郭秋根

摘 要：公路建設橋梁之前，先要對其進行結構設計，這也是公路橋梁建設的關鍵。文章結合筆者對公路橋梁設計的經(jīng)驗，分析和闡述公路橋梁結構設計的標準、性能水準和方法。

關鍵詞：公路橋梁 結構設計 分析

在交通線路中橋梁是其中的重要組成部分。隨著國家經(jīng)濟的持續(xù)增長和基礎設施建設步伐的加快，高等級公路基本已進入山嶺區(qū)，橋梁建設也逐漸成為其中的關鍵因素。本文著重探討了中小跨徑的公路橋梁結構設計相關問題。

1.公路橋梁設計標準

1.1荷載

公路橋梁設計荷載有三類，分別是可變荷載、永久荷載和偶然荷載。可變荷載是對使用過程中橋梁結構使用性能影響最大的荷載。我國各時期公路運輸載重的實際情況有所不同，因此公路橋梁在具體設計過程中是以不同時期公路技術標準和相關設計規(guī)范為準則的，在某種程度上反映了我國公路載重的發(fā)展趨勢。為適應這一發(fā)展趨勢，我國交通管理部門對公路工程技術標準和橋梁設計規(guī)范做過幾次修訂，目前采用的是《公路工程技術標準（JTG B01-2003）》規(guī)定的公路—Ⅰ級、公路—Ⅱ級車道荷載和550kN車輛荷載標準。

公路—Ⅰ級總體上較汽—超20標準提高不到10%，而車輛載重的標準自1981年到2003年提高的數(shù)值已經(jīng)超過了這個值，且歷次的橋梁設計規(guī)范都沒有規(guī)定橋梁限載標準和原橋設計荷載和關系，很長一段時間以來，都沒有制定一個統(tǒng)一可行的標準，導致較重的貨車或集裝箱車輛超過了限載標志噸位。

1.2承載力理論和設計安全標準

同國際上比較，目前我國在車輛荷載安全系數(shù)方面，公路橋梁規(guī)定的數(shù)值明顯偏低，美國和英國的分別是1.75和1.73，而我國的才1.4。有數(shù)據(jù)顯示，目前我國橋梁設計承載力總體上只能達到英美國家的60%到70%。公路橋涵結構的安全等級如表1所示。

容許應力法是橋梁設計過程中的一條重要準則，現(xiàn)行的橋梁設計規(guī)范充分考慮了這種方法的缺點，計算方法采用的極限狀態(tài)法。包括混凝土結構的塑性特點，提出了正常使用極限狀態(tài)和結構承載能力極限狀態(tài)兩個控制指標，極限狀態(tài)法采用了多項安全系數(shù)，這些系數(shù)主要是在概率計算及數(shù)理統(tǒng)計基礎上分析得出的。這種方法比容許用應立法經(jīng)驗確定安全系數(shù)方式科學，但在目前我國經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境下，我國材料性質及施工質量并未得到顯著提高，從而導致公路橋梁結構不可靠和整體儲備降低。

2.公路橋梁設計基本原則及相關性能水準

2.1橋梁設計基本原則

在具體的橋梁設計中，應該遵循以下幾項基本原則：①安全第一、預防為主的基本原則，同時注重結構的耐久性、環(huán)保和適用性等。②服從整體設計原則，即縱、平面應同公路線形相融合。③綜合分析各路段地質、地形特點，定位合理，綜合必選最優(yōu)方案。④注重與周圍景觀的協(xié)調、方便施工和各合同段的劃分。⑤為獲得橋梁整體最佳受力效果，應充分考慮橋孔分聯(lián)時橋梁下部剛度的協(xié)調性。⑥在地形相對復雜的山區(qū)進行橋梁設孔，應在仔細研究該處縱、橫斷面后再進行布設。⑦對于變遷及山前擴散的河段，橋梁長度應充分考慮河槽擺動因素；大橋跨度應大于20米，以確保漂浮物及水流順利通過橋孔。⑧在平原區(qū)布設橋梁孔跨的情況，應充分分析橋下地形、地貌及先關水文計算成果，最后再予以確認。⑨平原區(qū)路基情況復雜時，可設置高架橋通過，同時采用建筑高度較低的結構類型。

2.2公路橋梁結構設計性能水準

表2根據(jù)公路橋梁特點，描述了其結構設計的相關性能水準。

3.公路橋梁結構具體設計

3.1基礎設計

通常情況下，擴大基礎應在基礎覆蓋層達到5米以下時加以考慮，否則采用樁基礎為宜；當橋梁設計在山嶺區(qū)域時，應充分考慮地面坡度的影響，為避免深挖基坑可能帶來的不利影響，盡可能較低工作量，此時公路橋梁基礎設計可采用樁基型式；基樁按嵌巖或彈性摩擦樁進行計算時，其有效樁長應大于5d（其中d為樁徑），有效樁長自樁側土厚度大于2.5d或最低沖刷線處算起；摩擦樁的長度在計算值得基礎上適當延長3到5米，嵌巖樁嵌入基巖應超過2d；橋梁樁基應穿透采空區(qū)的情況是當橋梁下伏采空區(qū)埋置較淺時進行，具體是將樁尖嵌入采空區(qū)底板以下完整、穩(wěn)定的微風化的巖層內；如果橋梁下遇到伏巖溶區(qū)的情況，樁基應克服多層溶洞和不穩(wěn)定巖溶影響，最終將樁尖嵌入完整且穩(wěn)定的微風化巖層內。

3.2下部結構

下部結構墩高H<30m時采用柱式墩，相關參數(shù)如下表3所示。

此外，墩高小于40米時，以采用等截面實體薄壁墩；墩高小于50米時，宜采用等截面空心薄壁墩；墩高在50米到70米之間時，以采用變截面空心薄壁墩。

3.3平面設計

公路橋梁在進行平面設計時，需重點處理好上部構造與相關曲線半徑之間的關系。要使護墻內緣適應平面線形，就應該在中矢高在100mm情況下對護墻緣進行調整；而邊梁須按實際曲線預制的情況應根據(jù)半徑和中矢高數(shù)值范圍來確定，此時的半徑小且中矢高超過100mm。邊梁形狀因半徑變化而變化，且種類多，這就給施工造成了困難。為實現(xiàn)現(xiàn)澆橋面板和防撞墻適應平面線形，預制邊梁時，應將邊梁多預制一段長度，這樣施工起來會比較方便，但美觀性不足且會造成材料的浪費。

總之，公路橋梁工作者應積極采用行內新材料、新技術和新工藝，設計出安全、經(jīng)濟、適用、美觀的公路橋梁。

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