ｄ团园 四 路桥建设 探讨桥梁结构与设计在高速公路中的应用 摘要：随着我国交通建设事业的迅猛发展，高速公路建设也进入快车道，人们对于高速公路建设越来越关注。下面主要从 上部结构设计、下部结构设计、桥墩桥台、基础等方面对桥梁设计进行分析。本文结合自身工作经验希望可以通过本文给广大 工作者提供探讨分析。 关键词：桥墩桥台；高速公路桥涵设计；连续箱梁暗桥； 一、高速公路的桥梁设计要点 １．１由于高速公路与山区地区的高速公路在地形、地质、水文等条件 上有着很大的差别，因此我们在桥梁设计时要高度重视以上这些差别，特 别是在地形、地质方面，有时同一座桥在纵桥向的地质变化很大，在横桥向 的地形变化很大，如不重视，很容易出现差错，因此在设计前一定要认真收 集设计资料，做到心中有数，有条件时设计人员最好到实地调查一下。 １．２由于高速公路的地面高差变化大，材料、机械运输困难，施工条件 差。所以我们在设计时必须要因地制宜，一定要考虑到施工的可行性，尽量 给施工带来方便。为了保证工程质量，节省工程造价，方便施工，桥梁设计可 采用灵活多变的形式。 １＿３桥梁设计要遵循“适用、安全、经济、美观、环保”的基本原则。现在 随着国民经济的发展，“美观和环保”已受到越来越多的重视和关注。桥梁 设计在注重安全性、舒适性、和耐久性的同时，应引入环保、美化、人文的概 念，把高速公路桥梁的景观设计作为一项重要内容加以考虑，在保证桥梁 使用功能要求的原则下，要尽可能地考虑到使建成后的桥梁与周围环境相 协调，不创新思路，全方位、多角度地展示桥梁景观造成原有环境的破坏。 设计时应开拓艺术的美学效应，开发景观资源同时应维护生态平衡，保护 珍稀动、植物及特有的地质风貌，杜绝声、光、电对环境的“污染”，桥梁涂装 色彩选择时不但要考虑与周边环境色调、桥梁造型相协调，还要考虑桥梁 所在地区的民风、民俗。 二、桥梁设计的一般原则 国内的结构设计过程中，考虑强度多而考虑耐久性少，重视强度极限 状态而不重视使用极限状态，而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰 是使用时的性能表现，重视结构的建造而不重视结构的维护。实际上，目 前的桥梁设计中，对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注高速公 路的桥梁在设计方面要具备先进的水平，应当具备安全稳定，坚固实用， 花费合理的需要，并且要顾虑环保需要，在材料的选择上，要尽量选择方 便使用而距离近的材料，对于桥涵的跨径较为标准的，应当优先选择装配 式构造，有助于配合工厂大规模操作；下方的构造力求简单，对于桥涵来 讲，除了与相关的技术准则相配合，还要对工程本身的构造需要，材料的 质地，稳定性，耐久性，都要考虑进去，而对于特殊的工作需要，都要通过 新的技术手段来完成。因此，工艺条件不断完善跟发展。 ２１上部结构设计 桥梁上部结构主要采用钢筋混凝土板、预制先张预应力混凝土空心 板（宽幅空心板，标准底板宽１．５ｍ）、后张预应力混凝土Ｔ型梁、后张预应力 混凝土装配式箱梁，现浇钢筋混凝土连续箱梁（板）、预应力混凝土连续箱 梁Ｐ阪）等结构。主线和立交匝道上３孔以上且桥长大于４０ｍ的大中桥，当采 用Ｔ梁或小箱梁结构时，应考虑采用先简支后结构连续的上部结构。 当采用预制先张预应力混凝土空心板的上部结构时，桥面连续是很 好的方法。通常空心板的板翼宽度最大值必须低于７５ｃｍ，如果桥梁的宽度 变大，而板翼需要与之配合，即可考虑超过７５ｃｍ，不过配筋数要增多，尤其 在板翼连接处以及外侧箍筋处，相应的，桥梁宽度值变大也会导致板增 多，选择从外到里的方式布置板块，以外侧为对齐标准，必须使用加宽空 心板，要约束板子的宽度差在２０ｅａｒ以内，桥梁宽度的变化最好不以变动铰 ‘２３６‘ 缝宽的形式变动。采用连续梁时，梁高：等截面连续箱梁Ｕ１５～１／２５；变截 面连续箱梁为中墩支点Ｕ１５—１一／２５，跨中或边支点１．／２５～Ｌ／４０；同时考 虑箱梁内模板的构造要求，连续箱梁的最小梁高不低于１．３ｍ。边中跨跨径 比：等截面连续箱梁取用０．７—１．０；变截面连续箱梁取用０．６—０．８。连续箱梁 翼缘悬臂长度一般不宜大于３ｍ，其中超过２５ｍ时应设置横向预应力钢筋； 悬臂翼缘板尺寸通常不小于３ｍ的，要根据有限元的方法来分析板的力的 分布状况，特别考虑板子下缘处的各种配筋比例，箱梁翼缘悬臂端的厚度 不应小于１４０ｍｍ，一般情况下采用１８０ｍｍ。箱梁翼缘悬臂根部厚度可取１／ ５～１，７的悬臂长度。连续箱梁顶、底板厚度：这两项的厚度和板跨径的比 例应超过１：３０，总厚度值需要大于２００ｒａｍ，另外，在尺寸的设计上，要考虑 到符合众多一般钢筋以及预应力钢筋及其保护层得到规定，在通过计算， 没有钢束作为材料的情况下，需要低于２５ｃｍ。箱梁边支点横梁厚度一般取 ０．８～１．２ｍ，中支点横梁的厚度需根据是否独柱墩单支座、支座的具体位置 计算确定，应不小于１．２ｍ，并应满足相应构造要求。预应力连续梁箱梁端 横隔梁的端部２０ｃｍ范围内的横梁钢筋主筋直径不得超过１６ｒａｍ，以避免与 锚槽开口冲突。当横梁的跨高比不大于５—０时，应按照深受弯构件进行计 算，有条件时应优先参照美国ＡＳＨＴＯ规范，采用撑杆系杆模型计算，不得 设置斜筋。 小桥通道上部结构采用现浇实心板。横桥向板端设翼缘，翼缘长度按 设置挡块后台帽不伸出路基宽度控制。６ｍ跨径板高０．４５ｍ，８ｍ跨径板高 ０．５５ｍ。小桥通道如果桥台高度超过６米，可设计成暗桥，暗桥上部采用Ｃ３０ 混凝土现浇板。 三、下部结构 ３．１桥墩 对于普通结构的桥梁一般宜采用柱式墩身上置盖梁的框架式体系。 桥梁斜交角度≤２０度时，采用双柱式桥墩；角度／＞２０度时，采用３柱式桥墩。 在考虑桥梁外观设计方面，不使用盖梁应用于桥墩，是考虑使桥体本身较 为大气，外观协调。标准预制结构桥梁的柱式墩身、桩基础桥墩尺寸拟定 如下： 跨径（１Ｉ１） ｌ３ １６ ２０ ２５ ３０ ３５ 柱径∽ １．０ １．１ １．２ １．３ １．５ １．６ 桩径（ｍ） １．２ １．２ ｉ．３ １．５ １．６ １．７ 注：表中数值适用于墩高＜１２ｍ的桥梁，其他桥梁应另行计算。３２桥台 桥台一般采用重力式Ｕ型台、肋板台、桩柱式台。其中以重力式ｕ台最常用， 根据（墩台与基础》规定，ｕ台适应的填土范围为４—１０ｍ，所以ｕ台的高度最 好以１Ｏｒｅ控制。山区桥梁Ｕ台一个显著特征就是横向，纵向横坡陡，为了适 应地形，减小开挖，节约圬工方量，ｕ台设计时必须根据地形合理分台阶。 因为桩柱形式的桥台本身具有的刚度不大，不耐推，如果联长数值大，而 高度值偏大时，最好不做选择，通常台后填土达到５ｍ足够，不可过高，而联 长需要少于１５０ｍ，相对说来埋置式有更宽的应用范围，不过也不应过高， 最好小于１２ｍ。３－３基础墩台位置如果在平原地区，或者坡度不大的地方， 要根据实际地质来确定是否使用桩基，一般桩基是最好的手段，在起伏较 大的山区，地面不够平坦，坡度较大的桥墩的地方，要选择桩基，适当选择 路桥建设 桩柱式以及挖孔桩和肋板相配合的方式，使挖掘面积减少，不过对水平方 向坡度不够，而纵坡明显的桥梁来说，重力式的桥墩有更好的效果，想在 斜坡上进行基础的增大需要注意上层覆盖程度与应力扩散角的关联影 桩，桩基础无论怎样受力，通常都是以钻孔桩以及挖孔桩的形式成型。 囵髓囫圜 四、结语 我国建设速度突飞猛进，尤其在扩大内部需求，提升经济效益方面， 部分，一些处于山地的部分，桥梁占比例的１／２左右。因此。要完成一条公 响，桩基础大都选择柱状以及嵌岩桩，若地质水平不够优越，可选择摩擦 我国建设了更多的高速公路，而桥梁构造是建设工作中花销很大的一个 挖孔桩成本不是很高，不过实际是否可以利用挖孑Ｌ桩，还要根据具 路的设计，对桥梁部分的处理是绝不能忽视的。・ 体地质条件来看，如果桩长过关，而遭遇软地，流沙地面的几率较大，则很 参考文献 容易局部塌陷，如果地下水的高度较大，内部有可燃气体或有害气体，也 …１匡峰。戋析高速公路桥梁设计要点，２０１２一Ｏ１一Ｏ１． 最好不用挖孑Ｌ桩。 ［２］情劲．高速公路常规桥梁设计方案探讨，２０１０—０８＿２ｎ （上接ｇ２３５页） 试桩过程中具体参数如表１所示。 表１试桩过程具体参数表 加砂次数 Ｈｅ（ｍ） （１ｎ） （ｍ） （ｍ） Ｌ Ｌｌ Ｒｖｌ １ ２．５５ｌ９ ｌ ０．２４２ ０－３５ １．２２ ６－４０８ ６．１０８ １．０５ ２ ２．５３０９ ｌ ０．２４２ Ｏ．３５ １．２１ ｌ１．２０７ ｌ０．６７３ １．０５ ３ ２．５７２８ ｌ ０．２４２ Ｏ－３５ １．２３ １０．５８２ １０．０７ １．０５ ４ ２．５５１９ １ Ｏ．２４２ ０＿３５ １．２２ ｌ１．２３６ １０．７ １．０５ ５ ２．５３０９ １ ０．２４２ ０－３５ １．２ｌ １０．５５９ １０．０５６ １．Ｏ５ ６ ２．５５１９ １ ０．２４２ Ｏ．３５ １．２２ ９．９０４ ９．４３２ １．Ｏ５ ７ ２．５３０９ １ ０．２４２ ０＿３５ １．２ｌ ９．３２ ８．８８ １．Ｏ５ Ａｖｅｒａｇｅ １．２２ １．Ｏ５ 注：表中，ｒｎ表征套管内径；Ｒ 套管震动前后砂体积比；Ｒ，２：套管中砂 体积与挤密砂桩的体积比。 ‘ 凡Ｉ一１．０５，Ｒ 一１．２２，Ｒ ＝ ｌ×Ｒｃｚ＝１．２８２。 根据试桩结果，在里程Ｋｍ４８＋８２０一Ｋｒａ４９＋０８０区间进行了挤密砂桩施 工，施工实际记录参数如表２所示。 表２实际施工需砂量 ＮＯ ＳＣＰ ＳＣＰ 实际成 深度 桩体积 砂桩成桩 震动后砂体积 记录仪记录 实际填砂量 砂量变化系数 编号 （ｍ） （ｍ３） 直径（ｍ） （ｍ３） （ ） Ｒｖ ｌ Ａｌ ３６．Ｏ８ １３．８７８ ０．７０ ｌ７．７０ １８．６０ １．２７５ ２ Ａ２ ３５．７８ １３．７６３ ０．７０ １７．８Ｏ ｌ８．６９ １．２９３ ３ Ａ３ ３５．５７ ｌ３．６８２ ０．７０ １７．５Ｏ １８．３７５ ｌ ２７９ 经过计算，成桩后砂量充盈系数近似为１．２８２，相应地单位长度挤密砂 桩成桩需要砂量：Ｖ＝Ｉ．２８２×０．３８４７＝０．４９３ｍ３。 成桩３０ｄ后进行单桩承载力、单桩复合地基承载力试验及桩身密实度 检测，对挤密砂桩进行重Ⅱ型动力触探检测，标贯试验检测以每贯人３０ｃｍ 为击锤击数，检测依据以合同图纸设计要求和《建筑地基处理技术规范》 为依据，并以贯人３０ｃｍ的Ｎ 锤击数不小于８击为标准来判定砂桩密实度 是否合格，检测结果：Ｎ。甥 击数贯入３０ｅｍ平均锤击数在１２～１８之间，指标 离散值小，处中密状态，基本达到了预期的要求。 ４结论 软基处理方法种类较多，在高等级公路施工中，挤密砂桩软基处理施 工工艺因处理效果好、造价低而被广泛应用。 挤密砂桩施工，在成桩过程中桩管对周围砂土、粘土层产生很大的横 向挤压力，桩管体积的土挤向桩管周围的土层，使桩管周围的土层孔隙比 减小、密实度增大。 砂桩施工复合地基，砂桩在成孔及成桩时，振动锤的强烈振动，使填 入料和地基土在挤密的同时可获得强烈的预震效应，对砂土、粉土增强抗 液化能力是极为有利。 试验结果表明，处理后桩间土的各项指标有效得到提高，桩间土的标 准贯人击数显著增加，因而大大提高了复合地基容许承载力，取得了良好 的处理效果。 参考文献： ［１］刘玉卓主编，公路工程软基处理【Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００２ ［２】钟添明．浅谈软基处理的方法卟山西建筑，２００７，３３（２２）：１１２￣１１３． 【３］ＪＴＪ０１７．９６．公路软土地基路堤设计与施工技术规范［ｓ】．北京：人民交通出 版社．１９９７． ‘２３７。