山区装配式桥梁设计技术

2022-11-26何永志

西部交通科技 2022年7期

何永志

(广西桂通工程管理集团有限公司，广西南宁 530029)

0 引言

随着我国交通事业的稳步发展，大量的桥梁工程项目开始实施，许多工程企业在施工建设中积累了丰富的经验，他们在原有的桥梁工程基础上，应用了一些新的工艺和技术，比如，装配式桥梁的出现，不仅提高了施工的便捷性，也降低了施工难度，特别是在很多交通不便的山区，装配式桥梁的设计可使得施工作业顺利进行。但山区装配式桥梁的设计中，为保障设计质量，需根据山区的地形地质与水文，遵循相应的设计标准，克服山区不利的条件限制。

1 工程概况

以某山区桥梁工程为例，此桥梁采用的是装配式施工工艺。结合对现场情况的调查，此桥梁位于水电站下游约120 m的位置，现场为河流冲积阶地地貌，两岸的地形虽有起伏但是起伏相对较小。为满足施工建设要求，经由全面的规划设计，将此桥梁建设在地面标高138.12～142.05 m之间，在此区域内的地形起伏异常大。为开展更为科学的设计，设计前期组织专人深入工程现场开展了相应的勘察，勘察期间为枯水期，桥址位置的河流断面宽15～20 m，水深1 m，水流流向为自北向南，在丰水期的水流湍急且水量较大，水流、水量受季节性因素的影响较大。

2 装配式桥梁的特点

从20世纪90年代开始，我国的桥梁工程领域已经开始了装配式建筑的建设，对于很多山区，因为地形地势的起伏较大，为克服地形条件的不利限制，可在此处进行桥梁的建设，经由桥梁建设，可大大减少现场不利环境因素的限制。由于山区的地理条件和环境特征，装配式桥梁十分适用，装配式桥梁施工中，很多的构件可直接在工厂内预制完成，最后将其直接运输到现场开展组装和连接，这种预制生产的方式不仅可提升整体的施工效率，缩短施工周期，更可保障工程质量[1]。此外，装配式施工作业下，大量构件在工厂内生产，也就减少了在现场施工中所造成的环境污染和资源浪费。与传统的桥梁工程相比，装配式桥梁的质量控制容易，施工标准化，整体的施工效率较高，施工作业更为安全与高效，因此，无论是从经济性还是技术性的角度，装配式桥梁都是有优势的。

3 山区装配式桥梁设计中需遵循的原则

3.1 满足桥梁安全使用与耐久性能

山区的桥梁建设如果选择装配式桥梁，在开展设计的过程中，需严格按照桥梁结构的安全、稳定与耐用作为首要的设计原则，将桥梁的耐久性和安全性设计放在同等重要的位置，以避免后续在桥梁投入使用后因为结构安全性、耐久性不足所引起的运营问题。

3.2 遵循生态环境保护原则

山区桥梁施工可能会对生态环境造成一定的破坏，为符合绿色环保施工的要求，在前期的设计工作中，也需考虑生态环保的要求。需根据山区地形地势、水文土质等情况制定最为环保的设计方案，使得施工建设时，对山区原有生态环境造成的负面影响相对较小[2]。

3.3 遵循经济效益最大化原则

山区桥梁的建设难度大，为克服现场诸多不利条件的限制，在开展施工建设的过程中，同样需考虑经济方面的因素。如果装配式桥梁方案的成本非常大，超过了建设方原有的预期，就不可能执行该方案。因此，在山区装配式桥梁的设计中，有关人员要做好经济性的分析与论证。

4 山区装配式桥梁设计要点

山区的地形地势复杂，在开展桥梁结构的设计时，需考虑的因素相对较多，有关设计人员要依据对山区现场的环境分析和调查，选择出经济合理、技术可行的桥梁方案。装配式桥梁设计应注意以下要点。

4.1 桥梁结构与跨径设计

对于山区的装配式桥梁来说，结构与跨径是设计中需重点关注的方面，如果在实际的设计工作中选择常规的U形梁结构，在后续的施工建设中，可能会因为山区现场的曲线半径、超高缓和段等存在较大的技术难题，而影响到最终的桥梁建设质量。因此，为克服在装配式桥梁中U形梁结构的劣势，相关设计人员要对比U形梁和箱梁结构，将二者组合形成新的U形梁结构，经由这种结构在山区装配式桥梁中的应用，可有效发挥其优势。根据山区装配式桥梁的实施经验，空心板梁条件下，当跨度在20 m的情况下，工程的经济效益是最高的，一旦跨度尺寸超出了这一条件，桥梁的经济性无法保障。通过对空心板、小箱梁和T形梁的结构形式进行分析，可以发现，小箱梁与T形梁的成本偏低，一旦桥梁的跨径超过了20 m，更适宜采用T形梁结构[3]。T形梁结构较为简单，受力分析容易，在施工建设的过程中，为达到质量目标，只需要遵守相应的施工规范即可。当下在很多山区装配式桥梁的结构设计中，都采用的是T形梁结构，利用此结构能够体现出经济、社会方面的效益。

山区装配式桥梁的设计中，为达到良好的施工效果，一般要选择标准跨径尺寸，可选择的尺寸为20 m、25 m、30 m、40 m、50 m这几种。如果在现场的桥梁设计中，选择的是50 m以上的跨径尺寸，将无法保障桥梁经济效益的实现，且在后续施工作业的进行中，不论是运输还是施工作业中，都会遇到难题。选择使用标准跨径尺寸，可在现场的桥梁施工作业中，大大减少施工工序，保障加工制作的便捷性。但实际上，山区地形条件是比较恶劣的，因为地形条件的复杂性，线路选择可能无法达到标准要求，因此，这就要求相关人员在设计工作中，需根据对山区情况的掌握，对跨径尺寸进行调整，如以某桥梁项目为例，该桥梁的曲线半径尺寸偏小，临近山体一侧的结构，其稳定性和安全性都不符合要求，为提高桥梁设计水平，最终选用了跨径标准尺寸与非标准尺寸相结合的形式，在这种形式下，虽然现场的施工作业量明显增大，但工程结构的稳定性却大大增强。

4.2 墩台形式设计

在桥梁工程中，墩台是桥梁的重要结构，为上部结构的支撑结构，在实施装配式桥梁的设计中，也需根据桥梁现场的情况，来进行墩台形式的选择。山区的地形条件是墩台设计中需考虑的重点因素，就现阶段山区装配式桥梁的设计来看，其桥台大多都设置在山坡部位，这种位置选择，使桥台的承载力、横向坡度尺寸都相对较大，可选择重力U形、肋板台与柱式台。如果山区桥梁现场的坡度相对缓和，更适宜选择肋板台和柱台式；如果现场的地势较为陡峭，或者地质条件相对恶劣，U形台更为合适。桥梁设计的过程中，有关设计人员要做好对台后土压数据的掌握和计算，如果标准填土高度达到了相应的要求，U形台的高度应≤8 m，而肋板台、柱式台分别应在12 m、5 m以内[4]。为实现设计优化，具体的设计工作中要加大对现场地形条件的利用，对U形台部分的加固处理，可采用台阶方式，通过这种处理方式，可大大降低现场施工的成本消耗；而对于基础处理的部分，则可通过碎石土或者片石回填的方式来提高基础的稳定性。从山区装配式桥梁的结构性能和特点来看，其稳定和安全的目标能否达到，必须保障桥墩的设计质量，特别要注意桥墩高度的控制。如果桥墩高度≤20 m，为矮桥墩，可选择圆形的桥墩形式；当桥墩高度在20～40 m时，一般可选择薄壁墩，这种桥墩单重小且成本低；如果墩身高度>40 m，由于桥梁对结构稳定性和安全性有更高的要求，就需要选择矩形薄壁或者全幅双柱式大挑臂墩[5]。

4.3 支座设计

对于山区装配式桥梁来说，桥墩的高度比较高，纵坡坡度大，这种特点使桥梁结构设计面临较大的难题，一旦缺乏对这一特点的考虑，可能会在桥梁投入使用后发生上部结构下移的情况。因此，为解决这一方面的问题，在实际的设计过程中，需在桥梁主梁的纵向位置上进行限位结构的布设，在布设了限位结构以后，可有效抑制桥梁使用时主梁的滑移。如果从曲面桥支反力和曲线桥变位方向的角度来进行设计优化，最好采用盆式支座，可大大提高承载力。

4.4 与高路基、陡边坡的处理设计

相关设计人员要依据对山区现场情况的分析，对比现场适合采用高路基方案还是陡边坡方案。从大量的山区桥梁工程实施经验来看，高路基施工方案在相近隧道处峡谷较浅的地方使用较多，其优势是隧道土方的运送更为便捷且高效；如果现场填土的运送距离相对较远，通过架桥的方式可避免边坡失稳的问题。因为山区现场环境的特殊性，如果采用路基填筑的施工方案，可能会使路基呈现高低不一的情况，一侧填方会明显高于另一侧，在后续预制板拼接作业的进行中，需考虑路基填方的这种高度差异，有针对性地进行相应的处理。在一些山区桥梁中，会选择半幅桥梁半幅路基的方案，在此方案执行时，需在路基部分进行挡土墙的布设，以通过挡土墙来进行边坡的加固。