刍议山区高速公路桥梁下部结构设计与施工

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　　摘要：由于西部地形地质复杂制约了经济的发展，这时交通设施的改进显得尤其重要。桥梁是山区高速公路建设的重要部分，做好桥梁设计桥梁设计就显得十分重要。本文主要结合陕西山区高速公路的主要特点，就山区高速公路桥梁下部结构设计进行了探讨。
　　关键词：山区；桥梁；下部结构；特点；耐久性
　　一、山区高速公路桥梁的主要特点
　　山区高速公路的主要特点是地形地质复杂。地形复杂，表现为地面高差大，冲沟发育、横坡陡直；地质复杂表现为岩溶、滑坡、不稳定斜坡、崩塌、陡崖、煤矿采空区等不良地质。受此影响，路线布设时平纵横三个方面都受到约束，一般就是平曲线多，平面半径小，纵坡大，桥梁比例高，横坡陡，半边桥和高挡墙多。山区高速公路桥梁也相应具有上述特点，斜弯坡桥多，高墩大跨多，墩台形式多，施工场地狭窄、个别路段桥隧交替相连等特点。
　　二、桥梁下部构造设计
　　2.1桥墩
　　高度较矮的桥墩（h＜40m）多采用柱式墩，Y型薄壁墩，其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圆柱和方柱。圆柱施工中外观质量易控制，且与桩基衔接方便，平原地区用的较多。但从美观上来说，方柱有棱有角，与上构梁体协调，有一定的视线诱导性，较美观。从受力上看，截面积相等的方柱和圆柱，方柱抗弯刚度大于圆柱，受力优于圆柱，当体系为连续刚构时，方柱可以方便地通过调整两个方向的尺寸来调整墩柱的刚度，从而达到调整墩柱受力的目的。圆柱为各向同性，调整起来效果差一些。方柱的缺点是墩柱与桩基之间需通过桩帽连接，增加了工程数量，并且山区桥梁地面横坡都较陡，增加柱帽构造还会增加挖方工程量，引起边坡不稳，设计中应根据地形、上构结构形式、墩高综合考虑选用方柱或是圆柱。
　　Y型墩薄壁是独柱双支座的一种墩型，美观性较好，但施工稍显复杂。墩高较矮时，其施工既复杂又不美观所以少采用。当墩高较高时Y型薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一个支架，对于地面横坡较陡，搭支架困难，模板需求量大的山区桥梁，Y型薄壁墩具有显著的优势。从预算定额中也可以看出，同高度的柱式墩与Y型薄壁墩相比，Y型薄壁墩的基价低。另外采用双柱墩时，由于地面横坡较陡，两个墩柱高度经常相差较大，由于线刚度EI/L差距大，导致一个墩两个墩柱受力差异较大，采用Y型薄壁墩，只一个墩柱，就避免了上述缺陷。也有人认为，上部的Y型承托节约材料并不多，却施工麻烦，宜设计为实体，权衡施工进度和质量、安全和节省材料及美观之间的关系，也未尝不可。不管外形如何，墩高较高时，采用独柱双支座外部形状Y型的薄壁墩较为适宜。
　　2.2高墩
　　一般矮桥墩的设计由强度控制，但当墩高较高时，就必须得考虑桥墩的稳定问题。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62―2004）关于偏心受压柱条文说明5.3.10条指出，“当l0/h＞30时，构件已由材料破坏变为失稳破坏。”l0为受压柱的有效长度，在0.5~2倍墩高之间变化，究竟取值多少，与施工状态、上构重量、上构和墩柱的连接方式即墩柱的支承刚度有关。大量的计算实验表明对于先简支后刚构（墩顶与上构为钢板焊接）和先简支后连续（墩顶与上构为橡胶支座连接）的多跨T梁桥来说，墩柱的有效长度l0=1.2~1.43l，l为墩柱高度，当l=40m且采用矩形截面时，h≥1.2~1.43×40/30=1.6~1.907m，h=50m时h≥2~2.383m，当墩厚大于2m时，实心矩形截面经济性降低，所以可以得出一个结论：墩柱为材料破坏时，采用实心矩形截面，其高度不宜超过50m。当墩高大于50m时，宜采用空心薄壁墩截面。采用空心薄壁墩，墩高超过65m左右时顺桥向应考虑放坡，因为采用等宽尺寸时施工虽然方便，但为了保证桥墩的稳定，墩柱和帽梁必将尺寸加大很多，这样材料会浪费较大。
　　2.3桥墩与路幅的关系
　　山区高速公路有整体式路基，也有分离式路基。目前路线选线越来越强调减少占地，环保、与景观协调的理念，除了中长隧道等设置分离式路基外，越来越多的采用整体式路基。整体式路基的双幅桥，一般情况下下构按分幅单独设计，即双幅四柱。对于高墩长桥，为了减少开挖，增强边坡稳定性，节约材料，降低造价，整体式下构即双幅两柱不失为一种较好的选择。与双幅四柱相比，在桥墩截面积及横向宽度相当的情况下，整体式下构横向和纵向刚度是分幅设置的两倍以上，除了可以减少开挖，节约材料、施工面少外，还能减少墩顶变位。当然整体式下构帽梁跨度较大，还须考虑车辆双向行驶时扭矩影响，帽梁需设置的强大一些。一座桥究竟是采用整体式下构还是分幅下构，需结合桥位处地形、地质、水文、墩高等多方面因素综合考虑。
　　2.4桥台
　　山区高速公路桥梁桥台一般采用重力式U型台、肋板台、桩柱式台。其中以重力式U台最常用，根据《墩台与基础》规定，U台适应的填土范围为4―10m，所以U台的高度最好以10m控制。山区桥梁U台一个显著特征就是横向，纵向横坡陡，为了适应地形，减小开挖，节约圬工方量，U台设计时必须根据地形合理分台阶。桩柱式桥台由于抗推刚度小，当联长较长，台后填土高度较高时不宜使用，一般台后填土高度宜控制在5m以下，联长宜控制在150米以内。埋置式肋板台适应范围广一些，但也不宜太高，不宜超过12m。山区高速公路桥梁纵向地形陡峭，往往不能设置锥坡，这时采用桩柱式或肋板台会受到较大限制。当地质情况较差时，常常会出现U台下设置桩基的情况。
　　2.5基础
　　山区高速公路桥梁最常用的基础仍为为扩大基础与桩基础。山区一般地质情况较好，采用扩大基础的情况相对较多，且宜采用分离式扩基础。因为分离式扩基础适应地形横坡，承载力亦能满足要求。斜坡上的扩大基础与桩基础必须考虑基础扩散角和覆盖层厚度以及施工时的相互影响。桩基础多为嵌岩桩和柱桩，地质情况较差地段采用摩擦桩。桩基础不管受力形式如何，施工方法上多是挖孔桩和钻孔桩。挖孔桩造价较节省，但设计中能否采用挖孔桩，应结合地质情况具体分析，当桩长较长；遇到流沙、软弱夹层多，卵石、漂石等容易造成塌孔的地质情况；地下水位较高、地层含有煤气、瓦斯等有害气体时不宜设计为挖孔桩。
　　三、加强桥梁设计中的耐久性
　　3.1应重视结构的耐久性问题
　　桥梁在建造和使用过程中,一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀,并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用,同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化,从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。在大跨桥梁领域,国内从 20世纪 80年代以来,修建了大量的斜拉桥;虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少,但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索,既影响了使用又增大了经济损失。
　　3.2重视对疲劳损伤的研究
　　桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构内产生循环变化的应力,不但会引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在循环荷载作用下,这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制 ,极有可能会引起材料、 结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到,但其带来的后果往往是灾难性的。
　　结束语：
　　山区公路设计时，一定要从实际出发，因地制宜的灵活采用各项技术指标。由于山区地形复杂，道路建设中的设计和施工应根据山区具体的特点，考虑各种影响因素，使设计更加合理，施工更加顺利，保质保量完成建路任务。

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