时,设置整体式扩大基础是合理的,对于布置在陡峻地面横坡和水中的桥墩基础,一般设置桩基础。对于左右墩柱高差大的桥墩,应保证相同高程处墩柱截面尺寸的一致,其余部分加大截面尺寸,以平衡墩柱刚度差别大给上部构造带来的变形不协调影响。如果一联内既有扩大基础又有桩基础,为控制墩台的不均匀沉降,要求扩大基础置于强度在弱风化以上的岩石上。对于砂岩基础因遇水后变软、发泡、强度降低的情况,墩台基础首选桩基础。