高速公路桥梁设计的要点分析

2018-02-17丁晗

建筑与装饰 2018年8期

丁晗

中设设计集团股份有限公司江苏南京 210014

高速公路作为国内交通运输的基础建设命脉，设计质量已成了重中之重，尤其是城市化的不断发展，普通公路已不能满足人民的日常需求，高速公路的建设成了眼前当务之急的任务，而其中也伴随着较为严峻的考验，如果出现问题，所带来的危害是最为巨大的，尤其体现在人民生命安全与巨额资金的维护和保养。因此，在桥梁设计方面，因地制宜，充分认识到桥梁设计的特点与要求，设计出适宜的桥梁结构，降低在运营期间内多带来的各种安全隐患，保证最大利益的运营化。

1 高速公路桥梁设计的要点分析

桥梁设计方面包含了结构选型、材料选型、施工方法等，根据桥梁各个结构将从以下几个方面来仔细分析。

（1）桥面设计

桥面铺装形式较为多样，钢与混凝土是如今采用较为广泛的铺装形式，应该注意到，不同的铺装形式应该结合实际的桥梁结构来选择，否则容易造成多样化的病害，带来了严重的经济损失。例如：当水泥混凝土桥采用沥青混凝土铺装层时，应采用双层式沥青硂铺装，沥青总厚度为9-10cm，目前多采用4-6cm沥青混凝土，桥面铺装采用较多的铺装形式，例如某高速桥梁工程就是使用该铺装模式。但由于沥青混合材料的不稳定性，铺装内部产生较大的剪应力，使桥面发生了形状变化，还有伴随着温度的变化，造成了桥面铺装层的开裂所产生的裂缝。在雨水冲刷后，使铺装里表层出现唧浆，混合料形成槽坑，破坏了桥面结构的完整性。同时，由于混凝土的变异系数较大，施工层厚度不均匀，因此，对沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面铺装，要从材料性能、防排水等方面精心设计，使沥青与混凝土面板黏结牢固，防水渗水，耐温开裂的良好性能，并尽可能的优化改善，在实践中得出最完美的设计。

（2）防撞护栏设计

由于高速公路行车速度快，行车密度大，防撞护栏是安全设施的组成部分，防止行车事故起着重要的作用。然而设计不当的路侧防护栏将成为一个极为危险的障碍物，对行驶车辆构成极为严重的威胁，而根据碰撞后的变形程度，将护栏分为剐性护栏、半刚性护栏、柔性护栏，剐性护栏碰撞后几乎不变形，但对车辆和乘员的危害较大，半刚性护栏刚柔相间，具有鞍强的吸收碰撞的能力，对车辆和乘员伤害较小，柔性护栏碰撞后，变形较大，因此对车辆和乘员伤害较小，但考虑到以下性能：

第一、防淹性能，必须能够阻挡失控车辆转向，阻止车辆失控越出路外或使改变行驶方向，满足我国公路实际情况，确保失控车辆不会越出、冲断护栏。

第二、变形，失控车辆撞击护栏的最大动态不应超过护栏与被防护之间容许的变形距离，如果间距较大则可对车辆与乘员造成的伤害较小，大多数护栏可通过增加立柱或者增加挡板的强度来提高整体强度。

第三、现场条件，根据现场条件和选择相对应的防撞护栏，因地制宜，保证了乘员与车辆的危害减少。

第四、维护成本，护栏的建设伴随着防撞等级的增加而减少维护成本。

护栏合理设计对车辆、乘客的安全有着重要的作用，充分掌握护栏的防撞机理，才能灵活应用规范设计。

（3）主梁结构设计

主梁结构是承受荷载桥梁上部结构，设计人员应对各种桥梁全面的认识，从经济投入方面、桥梁使用病害，并根据当地的地理环境、施工方法与运营要求，选择合理的桥梁结构形式。

比如：钢筋混凝土箱型拱桥，箱型拱桥截面挖空率大，与板拱相比可大量减少圬工体积，减轻重量，节省上下部结构的造价，抗弯和抗扭刚度大，拱圈的整体性好，受力分布均匀，但是施工要求高，吊装设备较多。而连续刚构桥是指墩梁固结的连续梁桥。分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续-刚构桥，均采用预应力混凝土结构，有两个以上主墩，采用墩梁固结体系，具有T形钢构桥和连续梁桥的优点。具有较大的跨越能力，且无须设置大吨位支座，伸缩缝较少，行车平顺、通畅、安全，养护简单，抗震能力强，如：广东虎门大桥辅航道桥，该桥已运营超过6年，状况良好，尚未出现任何裂缝。随着桥梁设施水平的不断提高，对混凝土收缩、徐变和温度等因素引起的变化，采用主梁结构设计应合理选择。

（4）墩柱结构设计

墩柱，即土木工程中用于承载上部结构物的下部承重物。墩柱截面多为圆形，也有椭圆形、方形、曲线形、抛物线形等异性墩柱。其在高速公路桥梁建设工程中是重要的组成部分，墩柱的设计方式有两种，第一种是双柱式桥墩，这种桥墩安全性较高，受力均匀，比如：某城市某大桥是2015年全市重点建设项目，也是该城市重点交通工程，它是采用双柱式桥墩，另一种，因为下方空间有限的条件下采用独柱式桥墩，这种桥墩横向扭性较差，因此，合理选择尤为重要。

路基呈现多种方式：整体式路基、分离式路基，为了减少占地、保护环保、景观优美的理念与想法，一般大部分都采用分离式路基。然而平时常见的隧道也是采用这种方法，除了一些极少数的，大部分高速公路建设还是采用整体式路基。

整体式下构帽梁跨度较大，还考虑到双车行驶时所导致的扭矩影响，究竟是采用整体式下构还是分离式下构，需要结合实际，比如：水文地理、墩高等方面的因素来决定所选择。

（5）支座设计

桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件。它能将桥梁上部结构的反力和变形（位移和转角）可靠的传递给桥梁下部结构，从而使结构的实际受力与计算的理论图式相符合。支座设计方面秉承着承载的性能，考虑上部结构水平的稳定性，消除支座所带来的危害。对于连续桥梁，一定要在中间部位设置固定支座，来保证提高桥梁的稳定性，同时在桥台与桥墩的其他位置设置一些滑动支座，来保证桥梁的受力均匀，防止桥梁受力问题所导致的倾覆，同时，在选择不同的桥梁时，一定要合理的增加支座，优化整个桥梁建设[1]。

2 桥梁设计应和环境相融合

桥梁设计应该与环境相融合，考虑地质和当地环保的影响，并考虑到适当的桥梁基础建设方案，从而提高桥梁设计水平。

桥梁设计要遵循“适用、安全、经济、美观、环保”的基本原则。在随着经济的增长，人民的精神需求越来越高，美观与环保也越来越受到关注。桥梁设计在注重安全性、舒适性、耐久性的同时，也应该注入美观性、环保性、人文性等，在保证桥梁使用功能的前提下，不破坏自然环境，使桥身与自然环境融为一体，维持自然风貌，保护动物，维持生态平衡，还要考虑到地区的民风、民俗，桥梁的设计工作不仅是对工艺的要求，还是对设计人员的艺术思维的考验[2]。

3 抗震安全性

为了保证中小桥梁的抗震安全，主要应该从减震措施着手。（1）整体性

整体性要好，上部结构尽可能保持连续性，可以防止结构构件在地震时被震落的危险，同时，各个方面一定要均匀布置，合理布置，避免突然的变化。

（2）提高构件的强度与延性

构件的强度决定了桥梁主体的抗震安全性，震动能量的大小从地基传入，因此，设计时地基的强度大可以减少震动的危害，构件的强度、延性、刚度等方面性能的突出，更加能避免震动所导致的后果，同时，只重视强度，而忽视延性，绝对不是一个良好的抗震的设计，相辅相成，保证高速公路桥梁的安全性。

（3）多道抗震设计

采用合理的抗震设计体系，必须重视抗震结构的转变，在一个抗震结构体系中，一部分吸收了抗震所带来的作用下，充分消耗了与吸收了抗震的能量，而其他一道、两道、三道等看到防线依次消耗抗震能量，从而达到桥梁的抗震安全性[3]。

4 桥梁主体结构的稳定性

桥梁主体结构的稳定性近几年发生了很多的变化，根据桥梁的结构分为多种方式呈现，独柱墩采用了单一的支撑方式，缺乏横向的扭转性能，车辆在一边行驶会导致另一边受力不均匀的状态下坍塌损坏，容易造成巨大的灾害，如果一定要采用独柱，则需要采用中间设置一定的支座，保证其稳定性提高。其次，应该采用双柱，保证了支撑桥梁主体能够受力均匀，防止支座横向偏移所带来的危害，尤其是针对有曲线桥梁和直线桥梁两类型的，可以设置一些独特的结构模式，让整个桥梁主体结构更加的偏向稳定化，更加有效率的运营。