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隨著經(jīng)濟社會的逐步發(fā)展,我國道路交通問題日益突顯出來,我國也加大了對于橋梁建設(shè)的投入力度,道路橋梁設(shè)計是交通部門工作的重點。我國現(xiàn)階段道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題主要有以下幾個方面。
1.1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不高
我國道路橋梁設(shè)計對規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求并不高,進行施工就會對道路交通產(chǎn)生諸多不便或產(chǎn)生安全隱患,還會對橋型的美觀程度造成一定的負(fù)面效應(yīng)。所以設(shè)計時應(yīng)充分的考慮這個方面,結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境,很多時候都需要在橋梁的主梁或梁側(cè)部分預(yù)留一定空間,為日后的施工打下良好的基礎(chǔ)。
1.2管道預(yù)留空間不足
專用橋梁管道是每一座橋梁設(shè)計中必須要考慮到的方面,但在具體的設(shè)計和施工中往往是忽略這一點的。產(chǎn)生的原因主要是城市化所帶來的人口壓力過大或城市改造工程。城市改造工程很有可能產(chǎn)生管道預(yù)留空間不足的情況,而在很多時候我們只能采用少量的擴容處理,將橋梁管道在橋體之外,這樣做的直接后果就是會對交通線產(chǎn)生不利影響,還可能影響到橋體的美觀。遇到橋梁管道預(yù)留空間不足的情況時,再次開挖是比較適宜的方法,但一大弊端就是會加大工程的資金投入力度,同時也不利于交通情況。
1.3綠化帶專項防水設(shè)計缺陷
橋梁工程必須具有一定的使用功能,除此之外還要有一定的美觀性。所以橋梁綠化帶專項防水設(shè)計應(yīng)運而生。在設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)的過程中,綠化美觀需要在設(shè)計的考慮范疇內(nèi)。通盤考量了所有的影響因素后,必須要保證橋梁結(jié)構(gòu)使用性和美觀性。
1.4結(jié)構(gòu)設(shè)計選型問題
橋梁工程結(jié)構(gòu)選型問題在設(shè)計中是比較重要的一個方面,滿足視距和凈空的要求的同時,還要具有美觀的外形和科學(xué)合理的結(jié)構(gòu),這也視為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本標(biāo)準(zhǔn)和原則,盡可能的打造出功能和美觀于一體的橋梁工程,為城市平添一抹亮色。但在具體的設(shè)計時,關(guān)注實用功能的比較多,而忽視結(jié)構(gòu)選型,結(jié)構(gòu)選型不合理也就不足為怪了。
1.5裝飾結(jié)構(gòu)設(shè)計問題
我國的橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中安全材料不合標(biāo)準(zhǔn)的情況是比較常見的。一項工程要想成為精品,所使用的材料可以說是最為關(guān)鍵的,其是保障橋梁結(jié)構(gòu)的安全運行根本。所以必須要保證裝飾材料的可靠性,可以采用材料取樣試驗的方式來嚴(yán)把材料的質(zhì)量關(guān),為橋梁工程的安全運行保駕護航。
2道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
2.1主梁設(shè)計
不同于整體式簡支梁結(jié)構(gòu),裝配式簡支梁結(jié)構(gòu)最為重要的特點是可將預(yù)制獨立構(gòu)件進行運輸與吊裝,并且通過現(xiàn)場安裝、拼接制梁。對于自動化、機械化施工技術(shù)的應(yīng)用在設(shè)計中就可以完成,這樣就大幅度的節(jié)省了施工成本,勞動生產(chǎn)力也有顯著的提高,季節(jié)變化也無法對施工造成實質(zhì)上的威脅。橋梁上部結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件就是主梁,一般的設(shè)計型式有T型和箱型,箱型結(jié)構(gòu)主梁大多在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)梁中應(yīng)用。設(shè)計采用箱型結(jié)構(gòu)主梁需要對主梁結(jié)構(gòu)的間距與片數(shù)作要求,主梁間距與片數(shù)兩者相互制約,即間距小則片數(shù)多、間距大則片數(shù)少。而主梁的高度及細(xì)部尺寸是以荷載的計算方法加以確定的,若主梁對稱布置,梁身的荷載也是呈對稱分布,此時要用杠桿法來計算,如若不然就要以偏心受壓來計算。上述兩種情況的相同之處是控制設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)是內(nèi)力的最大值,要注意的是此標(biāo)準(zhǔn)不可作為主梁結(jié)構(gòu)各個截面的最不利狀況的受力計算,主要是因為很多不安全的因素夾雜在計算結(jié)構(gòu)中。
2.2型式的選擇應(yīng)為橋臺設(shè)計橋臺結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點
在橋臺結(jié)構(gòu)的選擇上,裝配式簡支橋梁主要有輕型橋臺、鋼筋混凝土薄壁橋臺、埋置式橋臺三種。輕型橋臺結(jié)構(gòu)型式體積較小,比較適合擋土的翼墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。鋼筋混凝土薄壁橋臺可設(shè)計將臺身埋置于橋梁護坡中,這樣不僅能夠降低橋臺結(jié)構(gòu)受上部荷載的作用力,還能夠使橋臺留有足夠的空間。但護坡容易受到洪水的侵襲使臺身,所以設(shè)計時不可缺少的是對強度和穩(wěn)定性的計算。
2.3橋墩型式選擇
雙柱式墩、十字墩或矩形薄壁墩是裝配式簡支橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要型式,單幅雙柱式是最為常見的。鑒于以往的經(jīng)驗教訓(xùn),設(shè)計時應(yīng)謹(jǐn)慎選擇橋墩結(jié)構(gòu)型式,在巖溶性地質(zhì)、樁基礎(chǔ)施工難度比較大的地方應(yīng)以實際情況為前提,減少樁基的設(shè)計,單柱單樁的設(shè)計是比較適合的。而在施工在河谷或容易受滾石威脅的地方時,設(shè)計的重點應(yīng)該放在如何加強橋墩結(jié)構(gòu)的整體抗撞擊能力上,也比較適合單柱單樁設(shè)計。對于高位墩柱長橋,設(shè)計時應(yīng)重點考量橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載累積變位的問題,這是雙幅兩柱整體下部構(gòu)造設(shè)計是比較理想的。
2.4定線原則
(1)在1:10000比例尺的地形圖上在起、終控制點間研究路線的總體布局,找出中間控制點。根據(jù)相鄰控制點間的地形、地貌分布情況,盡量選擇地勢平緩地帶,確定各種路線方案。
(2)山嶺重丘地形,定線時應(yīng)以縱坡度為主;而平原微丘地區(qū)地面自然坡度較小,縱坡度不受控制的地帶,選線以路線平面線形為主,最終合理確定出公路中線的位置。
3結(jié)束語
道路橋梁設(shè)計的關(guān)鍵
在選擇道路橋梁設(shè)計方案之后,就要對設(shè)計方案的關(guān)鍵問題進行具體分析,其主要內(nèi)容包括兩方面,一是道路橋梁的質(zhì)量,即道路橋梁的堅固性和耐久性;另一方面是道路橋梁的美觀性。道路橋梁設(shè)計中的質(zhì)量問題確保道路橋梁設(shè)計中出現(xiàn)質(zhì)量問題,首先應(yīng)對各施工階段實施有效的監(jiān)管,尤其是各種材料質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格把關(guān),在此基礎(chǔ)上開展工作。道路橋梁設(shè)計的加固性①地基的加固,即應(yīng)在項目施工之前,對施工地點進行詳細(xì)的地質(zhì)勘查,然后根據(jù)地質(zhì)狀況以及施工需求,結(jié)合實際做出較科學(xué)和合理的設(shè)計圖,尤其應(yīng)注重地基易發(fā)生不均勻沉降的區(qū)域,并在設(shè)計中明確針對性地處理措施。②裂縫的加固,即對路橋面的設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格把關(guān),在具體的施工中,設(shè)計應(yīng)要求施工所用車輛的載重,以免因為過度碾壓而出現(xiàn)裂縫。另外,針對已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫,要聯(lián)合公司管理層,查出導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的真正原因,進而實施相應(yīng)的修補。③伸縮縫的加固,比如梁端頭局部破損的情況,應(yīng)在設(shè)計時給予特殊的重視,在保證施工用料的質(zhì)量以及施工方法的正確性的基礎(chǔ)上,結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀筇鞖忉槍π缘卦O(shè)計符合實際的伸縮縫結(jié)構(gòu)。道路橋梁設(shè)計的耐久性目前,我國道路和橋梁設(shè)計中,對于路橋耐久性設(shè)計并沒有實際的效果,只存在概念性范疇,這不但是一些道路橋梁工程出現(xiàn)事故的主要原因之一,而且從綜合經(jīng)濟的角度看,其也是十分不合理的。從對當(dāng)前反映的道路橋梁耐久性差來看,其主要表現(xiàn)在水泥選用不合理,混凝土配合比不對,維護保養(yǎng)不當(dāng)以及預(yù)應(yīng)力施加不合理等現(xiàn)象。由此可見,施工質(zhì)量以及施工質(zhì)量管理是導(dǎo)致道路橋梁耐久度無法達到預(yù)期目標(biāo)的重要原因,因此,為了能使道路橋梁達到預(yù)期的使用壽命,必須嚴(yán)格監(jiān)控施工質(zhì)量。雖然,這些缺陷在短期不會對道路和橋梁造成明顯影響,但是從長期來看,其后果是非常嚴(yán)重的。因此,各施工隊有必要設(shè)置專業(yè)的質(zhì)量監(jiān)督部門。影響道路橋梁耐久度的因素很多,比如,結(jié)構(gòu)整體性和延性不足,冗余性??;計算圖式和受力路線不明確,以至于局部受力過大;混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄這些都是降低道路橋梁結(jié)構(gòu)耐久性降低的因素,嚴(yán)重影響了其安全性。因此,在設(shè)計上應(yīng)在滿足經(jīng)濟合理、結(jié)構(gòu)可行的基礎(chǔ)上,保證材料質(zhì)量合格、保證施工操作規(guī)范、保證結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一,進而使道路橋梁實現(xiàn)長久安全。道路橋梁設(shè)計的美觀性目前,中國道路橋梁建設(shè)已經(jīng)日趨成熟,各種高難度作業(yè)工藝技術(shù)已經(jīng)獲得突破,與此同時,隨著投資方對工程審美要求的不斷提高,施工公司在保證質(zhì)量的前提下,亦開始追求道路橋梁的美觀性。對于道路橋梁的美觀性一般工程公司都會參照周圍建筑的建筑風(fēng)格,力圖融入整個建筑的大環(huán)境的前提下,成為新的標(biāo)志性建筑。當(dāng)然,在追求道路橋梁美觀的同時,切不可以影響質(zhì)量為代價,因小失大。
道路橋梁設(shè)計應(yīng)考慮維護的可行性
從道路橋梁的關(guān)鍵指標(biāo)加固性和耐久性來看,道路橋梁設(shè)計離不開施工的質(zhì)量管理,尤其應(yīng)重視橋梁和道路的維修養(yǎng)護工作,因為路橋面的鋪裝層是車輛的直接碾壓和受力部位,長期的碾壓下極易引起路橋面出現(xiàn)損壞。美國道路業(yè)曾做過關(guān)于高速公路的相關(guān)性實驗,結(jié)果證明一條新修的、質(zhì)量合格的高速公路,其使用功能會在其壽命達到75%時下降4成,若此時不能及時對高速公路路面進行相應(yīng)的養(yǎng)護,那么公路剩下的壽命時間即會再次下降4成,直至徹底失去使用功能。比如一條高速公路的使用壽命是40年,那么第30年,其壽命便達到了75%,路況功能性便下降了40%,如此就大大增加了公路維修成本,甚至造成不得不重建的尷尬局面。而若此時或在道路建設(shè)之初即采取合理的預(yù)防性維護,那么就會大大增加道路的使用壽命,經(jīng)濟上更能為后期維護省下幾倍的金錢。對于道路橋梁的維護工作,可采取相應(yīng)的措施,比如嚴(yán)格控制過往車輛的載重,堅決制止超載現(xiàn)象。另外,應(yīng)以橋梁結(jié)構(gòu)予以重點維護,進行定期的維護和保養(yǎng),并進行有效的監(jiān)督,對于已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫應(yīng)及時采取措施。比如,對已建好的伸縮縫,應(yīng)進行嚴(yán)格管理和保養(yǎng),并加強日常的養(yǎng)護工作,實施定期的檢查,若在伸縮縫中發(fā)現(xiàn)有雜物應(yīng)及時予以清理。良好的道路橋梁維護保養(yǎng)工作,不但可以延長道路橋梁的使用壽命,而且保證了道路橋梁質(zhì)量一直良好,同時大大降低了道路橋梁建設(shè)和養(yǎng)護成本。
橋梁設(shè)計特點
橋梁布跨橋梁基本跨徑的選擇,需綜合考慮經(jīng)濟性、整體協(xié)調(diào)性、施工難度等諸多因素。過大或過小的跨徑對橋梁經(jīng)濟性與美觀性均帶來一定影響。管村橋(壽昌溪)大橋采用整體式斷面,該橋全橋共1聯(lián):5×25m。該橋4#墩處橋梁高度小于5#橋臺,結(jié)合橋位平面圖分析,雖然終點處取消1孔,可減小橋梁規(guī)模,同時也能降低橋臺填土高度,但考慮到降雨時壽昌溪水位暴漲暴落、流速急,為泄洪需要,不宜縮短。橋型布置本橋所處主要為鄉(xiāng)鎮(zhèn)村落,對景觀要求相對城市橋梁要弱,因此上部結(jié)構(gòu)不考慮采用工期長、施工復(fù)雜、造價高的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,而采用施工方便、快捷、造價省的預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)??招陌逯饕m用于跨徑≤16m(20m及以上跨徑空心板梁存在的病害較多)的橋梁,20m及以上跨徑的標(biāo)準(zhǔn)橋跨主要有小箱梁和預(yù)制T梁2種。對不同跨徑小箱梁和T梁2種結(jié)構(gòu)進行比選[2],從比較結(jié)果來看,各種跨徑梁呈現(xiàn)跨徑越大,造價越貴的趨勢;上部結(jié)構(gòu)造價25m跨徑T梁較小箱梁高約12.3%,相差不大,但施工相對簡單。小箱梁由于橫向剛度不足等原因,近年來出現(xiàn)問題較多。T梁橫向通過橫隔板剛性連接,行車舒適、受力性能好;主梁采用現(xiàn)場預(yù)制,架橋機架設(shè)施工,工期短,吊裝重量小,工藝成熟。壽昌溪沒有通航要求,梁高不受限制,采用T梁。雖然橋梁跨越河道時,為減少對河道行洪能力的影響,盡可能在水中少設(shè)墩柱,但本橋橋基處于巖溶區(qū),溶洞分布位置有較強的不確定性。本橋原設(shè)計為上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼(后張)T梁,先簡支后連續(xù)的超靜定結(jié)構(gòu);為減小橋基這種隱蔽的、隨機發(fā)生的地質(zhì)問題對橋梁結(jié)構(gòu)的影響,采取特殊設(shè)計,更改上部結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)簡支、橋面連續(xù)跨徑小的靜定結(jié)構(gòu)[3]。這樣做好處是結(jié)構(gòu)受力明確,能消減樁基不均勻沉降影響。經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較,并兼顧全線橋梁的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,綜合考慮確定上部結(jié)構(gòu)采用25m跨徑預(yù)應(yīng)力砼(后張)T梁。因柱式墩經(jīng)濟性好,工藝成熟,施工方便,與樁基礎(chǔ)銜接性好,下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、肋板臺,墩臺基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁。雖然該橋橋墩高度不大,最大橋墩高度為6.1m,也不存在軟土層,但考慮到本橋橋址區(qū)水位隨季節(jié)變化暴漲暴落,橋梁墩臺易受水流沖刷;為能有效抵抗山區(qū)河流強力沖刷,增強橋墩整體受力性,本橋設(shè)置底系梁。預(yù)制板梁梁頂設(shè)10cm厚C50砼整體化調(diào)平層,調(diào)平層頂設(shè)置10cm瀝青混凝土鋪裝。在調(diào)平層與瀝青混凝土鋪裝之間設(shè)防水層。樁基設(shè)計該橋場地內(nèi)基巖面起伏大,右幅橋樁基大多基巖埋深淺,但左幅橋樁基全~強風(fēng)化層厚度大,且在中風(fēng)化基巖上部有溶洞發(fā)育;若均采用端承樁,則左幅橋3#、4#墩樁長深度將超過60m,而部分樁長約15m,樁長差異很大。根據(jù)本橋地質(zhì)實際,部分采用端承樁、部分采用摩擦樁。具體分3種情況:(1)按端承樁設(shè)計,遇溶洞穿過,嵌入中風(fēng)化灰?guī)r該橋左幅1#墩和右幅2#、3#、4#墩樁基穿過溶洞,防止塌孔和漏漿。溶洞區(qū)域應(yīng)逐樁鉆孔,確保樁端以下8m無溶洞。此類樁基中風(fēng)化層上部有巖溶發(fā)育,應(yīng)穿過溶洞進入下部完整基巖。左幅1#墩樁基,ZKS43A鉆孔表明在高程95.1~99.7位置出現(xiàn)溶洞,洞高4.6m,洞跨較大,充填。該處溶洞上持力層不足,為全風(fēng)化及強風(fēng)化層條帶狀灰?guī)r夾泥巖。該樁基穿過溶洞,嵌入中風(fēng)化條帶狀灰?guī)r夾泥巖。(2)按端承樁設(shè)計,嵌入中風(fēng)化灰?guī)r地質(zhì)資料表明,本橋0#臺及右幅1#墩和左幅2#墩樁基無溶洞穿過,且下部的中風(fēng)化條帶狀灰?guī)r夾泥巖埋深較淺,物理力學(xué)性質(zhì)較好,可作為樁端持力層,按端承樁設(shè)計。(3)按摩擦樁設(shè)計,樁基底端設(shè)于溶洞上方該橋左幅3#、4#墩及5#臺按摩擦樁設(shè)計,溶洞的樁基洞頂上方有足夠深度的全風(fēng)化及強風(fēng)化層條帶狀灰?guī)r夾泥巖持力層,可滿足承載力要求。本橋墩臺樁基分別采用直徑為1.5m、1.2m的摩擦樁或端承樁,單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]按文獻[4]中相關(guān)規(guī)定計算。本橋要求端承樁進入中風(fēng)化條帶狀灰?guī)r夾泥巖嵌巖深度墩臺分別不少于6m、4.8m。該橋樁基最小單樁軸向受壓承載力容許值及入巖有效深度。
樁基礎(chǔ)施工特點
(1)上部卵石層含漂石,鉆探時孔壁有坍塌現(xiàn)象,施工時應(yīng)注意塌孔和漏漿問題;全~強風(fēng)化層下部局部較軟,性質(zhì)較差,且下部巖溶發(fā)育,應(yīng)注意采取合理施工工藝,防止塌孔和漏漿問題。(2)樁基采取樁長和持力層巖樣力學(xué)指標(biāo)雙控的原則,施工中應(yīng)保證樁尖置于設(shè)計規(guī)定的持力層,并達到要求深度。基礎(chǔ)施工前應(yīng)核對樁位處的地質(zhì)勘察資料;施工時應(yīng)加強地質(zhì)監(jiān)控,及時反饋巖性的變化。(3)根據(jù)管村大橋K151+740右50m地下水質(zhì)分析結(jié)果,地下水在強透水性地層中對混凝土有酸型分解類弱腐蝕,在弱透水性地層對混凝土無腐蝕,在強透水性地層應(yīng)采取一級防護。要求橋梁的樁基、立柱、系梁采用普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥,水灰比0.6,控制最少水泥用量350kg/m3,C3A<8%。依橋梁耐久性設(shè)計要求,也增加了相應(yīng)結(jié)構(gòu)的凈保護層厚度。(4)橋址處受構(gòu)造作用強烈,基巖差異風(fēng)化強烈,中風(fēng)化基巖面起伏變化大,應(yīng)注意基巖面起伏對樁端的影響,且下部有溶洞發(fā)育,施工時應(yīng)加強驗槽。(5)橋墩樁基施工時,左右幅應(yīng)先行施工外側(cè)樁基至基巖面,并確定縱、橫向巖面后,滿足設(shè)計要求的最小嵌巖有效深度及嵌固厚度,才能判別各樁終孔標(biāo)高。(6)鉆孔灌注樁的承載能力與施工質(zhì)量、施工工藝、施工周期直接有關(guān),孔底沉渣及孔壁的泥皮情況將直接影響到樁端阻力和樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮,應(yīng)合理控制泥漿配比,做好成孔后的清洗工作,控制泥皮厚度和孔底沉渣。