铁路桥梁跨越茶业种植地高墩适应性研究

2018-01-19梁启龙

福建茶叶 2018年9期

梁启龙

（辽宁铁道职业技术学院，辽宁锦州 121000）

1 铁路桥梁与农业种植

1.1 山区茶乡桥梁抗震度

我国作为地震灾害较为严重的国家之一，对铁路桥梁的设计构造十分重视。特别是处在山区地震带周边的茶乡，其铁路高墩的适应性正在随着科技的发展不断优化。一方面，我国在21世纪之前的山区茶乡桥梁高墩设计，以“提高自身稳固性和强度”来避免地震所带来的影响。即传统铁路桥梁，以质量强度取胜，而非以技术性、灵活性的设计取胜。传统高墩桥梁能够抵抗6级以下地震，对于强震、多震情况，其抗震度不高，且后期难以修复，铁路桥梁下的茶田和茶农会遭受一定程度的损失。另一方面，随着21世纪后，我国对传统高墩桥梁予以修复完善，对新修高墩桥梁予以技术性的设计和稳固的材料。旨在既能提高抗震指数，又能防止因震感而导致铁路桥梁上的水泥、墙体材料脱落，对茶田产生的不利影响。

1.2 茶田内高墩占地配比

对于跨越茶叶种植地的铁路桥梁高墩的设计，并不能够像其他跨越普通山谷或无人区的桥梁一样。高墩设计与建造大多避开茶田，尽量在茶乡的非种植区进行。并且在搭建时，要充分考虑高墩挖掘、建造对周边茶田土壤环境的影响，以不破坏茶叶种植为原则进行铁路桥梁的设计与施工。对于茶田面积较广、四周多山地丘陵，不好搭建铁路桥梁的地区来说，只能占用茶田的种植区域进行建造。基于此，必须根据铁路高墩修建的指标技术与茶田种植数据库进行整合研究，以最佳占地配比的方式，在茶田选址。旨在不影响日后农户的种植，又能够选择出最优地区，使高墩修建更为稳固。除此之外，对于占用茶田进行修建基础设施的情况，铁路中心与当地政府会对茶乡农户的损失进行补偿。

1.3 铁路桥梁下种植影响

首先，对于铁路桥梁跨越茶叶种植地的地区，其高墩设计必须适应当地的环境发展。对于天气湿热、湿冷、干燥等湿度气候不同的地区，高墩的设计形态与材料选择、包装外部涂层都多有不同。其次，茶叶的高墩修建必须以最稳固、降噪的形式进行设计，避免对茶叶的种植和农户的生活产生影响。再次，我国目前超过40米的铁路高墩桥梁已经占全国所有桥梁的43%。为降低铁路产生的噪音气体对高墩下茶叶土壤元素的影响，跨越茶叶种植区的铁路桥梁必须达到能够不影响茶叶种植与土壤的特定高度，以免污染气体下沉损坏茶叶品质。最后，铁路高墩桥梁的修建，最好选择在茶田的“井田”休整区之上，即跨越在茶田与茶田之间的非种植土壤地带。以免桥梁会影响茶叶所需的光照，使部分在桥梁下的茶叶因光照不足质量不佳。综上，跨越茶叶种植地的铁路桥梁高墩建造必须适应茶田，并以安全性为重点，在达到安全指标的基础上再考虑其他特殊因素。

2 铁路桥梁高墩适应性

2.1 A型桥墩适应分析

不同形式的铁路高墩有不同的适应性特点。A型高墩因横向切面呈“A”形状而得名，在实际修建时，能够在茶田中达到结构受力与景观美感的有机结合。A型高墩在跨越茶叶种植区修建时，首先要考虑当地山区茶乡的经济适应性。经研究表明，A型墩身的经济适应性随着高墩墩身横向切坡率呈负相关，即墩身高，其坡率越缓，经济性价比也更高。并且对于A型高墩，其结构承载力和整体基础结构形式，都更适应更高的桥梁搭建。由此可见，A型高墩适应于大于120米的铁路高墩搭建，对于部分经济条件不好的山区茶乡，A型高墩较为适合。A型高墩不仅性价比高，经济适应性强，其高度也不会影响到茶乡种植，不会影响经济较弱地区茶乡的茶叶种植质量。

2.2 单坡高墩适应分析

单坡高墩相对于A型高墩来说，其随着墩身高度的变高，高墩混凝土的体积重量与墩身自震的频率更大。即随着高墩的高度加高，单坡高墩的不稳固性和危险系数加大。据数据研究，单坡高墩更适用于高墩高度大于40米、小于80米的桥梁修建。当单坡高墩的设计高于80米时，其混凝土荷载力下降，经济适应性也不强。基于经过茶业种植区的铁路桥梁，其经过铁路多为货运列车，相对于客运列车来说，货运列车的重量基数更大，因此，在考虑单坡高墩稳定性的适应性后，在茶叶种植地的单坡高墩多应设计为40至70米高。

2.3 变坡高墩适应分析

变坡高墩的横断立面呈现二次放坡形式，其上断坡度较抖，下端坡度较缓，基于坡度的分段变化，变坡高墩的坡形设计多为二级直线坡或者“直线坡+圆弧段放坡”的结合，形状类似扫帚，因此变坡高墩又称为“扫帚型”高墩。变坡高墩的经济适应性和坡型稳定度介于A型高墩和单坡高墩之间，其指标基数更为稳定。变坡高墩变坡点的位置厚度设计、墩身内外坡率和墩身厚度，都有其固定的指标。变坡高墩是所有高墩中最稳定的形态，因此适应于70米至100米之间的铁路桥梁。因为变坡高墩的灵活性与稳定性，其高墩基本适应于各类地质环境的山区茶乡。在铁路桥梁跨越茶叶种植地的高墩修建中，变坡高墩是被应用最广泛的高墩设计方案。

3 铁路桥梁高墩优化的策略

3.1 稳定风向荷载

一方面，风向荷载力是高墩设计时需要考虑的重要荷载力之一。在高墩桥梁修建时，顺风向的平均风压和脉动风压作用较小，表现风力多为静风力，在低于70米的高墩设计中基本可以忽略不计。但随着高墩高度的增加，微小的风力荷载也会造成部分高墩的外表磨损。为稳定风力荷载，必须根据各地茶乡不同的环境和风向，来选择不同形态的高墩形式。例如在风力较大地区，尽量选择比较稳定的变坡型高墩。在风力较小地区，可以选择A型高墩。另一方面，当出现逆风状况时，风力荷载加大，风振动力变强。“动力风力”相比于顺风的静力风力，其对桥梁高墩的影响不能忽略。为稳定动力型风向荷载力，必须利用有限单元法和壳体力法，对高墩的受力形态进行灵活设计。为稳固荷载，以往的实体墩多转型为空心墩；而在如今空心墩也无法稳定固定年限内的高墩质量时，必须用更灵活的方法，将高墩受力与风向荷载相抵抗，达到借风使力的效果。

3.2 结构受力材料

一方面，为稳定结构受力，避免高墩上的部分零件因为恶劣天气或地质灾害而对茶田有所损害，必须采用高度稳定的结构受力材料。对于高度在40-70之间、跨度不超过150米的高墩结构来说，一般的混凝土钢和箱钢梁体基本可以满足受力标准。但当高墩修建超过这类指标时，必须利用钢管混凝土墩柱、以及高科技软性钢筋共同作用。达到结构受力的标准化、灵活性，使空心墩的效果发挥到最大。另一方面，为避免工业修建对茶田周遭环境和土壤的影响，高墩的结构受力材料与外部涂层材料，应多使用环保材料。特别是容易被风力侵蚀的外部涂层，必须禁止用会破坏茶叶农田土壤、损坏茶叶生长的化工材料。在茶绿色生态的理念下，建立高度环保的跨茶田高墩桥梁。

3.3 环保仓储基站

对于在部分偏远山区茶乡修建的高墩桥梁来说，其耗资巨大，后期检修维护的费用也不小。为让铁路桥梁高度适应茶田，让两者产生有机结合，以免茶农对铁路桥梁的修建有所排斥。应当建立环保仓储基站，在提高茶叶销量的同时，为后期山区茶乡的桥梁高墩维护提供基建资金。一方面，对于跨越茶田的铁路桥梁，可以在临近茶田高墩的地方建立仓储库，利用铁路桥梁的经过，将本地茶种运输出去，不需中介，直接运给茶商进行销售，提高茶田的价值。对于因本地铁路桥梁物流销售出去的茶叶，拨款一部分进行桥梁维护费用。经过此举铁路桥梁与茶田从分离状态转型为合作共赢状态。