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山區的地形具有縱橫向、地勢陡峭和起伏較大等特征,對路橋進行設計時,橋頭的高度需要低于三米;而路線縱坡小和地勢平緩的橋梁,橋長則需要相應的增加;當很難使橋臺的高度調低時,可以適當的使橋頭填土高度提高,從而使橋梁規模降低。U型結構是橋梁進行連接過程中非常常見一種的形式,但該結構在進行施工建設的過程中施工難度非常大,在對其進行修建時,一旦處理不當,則不僅會使地質條件遭到破壞,還比較容易出現地質災害,從而使原有的植被和生態環境遭到破壞。
2橋梁施工方案設計時的具體形式
2.1橫跨山谷的高架橋
橫跨山谷的高架橋經常運用的形式為上部結構存在空心板和型梁。特大橋和大橋都可以選用鋼構體系和連續梁,這樣的話便于行車;中小橋則可以采用造價低的空心板體系,從而使工程投資降低。除此之外,在同一個合同段不允許出現多種跨徑,從而避免預置模版在進行周轉使用過程中所產生的影響。
2.2跨河橋梁
在對跨河橋梁進行設計時,需要按照水文狀況制定設計方案,主要如下:第一,沒有通航的河流橋梁,該類橋型具有方便、簡單和造價低等特點。布置橋型時需要對上下部結構進行協調;而橋墩應該盡量和人工構造物隔離;使橋墩個數減少,并與水流方向相交,這樣的話就有利于排洪。第二,通航的河流橋梁,對水位等級和通航等級進行確定以后,在對橋梁進行設計。在進行設計的過程中,需要對排洪要求和通航要求進行考慮。通航等級較高的河流,往往采取大跨剛構響亮機構和連續箱梁結構等,而通航等級較低的河流,往往采取機構形式相對簡單的空心板機構和T型梁結構。
2.3跨橋線
跨線橋主要囊括以下幾點:第一,高速公路所跨越的等級路和跨越的等級外路等;第二,等級路跨越高速公路和等外路跨越高速公路等。分離式的對橋梁進行設計的手段具有非常高的安全性,但會對整體外觀審美產生很大的影響。達到國家級別的一些路橋往往不會采取這類建筑形式。對橋梁進行建設,既是為了使人們出行運輸的基本需求得到滿足,還是藝術和審美的追求。所以,在對其進行構建的過程中,應該對其具備的科學合理性進行保證,還需要具有一定的美觀。
3對路橋結構進行設計需要考慮的因素
在對山區路橋進行施工建設時,需要對諸多的因素進行考慮,比如在對跨度大的路橋進行修建時,對橋梁構建形式、布置橋墩的周邊地形和橋墩承重能力等進行充分的考慮。除此之外,還有一些和普通路橋施工建設存在差異的因素,這都要求在進行具體的施工時,全面的對其進行考察。
3.1橋梁墩位結構具有的穩定性
高墩橋往往采取柔性墩結構,在對其進行設計時,需要對橋梁的變位現象和具有的穩定性有所重視。當曲線、高墩、大縱坡和長橋同時出現時,這些變位具備同直橋相同的豎向壓縮變位和縱橋向變位、施工偏位等,這就需要對這些變位進行控制。
3.2對高墩桿件進行選擇
最近幾年,墩頂一般采取可置支座抑或墩梁固結,在實際上,它一直處在彈性約束狀態。通過對整體結構進行分析可知,桿件長度的計算不僅受到桿件剛度的直接影響,還會受到桿件邊界的直接影響。桿件體系在進行綜合變形過程中的結果就為桿件變形,需要對組合剛度進行全面的考慮,而不是只對單一的制約因素進行考慮。
3.3對結構產生影響的外力因素
長縱坡和大縱坡會對汽車行駛過程和制動性產生重大的影響,上部為多梁式的結構對外力具有的平衡能力很差,由于受到曲線橋具有的離心率作用,內梁的沖擊系數遠遠比外梁小,使下部構造形成不平衡的反作用力,從而使橋梁具有的動態能量有所提高。在對長縱坡和大縱坡橋梁進行設計時,需要加強對制動力和沖擊力進行計算的力度,且對沖擊力進行計算時需要對結構具有的基本頻率進行考慮,并通過結構基頻的手段對其進行分析和確定。
3.4橋面鋪裝
以往對橋梁建設所持有的觀點為對橋面進行鋪設就是一種鋪張浪費的情況,而事實并非如此。在對其進行鋪裝的過程中,選取優質的材料,可以有效的使過往車輛對路橋所產生的破壞得到減少,從而使路橋使用年限得到提高。與此同時,還可以使路面通行質量得到提高,并使由于路面顛簸所引發的安全事故有所漸減少。
4路橋設計時需要注意的問題
在對路橋進行設計的過程中需要注意很多問題,其具體如下:第一,對路橋結構具有的耐久性進行重視。由于山區的氣候條件和地質條件比較惡劣,從而就會使橋梁受到很大的損害,所以必須要對路橋結構具有的耐久性足夠的重視。第二,對路橋結構具有的損耗與荷載進行重視。由于公路修建過程中材料和施工人員修建工藝的不同,會導致建筑出現裂縫,而這些裂縫由于荷載的影響,就會不斷的擴大,因此就需要對路橋結構具有的損耗與荷載進行重視。第三,對過往車輛存在的超載問題進行重視。對此,公路管理部門與交通管理部門一定要很好的聯合起來,對路橋的科學使用進行保證,并使路橋使用年限得到延長,從而為國家的財政開支得到節約。
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搭板設計工作是真正解決橋頭跳車問題的方法。為了保證橋臺連接位置高度與搭板標高相同,需要預留反向坡度,高度要比設計標高高,并且確定坡度大小時要重點考慮路橋沉降差。橋臺和搭板在錨固時有兩種可考慮的處理方式,分別為水平、豎直處理方法,其中,水平處理方式能夠獲得更加合理的受力狀態。施工作業時按照實際情況,在經過周密論證之后確定是否需要設置枕梁,搭板上傳遞下來的荷載經過枕梁之后就會更加均勻地分布傳遞給地基。如果橋頭不設置搭板,那么就需要安排合理、有效的排水設施,提高橋臺位置的壓實度,引道則需要重點考慮沉降量。在實際設計過程中,如果不設置搭板,橋頭高填方路面結構就需要使用無機結合料。
2路橋過渡段路基路面施工
2.1臺后填筑施工中,整個臺背填筑需要從地基施工開始就進行加固,采用沙土、砂礫土或者碎石土進行填筑,按照加固需要,有必要時可以使用石灰或者水泥來提高穩定性,也可以使用半剛性材料進行填筑,來降低施工后沉降,而且對壓實度要求要適當提高,使用土工合成加固臺背路基,能有效控制填土載荷產生的變形和沉降,對不均勻沉降的控制作用更加顯著。在軟土路基上進行施工,需要首先做地基加固處理。2.2地基處理軟土路基上澆筑橋臺,需要使用樁基礎,如果是在厚度較大的軟土路基上進行澆筑,回填料重量會明顯增加樁基承受的壓力,導致橋臺移動,可能會造成橋臺橋面損壞,為了控制這種不正常位移,需要有效控制回填料強度。2.3臺背排水臺背路基填筑之前,需要在原地基土拱上設置排水管或者盲溝。首先需要進行基底處理,填筑橫坡度在3%~4%的夯實黏土,形成土拱,并在土拱上設置雙向地溝。臺背厚度要全范圍鋪設隔水材料,并在地溝周邊設置小孔硬塑料管,保證泄水管出口伸出路基之外或者橋頭錐坡外。另外,要在橋臺背面設置防水涂層,以減少滲水對結構物的侵蝕,并在回填夯實表面設置截水排水設施,必要時可進行封閉處理。2.4搭板施工路橋工程過渡段路基路面施工會對工程整體質量產生巨大影響,有必要采取措施進行工藝控制。2.4.1沉降處理沉降處理是路橋過渡段路基路面搭板施工的基礎和前提,很多路橋工程都是因為沉降處理工藝措施不合理而造成橋頭跳車問題。除此之外,有效的沉降處理能夠減少雨水對路堤填土的侵蝕和填土流失。2.4.2填土施工填土施工是路橋過渡段路基路面搭板施工非常關鍵的環節,路橋過渡段路基路面搭設填土施工中,需要從施工用料、流程、機械、工具等方面著手進行控制,以控制誤差,進而提高填土施工的有效性。由于路橋運營過程中,車輛載荷、自然因素和施工工藝的影響會降低路基路面的平順程度,所以填土施工過程中需要注意提高其強度和韌性,從而有效減少上述問題。2.4.3過渡段施工過渡段施工是路橋過渡段施工的核心工作,我國很多路橋工程過渡段整體結構在施工方案不合理等問題的影響下,路橋的整體強度和使用壽命都明顯下降。路橋過渡段施工主要有粗粒料填筑法、鋼筋混凝土加筋法等過渡施工方法,需要按照工程實際情況選擇適用的方案,減少過渡段沉降差異,改善過渡段不平順的問題。2.4.4結構強度提升適當提高結構強度,是提高路橋過渡段施工質量和路基路面穩定性的重要措施。提高路橋工程結構的強度是路基路面質量、柔性和韌性的基礎。在提高結構強度時,施工人員需要考慮過渡段不同位置的強度需求,充分考慮不同級配填料,且不同級配填料的使用能夠明顯提高路堤結構強度;按照設計標準,將差異沉降控制在5cm以內。
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根據大橋外觀檢測及荷載試驗報告,目前大橋出現了混凝土表面蜂窩、麻面;保護層較薄,箍筋外露;底板混凝土剝落、鋼筋外露銹蝕,翼緣板間滲水,預應力混凝土T梁梁體裂縫,橫隔板斷裂,蓋梁裂縫和樁基露筋、部分支座出現局部脫空、老化、開裂和剪切變形、鋼板銹蝕、防塵罩破損等現象。
2主要病害原因分析
2.1通行車輛
該橋修建于20世紀80年代,已經運營27年。原橋梁設計為一級公路橋梁,按照交通部《公路工程技術標準》(JTJ001-97)的規定,一般能適應將各種汽車折合成小客車的年平均日交通量為15000~30000輛。免費通行前交通量已經超過了原設計交通量的60.2%,免費通行后,交通量較免費通行前又增加19.8%。按照交通部《公路工程技術標準》(JTGB01-2003),免費通行后平均日交通量是四車道一級公路能適應將各種汽車折合成小客車的年平均日交通量上限30000輛的1.92倍,平均日交通量已經達到六車道高速公路能適應的年平均日交通量標準(45000~80000輛)。由上可見,限載前,該公路大橋車流量遠超過當初設計標準,再加上超載車的數量和超載重量都越來越多,對橋面鋪裝、T梁、支座、蓋梁、橋墩等各個承重部位均造成不利影響。
2.2T梁病害
(1)混凝土施工質量較差,施工完成后,混凝土表面出現蜂窩、麻面;保護層較薄,箍筋外露;底板混凝土剝落、鋼筋外露銹蝕,翼緣板間滲水。此類病害短期內不會引起橋梁承載能力的降低,但對結構耐久性影響較大。如表層混凝土剝落導致內部鋼筋銹蝕,繼而引起混凝土更大面積的銹蝕開裂,長期作用會降低截面剛度、減小鋼筋的有效直徑,對于預應力混凝土橋梁,如果鋼絞線銹蝕后果將很嚴重。
(2)在主梁跨中1/4L~3/4L之間,腹板產生大量由下而上的豎向、斜向裂縫和對稱貫通裂縫。該裂縫的主要成因是:主梁1/4L~3/4L跨附近承受較大彎剪導致梁體腹板混凝土主拉應力超過允許值,進而產生裂縫。而在主梁支點附近,梁體腹板上產生斜向裂縫。該類裂縫的主要成因是:主梁支點附近位置承受較大剪力,當主拉應力過大或腹板抗剪能力不足時會導致斜向剪切裂縫的產生。主梁斜截面強度不足會導致結構產生剪切性破壞,該類破壞屬于脆性破壞,在橋梁結構中不允許發生。
2.3蓋梁病害
由于橋梁運營時間較長,伸縮縫橡膠條破損漏水,蓋梁上建筑垃圾堆積,排水不暢,加上蓋梁混凝土施工缺陷,環境中的水及侵蝕性介質就可能滲入混凝土內部,導致了混凝土碳化和鋼筋銹脹,影響結構的受力性能和耐久性,部分蓋梁的整體承載力降低。
2.4支座病害
橋梁支座已經使用27年,橡膠開始老化,鋼板嚴重銹蝕,支座已經接近使用壽命。
3加固設計
針對此現狀,考慮到原設計T梁抗裂安全儲備較小,T梁間橫向聯系偏弱,考慮進行全面加固。除對出現病害的部位進行維修加固外,另從兩個方面加強橋梁的橫向聯系和承載力:①對尚未出現但未來最可能出現病害的T梁進行整體性加固,提高T梁的承載能力;②對全橋T梁橫隔板進行整體性加固,提高橋梁橫向剛度;③將原有橋面鋪裝鑿除,采用雙層鋼筋網片或并筋橋面鋪裝,加強橋梁的整體性。主要加固方案如下:
(1)對全橋已出現裂縫的所有T梁全部進行加固,考慮到橋梁西半幅未來通行重車的可能,有必要對西半幅未出現裂縫的部分T梁進行整體性加固,如西半幅單跨有2片及2片以上T梁出現裂縫需要加固的,則西半幅4片T梁全部加固。加固基本方案為裂縫封閉、破損修復后進行梁底粘貼鋼板。腹板粘貼鋼板。對梁體豎向裂縫嚴重的T梁增加體外預應力。本次加固中,考慮到20mT梁梁體未出現斜向裂縫,不采用腹板粘貼鋼板加固;40mT梁腹板有豎向裂縫或斜向裂縫,采用腹板粘貼鋼板加固,加固范圍為2~6號橫隔板之間的腹板,其中,跨中6.5m范圍腹板粘貼水平鋼板,其余粘貼斜向鋼板,另1~2和6~7號橫隔板間腹板出現裂縫,則對1~2和6~7號橫隔板間腹板粘貼斜向鋼板加固;50mT梁腹板有豎向裂縫或斜向裂縫,采用腹板粘貼鋼板加固,加固范圍為2~7號橫隔板之間的腹板,其中,4~5號橫隔板間腹板粘貼水平鋼板,其余粘貼斜向鋼板,另1~2和7~8號橫隔板間腹板出現裂縫,則對1~2和7~8號橫隔板間腹板粘貼斜向鋼板加固。T梁自東向西依次為1#、2#、3#-7#T梁。腹板粘鋼除116-1#、123-1#、124-1#、133-1#134-1#、135-1#梁采用方法1加固外,其余均采用方法2。而對于20mT梁、40mT梁和50mT梁梁體出現4條或4條以上豎向裂縫,或梁體出現2條或2條以上豎向貫通裂縫,則對T梁采用體外預應力加固,其余計劃加固的T梁采用梁底粘貼鋼板加固。
(2)對全橋未加固的所有橫隔板進行加固,增大橫隔板截面,加強橫向聯系,避免單梁受力。具體方案為對全橋尚未加固的20m、40m、50m跨T梁橫隔板采取粘貼鋼板加固或整體性加固,鋼板材質采用Q345B,鋼板厚度6mm,鋼板外露表面進行防腐涂裝。并對40m、50m跨T梁橫隔板鏤空的部分植入鋼筋,澆筑快速修補料增大橫隔板跨中截面。
(3)對出現裂縫和大面積銹脹的蓋梁進行加固,對蓋梁出現嚴重銹脹的部位進行處理,首先將銹脹部位混凝土鑿掉,其次對發生銹脹鋼筋進行除銹處理,后澆筑環氧混凝土(在破損區域過大處使用)進行修補,對病害嚴重或出現受力性裂縫的蓋梁進行粘貼鋼板加固。
4加固前后結果對比分析
經體外索加固后,雖然邊梁的抗力值未變,但由于體外預應力索改善了結構的受力性能,邊梁跨中彎矩值降低了4.9%。40mT梁經過粘貼鋼板加固后,中梁的跨中承載能力較設計時提高了8.39%;50mT梁經過粘貼鋼板加固后,中梁的跨中承載能力較設計時提高了53.2%。且加固后所有梁截面抗力R≥計算彎矩Mj,中梁、邊梁的持久狀況和正常使用狀況的各項指標均滿足《公路橋涵設計通用規范》(JTJ021-89)及《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTJ023-85)的要求。
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