在高速公路桥梁的使用过程中,无论是负载情况还是超载情况,都会加大桥梁的应力幅度,加剧桥梁的损伤,如果超载严重,甚至会导致桥梁结构的破坏,且破坏的桥梁内部将无法恢复。这样的情况将会导致桥梁在正常荷载条件之下出现工作状态的变化,对桥梁使用的安全性造成严重危害。
所谓桥梁结构的整体牢固性,就是当桥梁的某处出现损坏情况时,不至于对大范围造成连续性破坏甚至坍塌的一种能力。这种能力主要可以通过良好的结构延续性以及冗余度来进行控制[1]。良好的整体牢固性可以有效应对地震、爆炸、其他自然灾害以及人为因素所酿成的后果,让灾难带来的损失得以显著降低。
无论是结构设计还是施工规范方面,重点关注的都是各项荷载作用之下结构的强度,对于各种环境因素之下的耐久性却缺乏足够的关注。不论是在高速公路桥梁的建设过程中还是使用过程中,都很可能受到环境或者是有害物质的侵蚀,受到车辆、地震、风力、疲劳或人为因素等的作用的破坏,加之建筑材料性能的不断退化,都会导致桥梁部分结构出现损伤恶化情况。虽然我国在上世纪九十年代就开始对高速公路桥梁的耐久性设计加以重视,但大多都是注重于材料方面的耐久性设计,结构设计和施工设计依然有待进一步提升,如注意钢筋保护层厚度、混凝土养护及裂缝控制等。
在前期设计阶段,如果路基中心部位的填方高度在20m以上,就应该将其与桥梁方案进行比选。但是路桥设置选择的界限始终是一个难以把握的问题,而这一问题也会对公路的造价带来很大程度的影响。同时,因为高速公路的建设项目工期通常比较紧,往往会直接选择桥梁方案,但就实际的施工而言,如果地质情况很好,且处于隧道和桥梁连接的地段,相比较桥梁方案而言,路基方案可以更好地利用隧道弃方,安全且经济[2]。不过在宽阔平坦且运距比较远的施工地段,由于填方路基会花费掉很多的资金,所以此时,出于经济性方面考虑,设计施工中应该选择桥梁方案。
在高速公路桥梁的施工过程中,大多数的设计都会选择更具经济性且施工方便的标准化和预制装配化结构。从美观角度来说,小箱梁最优,在市政工程中较常采用,但从整体性上讲,T梁优于小箱梁和空心板,且相同跨径的前提下小箱梁自重最大,内膜拆除及吊装都不比T梁方便。我院近些年在高速公路桥梁设计中,均选择T梁或现浇梁,避免采用小箱梁及空心板。
在进行桥梁上部构件的设计过程中,首先应该注意预制构件安装的安全性,如果施工场地不适合预制梁的远距离运输,或受地形条件限制,预制梁吊装的时候反而危险的情况,可以采用支架现浇T梁,或直接现浇箱式梁的方法来提升施工安全性。另外平面处于圆曲线上时不宜采用预制梁,原则上预制梁长应小于曲线半径的1/10以上。
就美观的角度来看,方柱棱角分明,且和上构梁体之间十分协调,视线诱导性很强;就受力方面而言,如果圆柱和方柱的横截面积相同,方柱有着更大的抗弯刚度,所以较圆柱墩的受力性能更优越[3],因此墩高在40米以上时,可采用方柱墩。而墩高40米以下则可选择圆柱墩,因为圆柱的外观质量在施工过程中容易控制,而且更加便于和桩基之间进行衔接,因此在山岭重丘地区的应用十分广泛。
受地形条件限制,有时桥梁下部设计时必须采用独柱墩形式,自从无锡高架桥侧翻事故以后,相关单位开始注意到,当荷载分布较为集中时,偏心荷载引起的失稳效应远超桥梁上部结构稳定效应,造成桥梁支座系统失效,梁体和墩柱之间产生相对滑动和转动,从而导致梁体侧向滑移倾覆触地。城市客货分离后,高速公路上该问题尤其凸显,因此在设计过程中,应该尽量少采用独柱墩形式,或是墩梁固接的方法进行设计。
在对高速公路的桥梁桥台进行设计的过程中,通常采用的方法是U型台、桩柱式台和肋板台。其中最为常用的一种方式是U型台,通常情况下,U型台在4m-10m的填土范围之内比较适用。桩柱式台因为有着较小的抗推刚度,所以在台后填土高度不超过5m的情况下比较适用,但是在具体的设计与施工过程中,应该将其联长控制在150m以下。相比较前两者而言,埋置式肋板台有着更广的适用范围,但是在具体的施工过程中应保障其填土高度在12m以下。在填土高度过高且基岩较深的情况下,可以采取U台接群桩基础的桥台形式,并验算台后填土压力及水平推力,必要时在承台和前墙连接位置增设连接钢筋。
附属构造中的安全因素也不容小觑,自从万州公交车坠桥事件以后,全国加大了桥梁的防撞设施排查。在新建桥梁设计工作中,混凝土防撞护栏的设置应满足最新的交通安全规范细则,一般情况下,横向钢筋及预埋钢筋间距为20厘米,有时也可以适当加密。如我院在城口至开州高速公路设计后续服务中,对沿线跨越公路、河流以及高墩桥梁的防撞护栏横向钢筋均加密为10厘米,相关设计变更得到业主的大力支持。
综上所述,随着高速公路桥梁建设的不断发展,桥梁设计的安全性也越来越受到人们的关注。因此,在进行高速公路桥梁的设计之中,设计人员不仅仅应该对施工的材料加以高度重视,同时也应该注重其结构体系的设计、构造的设计及其耐久性设计等,并全面考虑各项外在因素对设计与施工质量的影响。通过这样的方式,才可以让高速公路桥梁得到合理设计,保障其安全性和使用寿命,促进我国社会经济的进一步发展。
摘要：高速公路桥梁设计的安全对于其建设施工的安全及其使用寿命都有着至关重要的影响。基于这一情况,本文对高速公路建设施工过程中的桥梁设计安全因素进行分析。希望通过本文的分析,可以对高速公路桥梁设计与建设安全效果的提升有所帮助。
关键词：高速公路,桥梁,设计,安全因素
[1] 李成林.高速公路桥梁施工技术及安全防护措施[J].黑龙江交通科技,2019(10):108-109.
[2] 陈宇峰.高速公路桥梁施工安全管理因素及改进措施[J].建筑工程技术与设计,2019(22):1691.
[3] 周建峰.高速公路桥梁施工安全生产管理研究[J].建筑工程技术与设计,2019(15):2644.
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