摘 要：現(xiàn)階段我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)受西部地區(qū)大開發(fā)的影響，需要改進(jìn)交通設(shè)施，為運(yùn)輸業(yè)發(fā)展提供渠道。而在山區(qū)高速公路建筑中，橋梁在其中占據(jù)著重要地位，為保證其建設(shè)質(zhì)量，需要做好橋梁設(shè)計環(huán)節(jié)的工作。主要結(jié)合山區(qū)公路的特點(diǎn)，探討公路橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的問題。

關(guān)鍵詞：山區(qū);高速公路;橋梁下部;設(shè)計優(yōu)化;

作者簡介：陳志達(dá)(1993—),男，廣東茂名人，本科，助理工程師，研究方向：橋梁設(shè)計;

在山區(qū)建設(shè)高速公路時會存在地形復(fù)雜、地質(zhì)結(jié)構(gòu)多變的問題。就地形方面來說，山區(qū)地面高差大、橫坡陡，且地面形態(tài)變化頻繁，而在地質(zhì)上，山區(qū)地面結(jié)構(gòu)多存在滑坡、斜坡、陡崖、煤氣地層等地質(zhì)。在這些因素的作用下，布設(shè)施工路線時會受到平縱橫三方面約束。具體表現(xiàn)在平面線多、縱坡大、平面半徑大、陡坡陡、高擋墻多等方面。山區(qū)高速公路橋梁在建設(shè)時也會受到上述因素影響，存在彎坡橋多、墩臺形式多等問題，在進(jìn)行橋梁設(shè)計時，必須將橋梁各部分結(jié)構(gòu)與山區(qū)地質(zhì)、地形關(guān)系進(jìn)行有效協(xié)調(diào)[1]。

針對橋梁下部的橋墩設(shè)計，如果高度在40 m以內(nèi)，通常將其設(shè)計為柱式墩，Y型薄壁墩，而前者最常應(yīng)用。柱式墩有圓柱與方柱兩種形式，按照圓柱施工比較容易控制外觀質(zhì)量，并且在銜接樁基時也相對方便，多用于平原地區(qū)，不過方柱棱角分明，更具有美觀性，與上梁結(jié)構(gòu)更協(xié)調(diào)，直觀來看方柱美學(xué)價值高。而從受力方面考慮，方柱與圓柱處于橫截面相等條件下，方柱抗彎能力更強(qiáng)，相比圓柱能承受更多的力，當(dāng)體系為連續(xù)剛構(gòu)時，方柱的柱墩剛度只需要通過對兩方向尺寸進(jìn)行調(diào)整就可以控制，從而達(dá)到調(diào)整墩柱受力的目的。而圓柱各方向都具有相同性質(zhì)，調(diào)整效果與方柱相比不夠明顯。但方柱的墩柱需要通過樁帽才能連接到樁基，進(jìn)而導(dǎo)致工程數(shù)量增加，同時由于山區(qū)橋梁地面橫坡都較陡，如果柱帽結(jié)構(gòu)增加就會導(dǎo)致挖方工程量增加，引起邊坡不穩(wěn)問題。因此選擇圓柱和方柱時，需要根據(jù)山區(qū)地形、上橋梁結(jié)構(gòu)、墩高來具體分析。

Y型墩薄壁這種墩型作用于獨(dú)柱雙支座上，具有較好的美觀性，不過具體施工較復(fù)雜。如果墩高較矮，將無法保證施工美觀性，因此采用較少。如果墩高較高，施工Y型薄壁墩只需要一套模板、搭一個支架。如果山區(qū)橋梁建設(shè)設(shè)計地面橫坡陡、搭支架困難、木板需求量大的問題，選用Y型薄壁墩優(yōu)勢較為明顯。而從預(yù)算方面來看，Y型薄壁墩相比柱式墩更有性價比。另外選用雙柱墩時，由于山區(qū)地面橫坡陡，兩個墩柱會存在較大的高度差，由于線剛度WI/L差距大，導(dǎo)致一個墩兩個墩柱受力差異較大，而選擇Y型薄壁墩，能夠有效優(yōu)化這個問題。

通常設(shè)計矮橋墩時主要考慮強(qiáng)度指數(shù)，如果橋墩高度較高，需要注重穩(wěn)定性問題。而相關(guān)設(shè)計規(guī)范針對偏心受壓柱的內(nèi)容有指出，當(dāng)10/h>30時，構(gòu)建已由材料破壞變?yōu)槭Х€(wěn)破壞。其中10代表受壓柱長度的有效范圍，墩高變化在0.5～2倍范圍中，具體多少取值，主要取決于施工狀態(tài)、上構(gòu)重量、上構(gòu)與墩柱的連接方式即墩柱的支承剛度。如果墩厚度在2 m以上，實心矩形截面將降低經(jīng)濟(jì)性，可以說，墩柱如處于材料破壞情況下，可以選擇實心矩形截面，同時高度最好不超過50 m, 如果超過50 m, 應(yīng)選擇空心薄壁墩截面。空心薄壁墩在應(yīng)用中，如果涉及墩高在65 m左右范圍，順橋向應(yīng)考慮放坡[2]。

山區(qū)高速公路建設(shè)路基主要有整體式與分離式兩種形式，現(xiàn)階段選線環(huán)節(jié)注重于縮小占地面積、環(huán)保、協(xié)調(diào)景觀的理念，因此分離式路基通常只會設(shè)置在中長隧道等情況下，建設(shè)單位更頻繁使用整體式路基。針對整體式路基雙幅橋下部結(jié)構(gòu)，通常采用分幅單獨(dú)形式來設(shè)計，即雙幅四柱。而像是高墩長橋這種類型，為減少開挖施工數(shù)量，提高邊坡穩(wěn)定性，減輕材料消耗以及工程造價，選擇整體式下構(gòu)即雙幅兩柱這種施工形式，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。相比雙幅四柱，如果存在相同的橋墩截面積以及橫向?qū)挾龋w式下構(gòu)相比分幅下構(gòu)，在橫向、縱向剛度方面具備更大優(yōu)勢，不光可以減少開挖、節(jié)約材料，還能時墩頂變位減少。

山區(qū)高速公路橋梁通常會使用重力式U型臺、樁柱式臺、肋板臺來建設(shè)橋臺結(jié)構(gòu)，而重力式U型臺應(yīng)用最為廣泛。相關(guān)規(guī)定說明，如果填土在4～10 m范圍內(nèi)，可選擇U型臺，因此最好以10 m范圍來控制U臺高度。山區(qū)橋梁U臺的橫向、縱向橫坡陡，因此臺階設(shè)置要結(jié)合山區(qū)地形實際來考慮，以此減少開挖量，節(jié)約圬工方量。樁柱式橋臺的抗推剛度小，當(dāng)聯(lián)長較長，臺后填土如果高度較高時施工價值偏低。通常以5 m以下范圍來控制臺后填土高度，聯(lián)長高度則在150 m以內(nèi)。埋置式肋板臺則適用范圍較廣，但高度也存在限制，不宜超過12 m[3]。

山區(qū)高速公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計中，常選擇擴(kuò)大基礎(chǔ)或是樁基礎(chǔ)。如果地質(zhì)情況較好，通常使用擴(kuò)大基礎(chǔ)更多一些，并且分離式擴(kuò)基礎(chǔ)方式更有效果，因為分離式擴(kuò)基礎(chǔ)在橫坡地形、承載力方面都能夠較好的適應(yīng)。針對斜坡所采用的擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，在具體設(shè)計時需要考慮基礎(chǔ)擴(kuò)散角和覆蓋層厚度以及施工時的相互影響。

如圖1,由于此橋跨設(shè)計的斜交角度過大以及道路凈空限制，因此錯孔、大跨徑橋梁跨越方式無法在主線使用，設(shè)計時可采用將橋墩蓋梁與箱梁中橫梁相結(jié)合的方式，即隱式蓋梁。此種設(shè)計方案在應(yīng)用后，不會對道路的行車凈空進(jìn)行侵占，并且達(dá)成跨越國道的目的[4]。

圖1 整體式隱式蓋梁簡支橋墩示意圖 下載原圖

如果山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)設(shè)計河流流速快、瞬時水流沖擊力大等問題，可以使用獨(dú)柱式橋墩設(shè)計方案，以此縮減橋墩的阻水面積，將水流沖擊力降低。為保證山區(qū)橋梁上部結(jié)構(gòu)步跨的合理性，避讓被交車道，減少開挖、提高邊坡穩(wěn)定性，采用整體式下部結(jié)構(gòu)方案施工具有很好的效益。

圖2 獨(dú)柱式橋墩示意圖 下載原圖

針對山區(qū)高速公路橋梁工程建設(shè)，需要保證前期的設(shè)計質(zhì)量，而橋梁下部結(jié)構(gòu)在具體設(shè)計時需要考慮的因素很多，需要結(jié)合具體施工情況來進(jìn)行合理的選擇，主要從橋墩、路幅、橋臺、基礎(chǔ)等方面進(jìn)行考慮，并列舉了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式，由于山區(qū)施工的復(fù)雜性以及嚴(yán)格質(zhì)量要求，具體設(shè)計時需要嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。

[1] 張浩，楊洋，方正東.預(yù)制裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)方案研究[J].安徽建筑，2021,28(12):163-164.

[2] 尚濤，張華獻(xiàn).某橋梁下部結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度不足原因分析與解決[J].居業(yè)，2021(11):228-230.

[3] 梁東.公路橋梁設(shè)計的安全性和耐久性探討[J].科技資訊，2021,19(29):58-59+65.

[4] 崔鵬飛.研究山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計的特點(diǎn)和方法[J].黑龍江交通科技，2019,42(11):129-130.

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