城市高架桥下部结构设计方法研究
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摘 要：路桥工程是城市发展的命脉，其建设质量关系城市化进程能否顺利推进，其中高架桥是当前市政工程建设的重点与难点，尤其是结构设计更是重中之重。文章以城市高架桥为研究对象，重点对下部结构设计的原则与方法进行探讨。
关键词：城市高架桥;下部结构;设计方法
中图分类号：U443 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）15-0090-02
Abstract： Road and bridge engineering is the lifeblood of urban development， and its construction quality is related to the smooth progress of urbanization. Viaduct is the focus and difficulty of the current municipal engineering construction， especially its structural design. In this paper， urban viaduct as the research object， focusing on the principles and methods of substructure design.
Keywords： urban viaduct; substructure; design method
随着美丽城市、生态建设理念的普及，为了进一步增强城市建设的生态性与美观性，持续改进与完善城市道路结构，就必须要加强城市高架桥等市政工程的生态化、现代化建设。其中城市高架桥本身的结构受力情况使得其对下部结构稳固性与安全性具有更高要求，立足于系统设计桥梁结构现状，科学制定下部结构设计方案显得意义重大。
1 城市高架桥下部结构设计的原则
对城市地区的高架桥而言，其本身具有复杂的地理环境，用地面积有限，且交通系统繁杂等特征，尤其是其下部结构设计具有路线不规则，设计要求高，交通流量大等设计特点，如果没有进行系统化设计，那么会对高架桥下部结构稳固性与安全性带来不利影响。基于城市高架桥的这种设计特征，为了顺利确保整个设计的质量，必须要遵从如下的设计原则：
其一，安全性与实用性并存原则。在设计城市高架桥期间，要首先立足于保证高架桥安全性的基础上，确保高架桥下部结构可以满足承受上部荷载，防范行车碰撞问题等基本要求。
其二，生态性设计原则。在设计高架桥下部结构过程中，需要从科学设计其结构造型出发，增强整体结构的美观性，尤其是要注意增强高架桥周边环境与高架桥之间的统一性与协调性，避免因为笨拙的高架桥桥墩结构影响美丽城市建设目标的实现。
其三，减少城市占地面积设计原则。伴随着城市人口的增加，为了满足与日俱增的居住需求，就必须要尽可能地减少高架桥建设过程中的城市占地面積，如要避免出现多柱式桥墩结构，其会占用比较多的占地面积。
2 城市高架桥下部结构设计的方法
2.1 下部结构基础设计方法
在城市地区修建高架桥期间不可避免地会影响周边居民的日常生活与生产活动，为了尽可能地减少高架桥建设可能造成的重大经济损失或者对高架桥周边建筑结构与市政基础设施等带来的负面影响，必须要首先做好下部结构基础设计，优选最佳的基础结构型式，增强基础整体的承载性与稳固性。比如，在确定高架桥基础结构期间，可以优选钻孔灌注桩等一些承载性更好的基础结构型式，这样可以在增强高架桥下部结构基础保持良好承载性的基础上，减少对周边环境带来的噪声污染等负面影响。在确定下部结构基础型式的基础上，要结合城市高架桥现场建设与施工的实际情况，科学地设计下部结构基础建设方案，确保为后续的结构建设与施工奠定坚实基础。
2.2 下部桥墩结构设计方法
桥墩结构设计是高架桥下部结构设计的核心组成部分之一，其结构型式设计的合理性不仅关系下部结构整体的承载性与稳固性，同样会对城市高架桥的占地面积产生严重的影响。在现阶段的高架桥结构设计中一般常常应用如下两种桥墩结构：
（1）桩柱式桥墩结构。图1是桩柱式桥墩结构的基本结构简图，其占用高架桥下部面积相对较大，并且下部桥墩结构间的土地也会受到极大的影响。如果高架桥的下部属于市政道路工程，那么该种桥墩结构无法为其提供足够的净空，进而影响了高架桥和市政道路或其他桥梁结构之间的相互穿插情况。但是该种型式的桥墩结构具有很好的稳固性和安全性。
（2）花瓶式桥墩结构。图2是花瓶式桥墩结构的基本结构简图，该种型式的桥墩结构占用高架桥下部的空间与面积相对较小，有利于极大地提升下部结构空间的利用率，并且在后续施工过程中也不会过大的影响高架桥下部空间和土地。常规的接近直线的独柱式桥墩结构的横向稳定性相对较差，之前许多座城市高架桥发生的垮塌问题大都是利用该种接近直线的独柱式桥墩，因为横向稳固性不足而造成桥梁结构的垮塌问题，采用花瓶式桥墩可以拉开桥梁的横向支座间距，增加横向稳定性，同时提供桥下空间的利用率。因此，在实际的下部桥墩结构设计过程中，设计人员需要兼顾桥墩结构的稳固性与安全性等设计要求，兼顾生态环保效益等，力求可以结合城市高架桥现场建设的实际情况等，选择最佳的下部桥墩结构设计方案。
2.3 下部结构配筋设计方法
在高架桥下部结构设计中，下部结构配筋也是非常关键的一个设计环节，具体就是要对桩基础、桥台与桥墩几个部分的配筋进行设计。在设计这些结构配筋期间，要注意采取内力计算的方式来科学、合理地分配内力计算结果。在分析下部结构受力情况的时候，一般需要将结构处于极限状态下的实际受力情况进行科学设计。比如，在设计桩筋的过程中，由于涉及到相对较多的内容，所以需要借助极限法来对桩体的抗弯筋进行合理设计，并且在对截面配筋进行计算过程中需要科学地设计桩内的弯矩包络图，之后选择在其处于最大弯矩的部位处科学进行配筋设计，即在1/2桩顶部位处的最大弯矩部位处利用全筋配置的方式开展科学设计。针对全筋结束部位处到弯矩的零点部位处则要注意减少一半量的配筋数量，且需要注意将弯矩处理零点的部位处以素混凝土进行科学设计，具体的设计要点需要遵循基本的设计原则与规定，如高架桥桥墩桩基在配置钢筋期间，需要科学地布置成全身钢筋设置方式，确保承台钢筋设计的质量，力求最大程度提升下部结构配筋设计的质量。 2.4 下部生态景观设计方法
在现代城市发展过程中，生态建设重要性日益凸显。在下部结构设计过程中，设计人员也要高度重视下部结构的生态景观设计，力求可以在满足高架桥稳定性与安全性设计要求的基础上，从增强下部结构的生态价值出发，力求可以营造一个良好的生态景觀氛围。针对下部生态景观设计而言，要重点做好桥墩造型设计与照明绿化设计两个方面的生态景观设计工作，具体设计方法及要点如下：
（1）下部桥墩造型设计方法。在设计下部结构桥墩造型期间，可以灵活地选择花瓶式、Y形、板式几种类型。其中板式桥墩造型具有层次化的棱角结构，抗扭性、抗弯性等力学性能比较显著，安全有保障，同时该种造型也可以使所设计出的高架桥展现出刚劲有力的良好美感;流线型或花瓶式的造型可以使下部桥墩结构展现出良好的柔性与美感，尤其是可以避免因为过度突兀问题而影响周边环境建设的整体效果;Y形下部桥墩造型本身属于轻型构造，可以为上部高架桥结构提供强有力的横向支撑，增强了其横向稳定性，同时下部可以同基础进行有效连接，兼有美观性和轻型等特征。无论采取何种类型，都需要结合现场工程建设需求进行合理选择。
（2）下部照明绿化设计方法。照明绿化设计也是高架桥下部结构设计的一个重要环节，但是却容易因为紧张的城市用地而使相应的绿化面积相对较小，实际设计中可以在下部桥墩结构部位中科学地设计藤蔓型植物，力求使其在缠绕在桥墩结构之上后避免桥墩结构过于突兀的造型设计而影响道路的整体美观性，同时也可以为高架桥下部提供舒适的空间，净化城市空气质量，配合照明基础设施的科学设计，可以为城市营造良好的城市氛围。
3 结束语
总之，伴随着城市化进程的快速推进，城市道路建设质量的重要性日益显著。在城市高架桥下部结构设计过程中，要注意在遵从生态性、安全性等基本设计原则的基础上，做好下部结构基础，桥墩结构和生态景观几个关键方面的设计管理，力求最大程度提升高架桥下部结构设计有效性。
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