山区中小跨径桥梁设计要点研究

2022-09-07苏文瑞

黑龙江交通科技 2022年8期

苏文瑞

(贵州智恒工程勘察设计咨询有限公司，贵州贵阳 55001)

当前随着我国社会经济的快速向前发展，公路桥梁工程建设受到了人们广泛关注和重视，尤其在我国一些偏远山区内部，由于受到地形条件以及经济发展等多方面因素的影响，造成山区内部交通通行条件相对较差，直接影响到当地区域的经济发展，以及人们的日常出行质量，因此，必须要充分重视山区内部公路桥梁工程项目建设工作。

1 山区中小跨径桥梁设计工作原则

1.1 充分考虑山区内部的地质条件

在针对山区内部桥梁工程项目展开设计工作过程中，必须要对山区内部的地形条件情况进行全面分析与考虑，保证每一个设计工作环节的科学性与合理性。其中对于桥梁墩台的位置设计工作而言，必须要经过更加全面和详细的测量，对整个山区桥梁设计工作的安全性给予充分保证，避免受到地质灾害因素的影响，对桥梁工程结构造成严重的干扰。至此之外，还需要对整个桥梁设计工作项目进行整体性把控，结合实际地质条件情况尽可能提高桥梁结构的安全性和稳定性。

1.2 桥梁高跨比协调设计原则

在针对桥梁工程项目高跨比进行设计工作过程中，其中所需要考虑的重点问题包含以下几个方面，第一，需要对桥梁工程的外观效果给予充分重视，要有效保证桥梁外观具有良好的协调比例关系。第二，需要运用科学成本对桥梁工程项目进行科学设计，避免产生不必要的经济浪费问题。第三，需要在小跨径桥梁设计工作当中，对周围自然环境进行全面保护，避免小跨径桥梁工程项目建设，对周围环境形成较大的影响，尽可能保证桥梁工程项目和周围自然环境之间形成和谐共处的发展状态。

2 山区小跨径桥梁设计工作要点

有效结合我国某地区一处山区小跨径桥梁工程项目设计工作展开分析和研究，在本次公路桥梁的整体线路表现出两端低、中间高的状态，整体呈凸起状，山区内部的地形条件起伏相对较大，海拔高度范围在1 400～1 800 m之间。在公路沿线存在大面积的农田、河流以及山区等，整条道路设计路线范围比较宽泛，因此在浇筑施工当中会存在较大的工作困难，同时也会产生较大的经济影响问题。在本次项目工程当中桥梁跨越小型河流，主要为沟渠和部分地方道路所设置。在实际设计工作当中必须要充分考虑到工厂化生产标准情况，对桥梁的预制结构进行详细设计，其中主体结构以30 m、20 m与16 m等大小规格的空心板或T梁桥。在桥梁布设工作过程中，桥墩位置需要尽可能远离沟渠的中心线位置，在下部基础设计过程中必须要充分考虑到桥梁区域地质条件状况，对桩基础以及扩大基础进行有效运用[1]。

2.1 上部结构设计工作要点分析

现阶段，在山区当中小跨径桥梁工程项目设计工作中，针对上部结构的设计工作需要充分了解山区内部的基础性条件情况，并且有效选择对应的桥梁结构形式，有效保证小跨径桥梁的实际工作更加科学规范，对后续的工程项目顺利开展打下良好的基础。在桥梁主梁设计工作过程中是上部结构设计的重要工作环节。现阶段，使用比较普遍的一种桥梁结构设计形式，主要是以预制装配式桥梁结构为主，在该项设计工作过程中需要有效保证整个工程建设施工工序符合设计工作标准和要求。现阶段，针对预制装配式结构的设计形式相对比较复杂，其中主要包含空心板、T梁以及小箱梁结构等。在实际设计工作过程中可以针对不同的主梁横断面结构进行针对性设计和分析，需要考虑项目工程的场地环境条件、经济性、美观性等，并结合相关设计规范和标准，对桥梁主梁采用的结构形式进行确认。在具体设计工作当中，需要有效的避免运营期桥面产生应力开裂以及跨越能力等问题，空心板容易出现铰缝开裂、渗水损坏，小箱梁自身结构而言具有非常强大的抗扭性能，T梁结构所产生的支撑强度相对较大，同时具有较强的跨越能力，因此可以有效保证桥梁工程项目整体质量得到全面提高。在本次项目工程当中桥梁采用的T梁以及小箱梁结构，属于中小跨径桥梁当中非常关键的结构组成部分，由于对梁板的使用相对比较有限，因此为了保证山区桥墩数量可以进一步得到控制，有效避免对农田产生严重的干扰问题，需要针对T梁和小箱梁结构进行针对性选择。

2.2 桥梁下部结构设计工作要点

山区当中中小跨径桥梁结构，在实际设计工作当中需要对下部结构进行针对性设计，同时这也是其中一项非常关键性的设计工作内容。在实际设计工作当中需要针对桥梁的桥台以及桥墩部分进行重点设计，针对桥墩设计工作要点确定桥梁主梁的具体类型、基础结构形式以及高度等，这一类山区公路桥梁中比较常用的桥墩结构为圆柱墩、柱式墩以及矩形墩结构。在针对小桥梁基础结构部分进行设计工作当中，要求相关设计工作人员需要对桥梁实际施工现场的相关数据进行全面收集和分析，并且需要进一步探查施工区域的地质环境情况、地质条件情况以及地质条件的基岩承载能力。如果持力层在地面以下不超过2 m，则可以采用扩大基础处理；如果持力层在水面以下，则需采用桩基础处理，根据涉水深度的不同，可以采用土石围堰或板桩围堰进行施工。在针对水下基础结构设计工作过程中，施工区域的环境条件和基础的水文条件情况必须要符合设计工作条件，同时需要有效保证土层结构的摩擦力以及对应的土层厚度情况满足设计工作要求[2]。

因为本次山区内部地形条件构成相对比较复杂，对于桥墩结构的应用会占据大面积的农田条件，因此通过使用高度较大的桥墩会形成非常大的施工难题。通过对山区地形条件的构成特点展开更加详细的分析，在针对桥墩墩柱的设计工作当中，如果墩柱高度小于等于15 m，在山区跨越山沟或者是山坳过程中，坝区跨越水流和河流并没有进行净空限制条件，对于坝区结合所跨越的道路等级情况，对一些有着特殊要求的河流以及水沟等构造物进行针对性设计，并且在存在净空限制条件下需要对16 m的预应力窄幅空心板桥进行合理选用。

2.3 桥梁耐久性设计功能的要点

通过更加科学的桥梁结构设计工作形式，可以实现对耐久度进行有效保障，在初步设计工作当中主要的设计工作原则包含以下几个方面：第一，全部结构都采用的是梁式桥梁结构，对于跨径小于或者是等于13 m的桥梁工程而言，都可以对桥梁梁式结构进行合理使用。在针对跨径超过或者是等于16 m的桥梁工作项目，则可以实现对预应力结构进行合理应用，如果超过20 m跨径桥梁需要采取先简支后结构连续的设计体系，同时需要有效运用预应力混凝土连续结构，如果桥梁跨径长度超过30 m则需要对预应力结构进行合理使用，不能使用组合箱梁结构。对于小半径曲线路段桥梁工程项目而言，则需要对现浇箱梁进行合理使用，但是已不能对预制拼装结构进行合理使用[3]。

桥梁施工材料品质对于桥梁工程使用耐久性会产生直接性影响，在进行初步设计工作当中，对于桥梁的基础部分墩柱、盖梁等相关构件，所选用的混凝土材料需要保证质量规格更高，因此需要混凝土具有非常高的使用强度以及抗渗透等级。其中，工程建设施工环境对于桥梁耐久性所产生的影响非常显著，因此在实际设计工作当中需要对工程沿线的环境条件进行针对性判断，有效分析地下水的整体腐蚀性情况，为后续的桥梁工程使用耐久性给予充分保障。

2.4 有效提高道路桥梁防水性能

在山区中小跨径桥梁项目工程设计工作过程中，需要充分考虑到外部环境因素所产生的影响，特别是针对我国一些气候环境条件比较恶劣的地区，对山区中小跨径桥梁的使用质量安全性造成了比较严重的影响。从近阶段我国各大山区中小跨径桥梁项目工程施工状况进行分析，针对山区中小跨径桥梁工程防水结构设计是结构优化设计工作中的重要构成部分。从公路桥梁的使用耐久度和使用安全性角度上进行分析，防水性能的高低直接关系到道路桥梁工程的施工质量，因此在进行结构优化设计工作当中，相关设计工作人员需要针对整个山区中桥梁防水结构展开更加细致和全面的设计工作，同时要有效保证整个设计工作方案具有较高的可行性效果，以此来保证山区中小跨径桥梁工程项目具有更高的防水性能和稳定性。

3 山区中小跨径桥梁设计优化方法

3.1 桥梁整体结构优化设计工作方法

在进行山区中小跨径桥梁项目工程设计工作当中，必须要对桥梁整体结构展开全面优化和设计，可以通过使用容许应力设计工作方法来进行设计。当前在我国山区中小跨径桥梁工程项目设计理论快速发展背景下，通过使用概率法、半概率设计工作方法和全概率设计方法，可以有效提高山区中小跨径桥梁工程的结构稳定性和安全性。同时在针对桥梁结构设计工作当中，针对一些不确定性因素进行描述，通常情况下使用的是定量分析工作方法，对其中的各项安全控制工作指标进行确认，进一步提高山区中小跨径桥梁结构的安全性和稳定性，要求对整个桥梁设计工作进行全面优化，确保山区中小跨径桥梁工程项目的整体设计与应用价值[3]。

为了进一步提高山区中小跨径桥梁桥梁整体结构的实用性效果，在优化设计工作当中需要基于实际的桥梁工程建设情况，对桥梁结构模型进行进一步优化和改进。通过模型分析工作方法，可以保证桥梁各环节结构构成，以及不同组成部分设计工作的全面优化和改进。在具体的工程项目设计工作中需要有效结合项目工程，所处地形条件情况以及桥梁结构的构成情况，有效确认其中的最优算法，充分保证桥梁工程项目设计工作结果的科学性与合理性，以此来进一步提高山区中小跨径桥梁工程项目的整体设计工作效果和水平。当前在山区中小跨径桥梁设计工作当中，比较常用的优化算法以及设计工作方式比较复杂。比如，可以通过数学规划设计工作方法、最优化准则法以及仿生学设计工作方法等，通过这些先进的设计方法应用，可以对山区中小跨径桥梁结构设计展开进一步优化和改进，全面提高山区中小跨径桥梁结构的安全性和稳定性。

3.2 山区中小跨径桥梁下部结构优化设计工作要点

在针对山区中小跨径桥梁工程项目下一步结构展开优化设计工作过程中，相关设计工作人员不单需要对下步结构的结构构成形式进行全面优化和改进，同时还需要充分基于相关勘测设计规范要求，对工程施工技术要点进行充分明确。比如，在我国一些传统的山区中小跨径桥梁项目工程建设工作当中，所使用的设计手法主要是基于施工模板和施工平台之间的有效衔接，将两者设计成一个完整的整体结构，这种设计方式在一些早期施工当中应用效果比较明显，但是随着工程的不断向前推进，在后续阶段的工程建设过程中会存在一定的工作难度。随着我国桥梁工程项目的进一步向前发展，现阶段在山区中小跨径桥梁设计工作当中，下部结构通常情况下采用的是翻模施工技术方法，相关工作人员需要在桥梁下部结构的模板支架表面固定，施工平台同时有效使用塔吊设备，完成桥梁结构下层模板与平台吊装工作，然后直接拆卸掉下层部分的模板，同时需要对上层模板的平台进行有效安装与测量工作。在此工作当中必须要充分发挥出翻模技术的使用优势，有效分离施工模板和施工平台，同时保证模板和平台相互之间形成独立存在的单体结构，同时桥梁下部结构需要每间隔5 m设置一个新的工作平台。通过这种下步结构设计工作方法，不但可以进一步提高山区中小跨径桥梁整体建设效率，同时在整个工程施工的便捷程度上也会得到进一步提升[4]。

图1 小跨径桥梁下部结构

3.3 山区中小跨径桥梁上部结构优化设计工作要点

在针对山区中小跨径桥梁工程项目上部结构的优化设计工作当中，需要基于桥梁工程项目的实际状况，有效考虑到整个桥梁工程的承载能力以及施工技术应用的经济性效果，充分保证山区中小跨径桥梁结构上部设计的科学性与合理性。比如，对于空心板结构形式的桥梁，在整个施工工艺的组成上相对比较简单，同时可以进一步提高项目工程的施工效率与稳定性，前期的经济成本投入量相对较低，但是对于这种桥型跨境范围相对较小，同时桥梁高度相对较大，在一些深沟地质条件下进行使用，经常会出现高化比例不统一、桥梁结构不协调等情况，对整个桥梁结构的稳定性造成了不同程度的干扰。这种桥梁结构形式上部结构无法充分符合路线，相对比较小的半径或者是一些大型的超高线性条件，在桥梁高端数量不断上升的条件下，很容易会造成桥面伸缩缝数量的增加，因此会进一步影响到整个行车的安全性和舒适度。通过该桥梁的结构形式构成，通常情况下在我国一些地形结构构成相对比较平缓、填土量较低的中型桥梁工程项目工程当中应用比较普遍[5]。