公路桥梁结构设计探析

2014-11-14郭秋根

珠江水运 2014年18期

关键词：公路桥梁结构设计分析

郭秋根

摘要：公路建设桥梁之前，先要对其进行结构设计，这也是公路桥梁建设的关键。文章结合笔者对公路桥梁设计的经验，分析和阐述公路桥梁结构设计的标准、性能水准和方法。

关键词：公路桥梁结构设计分析

在交通线路中桥梁是其中的重要组成部分。随着国家经济的持续增长和基础设施建设步伐的加快，高等级公路基本已进入山岭区，桥梁建设也逐渐成为其中的关键因素。本文着重探讨了中小跨径的公路桥梁结构设计相关问题。

1.公路桥梁设计标准

1.1荷载

公路桥梁设计荷载有三类，分别是可变荷载、永久荷载和偶然荷载。可变荷载是对使用过程中桥梁结构使用性能影响最大的荷载。我国各时期公路运输载重的实际情况有所不同，因此公路桥梁在具体设计过程中是以不同时期公路技术标准和相关设计规范为准则的，在某种程度上反映了我国公路载重的发展趋势。为适应这一发展趋势，我国交通管理部门对公路工程技术标准和桥梁设计规范做过几次修订，目前采用的是《公路工程技术标准（JTG B01-2003）》规定的公路—Ⅰ级、公路—Ⅱ级车道荷载和550kN车辆荷载标准。

公路—Ⅰ级总体上较汽—超20标准提高不到10%，而车辆载重的标准自1981年到2003年提高的数值已经超过了这个值，且历次的桥梁设计规范都没有规定桥梁限载标准和原桥设计荷载和关系，很长一段时间以来，都没有制定一个统一可行的标准，导致较重的货车或集装箱车辆超过了限载标志吨位。

1.2承载力理论和设计安全标准

同国际上比较，目前我国在车辆荷载安全系数方面，公路桥梁规定的数值明显偏低，美国和英国的分别是1.75和1.73，而我国的才1.4。有数据显示，目前我国桥梁设计承载力总体上只能达到英美国家的60%到70%。公路桥涵结构的安全等级如表1所示。

容许应力法是桥梁设计过程中的一条重要准则，现行的桥梁设计规范充分考虑了这种方法的缺点，计算方法采用的极限状态法。包括混凝土结构的塑性特点，提出了正常使用极限状态和结构承载能力极限状态两个控制指标，极限状态法采用了多项安全系数，这些系数主要是在概率计算及数理统计基础上分析得出的。这种方法比容许用应立法经验确定安全系数方式科学，但在目前我国经济发展的大环境下，我国材料性质及施工质量并未得到显著提高，从而导致公路桥梁结构不可靠和整体储备降低。

2.公路桥梁设计基本原则及相关性能水准

2.1桥梁设计基本原则

在具体的桥梁设计中，应该遵循以下几项基本原则：①安全第一、预防为主的基本原则，同时注重结构的耐久性、环保和适用性等。②服从整体设计原则，即纵、平面应同公路线形相融合。③综合分析各路段地质、地形特点，定位合理，综合必选最优方案。④注重与周围景观的协调、方便施工和各合同段的划分。⑤为获得桥梁整体最佳受力效果，应充分考虑桥孔分联时桥梁下部刚度的协调性。⑥在地形相对复杂的山区进行桥梁设孔，应在仔细研究该处纵、横断面后再进行布设。⑦对于变迁及山前扩散的河段，桥梁长度应充分考虑河槽摆动因素；大桥跨度应大于20米，以确保漂浮物及水流顺利通过桥孔。⑧在平原区布设桥梁孔跨的情况，应充分分析桥下地形、地貌及先关水文计算成果，最后再予以确认。⑨平原区路基情况复杂时，可设置高架桥通过，同时采用建筑高度较低的结构类型。

2.2公路桥梁结构设计性能水准

表2根据公路桥梁特点，描述了其结构设计的相关性能水准。

3.公路桥梁结构具体设计

3.1基础设计

通常情况下，扩大基础应在基础覆盖层达到5米以下时加以考虑，否则采用桩基础为宜；当桥梁设计在山岭区域时，应充分考虑地面坡度的影响，为避免深挖基坑可能带来的不利影响，尽可能较低工作量，此时公路桥梁基础设计可采用桩基型式；基桩按嵌岩或弹性摩擦桩进行计算时，其有效桩长应大于5d（其中d为桩径），有效桩长自桩侧土厚度大于2.5d或最低冲刷线处算起；摩擦桩的长度在计算值得基础上适当延长3到5米，嵌岩桩嵌入基岩应超过2d；桥梁桩基应穿透采空区的情况是当桥梁下伏采空区埋置较浅时进行，具体是将桩尖嵌入采空区底板以下完整、稳定的微风化的岩层内；如果桥梁下遇到伏岩溶区的情况，桩基应克服多层溶洞和不稳定岩溶影响，最终将桩尖嵌入完整且稳定的微风化岩层内。

3.2下部结构

下部结构墩高H<30m时采用柱式墩，相关参数如下表3所示。

此外，墩高小于40米时，以采用等截面实体薄壁墩；墩高小于50米时，宜采用等截面空心薄壁墩；墩高在50米到70米之间时，以采用变截面空心薄壁墩。

3.3平面设计

公路桥梁在进行平面设计时，需重点处理好上部构造与相关曲线半径之间的关系。要使护墙内缘适应平面线形，就应该在中矢高在100mm情况下对护墙缘进行调整；而边梁须按实际曲线预制的情况应根据半径和中矢高数值范围来确定，此时的半径小且中矢高超过100mm。边梁形状因半径变化而变化，且种类多，这就给施工造成了困难。为实现现浇桥面板和防撞墙适应平面线形，预制边梁时，应将边梁多预制一段长度，这样施工起来会比较方便，但美观性不足且会造成材料的浪费。

总之，公路桥梁工作者应积极采用行内新材料、新技术和新工艺，设计出安全、经济、适用、美观的公路桥梁。